基于MIDAS-ANSYS的曲线梁桥转体施工虚拟仿真及BIM技术应用研究

摘要

桥梁转体施工工艺是桥梁在特定地区施工使用的建造手段，如跨越地形险峻的峡谷、跨越既有铁路线等位置。该技术因为其有良好的施工作业面，能缩短施工工期，保证工人安全及下跨铁路正常运营使用而广泛使用。随着桥梁转体项目的越来越多，其技术显示出广泛的应用场所及发展前景，具有研究推广价值。桥梁转体施工工艺正式兴起于20世纪40年代，随后随后逐渐应用开来。该技术相对其它的挂篮悬臂现浇桥梁施工工艺而言，多了一步转体工序，是一个较新的桥梁施工工艺。桥梁转体技术在诸多实例工程中不断被研究和完善。随着 BIM技术、结构仿真计算技术的不断进步，桥梁转体施工技术正在一步步走向成熟，桥梁结构不断向大跨度、薄截面、预应力方向发展。桥梁施工作业方案更加科学、高效、经济。结合崇礼铁路赵川镇高架特大转体桥项目，运用了BIM技术与Midas、ANSYS有限元分析软件对曲线梁桥悬浇、转体、全过程受力和变形进行仿真计算，研究了桥梁受力与结构安全稳定性问题，提出转体施工控制指标。同时应用BIM技术进行多项施工指导工作，实现了对该桥梁项目的科学管理，切实提升了BIM技术与虚拟仿真技术在桥梁工程领域的应用。
　　通过结合该桥梁项目，对以下工作进行研究：
　　1、参与编写崇礼铁路赵川镇高架特大转体桥项目施工监测报告，构架施工监测系统流程图，阐述相关分析原则与方法。按照监测报告要求，对桥梁的线形、应力、桥墩沉降、温度等监测项目进行现场布点并测量，进行数据分析工作。
　　2、本章利用有限元程序软件MIDAS/civil和Ansys Workbench对新建崇礼铁路赵川镇转体特大桥连续梁桥悬臂法施工与球铰受力进行了全过程分析。应用MIDAS建立施工阶段模型，并对施工过程、转体过程以及合拢成桥过程主梁力学特性进行分析。通过MIDAS软件在对结构进行分析时，得到转体前混凝土主梁处于全截面受压状态，最大轴力为104763KN，臂端下缘受拉，最大弯矩出现在悬臂根部截面，其值为75946.30kN.m；成桥阶段混凝土主梁处于全截面受压状态，轴力最大值为112645KN，弯矩最大值为56953.86 kN.m，且跨中出现负弯矩，负弯矩最大值为-29058.1 kN.m。主梁上下缘承受压应力均小于 C50混凝土抗压强度标准值。通过Ansys Workbench软件在对球铰结构进行分析时，得到球铰处最大应力为127.74MPa；护筒内混凝土和墩帽混凝土最大应力为27.26MPa，应力值均小于钢材与混凝土材料的强度标准值。通过虚拟仿真计算，为连续梁桥的施工及测控提供参考依据和有效的数据，并以此来以指导连续梁施工工作。
　　3、参考相关文献，对国内外桥梁BIM技术研究发展进行总结。结合本工程具体情况对本桥进行BIM技术建模，进行5D项目管理。依据施工现场要求，利用BIM模型进行钢筋与预应力波纹管碰撞检查工作，对0号块振捣管位置进行微调，保证浇筑振捣管尽量不与预应力管道碰撞。在BIM5D平台上，统筹安排调整施工进度、施工模拟动画展示、现场手机端应用等都进一步推进实施。BIM技术切实该项目上得到了应用尝试。对桥梁施工过程中质量、安全、进度进行优化控制。通过对比房建工程，总结现今BIM5D平台桥梁项目管理的弊端与应用问题，并总结下一步BIIM+转体施工应用方法。
　　本文以该现浇转体连续梁为背景，结合具体施工设计方案，通过数值分析软件验证关键施工环节的桥梁力学性质及其稳定性。并依托 BIM技术的理念，借助BIM5D管理平台统筹可视化施工信息管理，通过具体的应用显示出BIM技术应用的优越性。实现了对崇礼铁路赵川镇高架特大转体桥项目BIM+虚拟仿真技术的广泛应用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目标与主要内容

1.4 本文研究方法与技术路线

第2章 转体曲线梁桥施工监测方法研究分析

2.1概述

2.2施工监测的目的

2.3施工监控系统的建立

2.4施工监测的技术难点

2.5施工监测的原则

2.6施工监测理论计算分析

2.7施工现场监测

2.8小结

第3章 基于MIDAS-ANSYS曲线梁桥全过程施工虚拟仿真研究

3.1基于MIDAS的曲线梁桥施工全过程分析

3.2基于ANSYS的球铰结构转体过程分析

3.3现场监测数据分析

3.4小结：

第4章 BIM技术在曲线梁桥施工过程中的应用

4.1 引言

4.2目前BIM在桥梁应用阶段性成果

4.3拟进行下一步研究

4.4小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢