項目地點:長沙市芙蓉區
項目總投資:8554.51萬元
建設規模:平面為月牙形,跨徑49.54 120 54.46 m,橋寬 21.523m
建設內容:主跨上部鋼桁架梁、下部鋼筋混凝土結構、異形構件及拼裝
BIM應用平臺
模型創建:Revit、Tekla
模型應用:Navisworks、BIM5D、邁達斯、3Dsmax
項目特點
本項目為三跨連續鋼桁架梁人行橋,跨徑布置為(49.54 120 54.46)m,平面為月牙形,橋梁主跨上部構造采用鋼桁架梁;下部構造采用鋼筋混凝土結構,基礎采用樁基礎,基樁采用機械成孔灌注樁。主要施工難點有:施工上部桁架內外弧平曲線直徑不一,豎向高度也由河岸側向跨中折線形漸變(1.5m~7.5m),其余次要桿件散件吊裝都存在大量的復雜異形節點,對構件制作和吊裝精度要求很高;橋梁主桁架用鋼重達5500余噸,單榀鋼桁梁水上吊裝最大重量309噸,該構件長約41m,高7.5m,為近年來省內水上橋梁施工之最,采用兩臺大型浮吊才完成施工(分別為500噸、200噸);位于有通航要求的瀏陽河上,工期安排需要度過一次雨季汛期,維持通航和防汛需要都提高了本工程施工難度。
施工技術
BIM技術應用
1、方案比選
本橋結構形式新穎,造型別致,整體結構受力十分復雜,同時由于其桁架結構沿月牙形曲面布置,橋位所在河道、河岸條件的復雜性高,項目根據現場實際情況,對比了頂推和吊裝兩個施工方案,最終選定“主桁架分段吊裝,次要構件散件吊裝”的施工方案。
同時,為降低吊裝作業風險,項目根據施工工藝模擬順序對每個吊裝單元進行編號,編制專項施工作業指導書,以指導現場吊裝。
(圖1-1 頂推預演模擬)
2、整體吊裝模擬
根據鋼結構鋼性連接、半剛性連接、鉸接等不同的節點連接形式,并充分考慮鋼結構與吊裝單元的相互協調與配合,應用Tekla對鋼結構安裝分段、接口形式進行優化設計。項目通過對鋼結構空間網架、鋼桁架、等節點進行二次深化設計。同時,基于BIM模型節點進行了編號和定位描述,以指導各個鋼構件現場定位安裝。
根據桁架分段,項目合理安排吊船,經一系列模擬,發現由兩岸向中間依次推進的吊裝方案有不合理之處,對安裝精度要求過高,難以掌控。同時造成吊船工作效率低下,浪費了大量人、機資源。于是進行方案優化調整,最終確定采用本方案。
(圖2-1 主桁架分段示意圖)
3、安裝可視化交底
3.1 主桁架翻身措施
由于主桁架采取側臥方式裝船運輸,起吊前,采用 500t 浮吊雙鉤進行翻身,使主桁架翻轉 90 度,達到安裝就位姿態。翻身后,主桁架需臨時擱置在 1200t 駁船上進行重新掛鉤,并做好吊裝前的準備工作。
(圖3-1 500t浮吊雙鉤起吊主桁架示意圖)
3.2 人行道、景觀區安裝方法及措施
景觀區下弦安裝
采用 150t 浮吊進行分塊吊裝,每個分塊設置兩根拉桿(或拉索)作為臨時穩定措施,并可進行微調,保證分段精確定位。
景觀區上弦縱梁安裝
非機動車道橋面板安裝完成后,采用 150t 浮吊安裝φ299*6 裝飾吊桿。吊桿安裝完成后,安裝上弦縱梁,最后完成上弦橫梁的安裝。
人行道安裝
首先安裝 V 型組合件(斜撐及橫梁),再安裝人行道橋面板分塊。
(圖3-2 安裝可視化圖)
4、受力分析
4.1 圍堰受力分析
施工過程中基坑受力復雜,不同時段、不同工藝對圍堰產生的壓力都不相同,對圍堰結構進行單元拆分,通過軟件模擬不同時段、不同工況下圍堰的受力狀況,用以確保圍堰在施工期的安全穩定。
(圖4-1 圍堰受力分析模型)
4.2 吊裝受力分析
模擬構件吊裝環境,調整吊裝速度,以消除鋼構件的應力集中,保障結構穩定性。
對各吊裝點 進行受力分析,優化方案設計,使構件受力滿足施工期要求和完工后的使用要求。
(圖4-2 吊裝受力分析)
5、鋼結構數字化加工
主桁架部位異形箱型結構板,我們采用CNC數控機床,對各異形板合理排版,并進行下料切割,經過科學的套料,異形板平均材料利用率高達78%。我們以某個箱型節點為例,在模型中將異形構件拆分成零件板。將零件板放樣套料后,采購雙定尺板材,可以使該板材利用率達70%。對于規則零件板來說,板材利用率則可大大提高,通過對各零件板的布置,計算走刀最小間隙,規劃最小整板尺寸,能保證利用率在97%以上。
(圖5-1 節點板排版圖)
BIM應用價值
保證通航
為保證施工期間航道的正常通行,在前期上構制作及吊裝方案中都予以了充分考量。全橋主桁架分14個節段在工廠制作、涂裝后,運輸至現場吊裝。其中僅在吊裝航道正上方的兩節主桁架時短暫封閉了航道,其他上構安裝未對通航造成影響。
成本控制
高效地實現了制定的目標成本,經過采取合理的板材切割、有針對性的吊裝方案,確保工程質量、施工安全,強化施工過程項目成本核算,工程成本降低率達4.5%;
現場管理
得益于方案比選、方案優化、施工模擬等充分的先期工作,施工現場布置科學、合理;吊裝作業順利,按計劃時間完成了吊裝,大大降低了施工成本。