96%大跨度桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用

1、大跨度桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用大跨度桁架結(jié)構(gòu)的鋼筋節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、預(yù)應(yīng)力張拉難度大，運(yùn)用 BIM 技術(shù)能解決建筑，公路、地鐵、橋梁等工程施工中的技術(shù)問題，但是現(xiàn)階段運(yùn)用 BIM 技術(shù)解決復(fù)雜預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的實(shí)例較少，尤其是在大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)探索 BIM 技術(shù)與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究偏少見。小編以渝黔鐵路新線遵義東站項(xiàng)目為工程背景，為大家整理了這篇運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)車站屋面桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)的圖文。通過模型設(shè)計(jì)、鋼筋碰撞檢查優(yōu)化實(shí)現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)高效、精準(zhǔn)加工與安裝；預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉仿真模擬預(yù)測了各種張拉方案下構(gòu)件力學(xué)性能，通過對(duì)比分析確定最佳張拉方案，以確保構(gòu)件的安全，希望對(duì)類似工程有參考意義。工程背景

2、1工程概況遵義東站項(xiàng)目位于遵義市南側(cè)紅花崗區(qū)閻村鎮(zhèn)，該站房類型為線側(cè)平式車站，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面局部采用預(yù)應(yīng)力混凝土桁架結(jié)構(gòu)，桁架預(yù)應(yīng)力桿件布置見圖1。注：粗虛線為預(yù)應(yīng)力桿件圖1 屋面桁架預(yù)應(yīng)力桿件布置圖2工程技術(shù)難點(diǎn)（1）桁架節(jié)點(diǎn)聯(lián)接樣式多，節(jié)點(diǎn)處鋼筋復(fù)雜，CAD 圖紙可視化程度低，造成施工人員正確理解設(shè)計(jì)意圖有難度；（2）車站大量預(yù)應(yīng)力構(gòu)件和普通混凝土構(gòu)件交錯(cuò)布置，節(jié)點(diǎn)處大量普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力波紋管、梁柱鋼筋在節(jié)點(diǎn)錨固之間有干擾，給施工帶來了很大困難；（3）施工中進(jìn)行各桁架桿件預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，不同的張拉順序會(huì)引起桁架桿件中混凝土壓應(yīng)力、拉應(yīng)力不同，有可能造成混凝土開裂。BIM

3、應(yīng)用1建模軟件目前用于 BIM 建模的軟件有Revit，Bentley，Xsteel以及CATIA系列軟件。結(jié)合本工程特點(diǎn)，項(xiàng)目組采用Revit2016進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模型建立及分析應(yīng)用。2鋼筋碰撞檢查及優(yōu)化桁架預(yù)應(yīng)力下弦YKL，腹桿XZ4-2，預(yù)應(yīng)力腹桿YXZ4-1相交于節(jié)點(diǎn)4-12。其各個(gè)構(gòu)件的平法配筋、節(jié)點(diǎn)模型見圖2。(a) 下弦節(jié)點(diǎn)配筋構(gòu)造(b) 節(jié)點(diǎn)4-12模型圖2 節(jié)點(diǎn)各構(gòu)件配筋及模型圖按照平法施工圖，節(jié)點(diǎn)4-12的YKL縱筋與YXZ4-3、XZ4-3的縱筋發(fā)生碰撞，見圖3(b)。 優(yōu)化時(shí)將將WKL上部縱筋由原來的8/2，調(diào)整為6/4，見圖3(c)。XZ4-4，YXZ4-3內(nèi)側(cè)

4、縱筋進(jìn)入節(jié)點(diǎn)，向下伸入節(jié)點(diǎn)底部進(jìn)行錨固時(shí)，會(huì)在預(yù)應(yīng)力束波紋管附近空間狹小處形成堵塞，可通過空間平滑微彎。(a) WKL 調(diào)整前斷面(b) WKL 與 YXZ4-3、XZ4-3 碰撞(c) WKL 調(diào)整后斷面圖3 WKL 縱筋與腹桿縱筋碰撞檢查3施工過程仿真分析預(yù)應(yīng)力筋張拉施工是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵工序，本項(xiàng)目采用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)該項(xiàng)目桁架四的各種張拉方案進(jìn)行仿真模擬，以確定最佳張拉方案，確保施工的安全可靠。方案：YKLYXZ4-5YXZ4-3YXZ4-8YXZ4-1；方案：YKLYXZ4-5YXZ4-3YXZ4-1YXZ4-8；方案：YKLYXZ4-3YXZ4-5YXZ4-1

5、YXZ4-8；方案：YKLYXZ4-3YXZ4-5YXZ4-8YXZ4-1。圖4 最大主應(yīng)力分布圖（單位：MPa）（1）張拉方案仿真模擬在不同施工階段，桁架四張拉方案的應(yīng)力分布見圖4、圖5，其中應(yīng)力圖中正值為拉，負(fù)值為壓。從圖4、圖5 的應(yīng)力圖可以看出，在張拉端和錨固端應(yīng)力過大，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。這是由于建模時(shí)未考慮張拉和錨固端部的加固，按實(shí)際情況對(duì)錨具下混凝土的局部承壓強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，錨頭下間接鋼筋的配置均滿足端部錨固區(qū)的混凝土局部承壓要求，此外，桁架其它部位的應(yīng)力均滿足最大主應(yīng)力要小于2.39MPa及最小主應(yīng)力的絕對(duì)值要大于26.8MPa的要求。圖5 最小主應(yīng)力分布圖（單位：MPa）（2）張拉方案比較除去張拉端和錨固端部的應(yīng)力集中區(qū)域及柱子的應(yīng)力情況，在不同工況下各構(gòu) 件承受的最大主應(yīng)力的最大值和最小主應(yīng)力絕對(duì)值的最大值見圖6。由圖6可知，方案在最大主應(yīng)力值（混凝土拉應(yīng)力）和最小主應(yīng)力值（混凝土壓應(yīng)力）的比較中優(yōu)于其它方案。對(duì)豎向位移值進(jìn)行比較分析，可發(fā)現(xiàn)四種方案在不同工況的豎向位移都很小，差異不大。綜上所述桁架四張拉順序選擇方案。圖6 各張拉方案在不同工況下混凝土應(yīng)力與位移應(yīng)用 BIM 技術(shù)有效地解決了遵義東站預(yù)應(yīng)力屋面桁架結(jié)構(gòu)施工的難題。通過模型設(shè)計(jì)、 鋼筋碰撞檢查優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了桁架結(jié)構(gòu)高效、精準(zhǔn)加工與安裝，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉仿真模擬預(yù)測了各種張拉方案下構(gòu)件力學(xué)性能，