淺談大跨度斜拉橋梁設計技術

摘 要：大跨度斜拉橋是一種常見的橋梁結構型式，其結構設計一直備受關注。建筑信息模型技術（以下簡稱BIM技術）是建筑設計的科學方法之一，為滿足大跨度斜拉橋梁結構設計需求，可以引用該技術，不僅可以優化設計，更能減少錯漏情況，提高設計的科學性和合理性。文章首先簡述了BIM技術和大跨度斜拉橋梁特點，然后探討了BIM技術在大跨度斜拉橋梁設計中的應用，使BIM技術在大跨度斜拉橋梁設計中得以推廣。

關鍵詞：大跨度斜拉橋；設計方法；BIM技術；模型

近年來，隨著交通道路建設的日益完善與道路通行需求的不斷加大，大跨度斜拉橋梁工程項目越來越多。斜拉橋是我國橋梁的一種常見型式，截至目前，我國建成或正在建設中的斜拉橋已有三十幾座，如上海長江大橋、南京長江大橋、武漢白沙洲長江大橋，都是我國著名的大跨度斜拉橋梁。大跨度斜拉橋跨徑比較大，對橋梁結構的穩定性、抗震性、抗裂性要求較高，如何設計大跨度斜拉橋結構并滿足設計要求，一直是行業探討的熱點問題。BIM技術作為一種設計方法，在大跨度斜拉橋梁設計中應用是可行、有效的，但是由于缺少相關的研究和工程經驗，BIM技術在大跨度斜塔橋梁設計中并未實現廣泛的推廣應用。

1 BIM技術

BIM技術，是一種設計方法，也是一門工程智能管控技術，其以工程項目的相關信息為基礎建立模型，利用數字信息模擬工程所具有的真實信息，可視化的展示設計成果。這一設計方法具有可視化、模擬性、協調性、優化性、可出圖性特點。

（1）可視化：BIM模型建立的整個過程都是可視的，能可視化的展示設計成果，使整個設計過程都在可視化狀態下。

（2）模擬性：主要是模擬建筑工程三維模型，真實展現設計后的工程情況，為設計方法和施工方案的確定提供依據。

（3）協調性：進行工程結構設計時，各專業將相關信息輸入到BIM模型中去，對各專業的碰撞問題進行協調，并生成協調數據，為設計人員提供設計依據，避免出現錯漏情況。

（4）優化性：在優化性基礎上，可以對工程進行優化設計，確保設計方案科學合理。

（5）可出圖性：BIM模型出示真實的設計圖，基于此各專業進行碰撞檢查和設計修改，極大的降低了BIM設計圖的錯誤率。

2 大跨度斜拉橋梁特點

斜拉橋組成主要包括主梁、斜拉索、塔柱等，是一種用若干高強的拉索將主梁斜拉在塔柱上，使主梁受到一個向上的彈性支承的反力，從而保持跨越性良好、結構穩定的橋梁結構型式。斜拉索的使用，可以很好的增強橋梁的跨越能力。斜拉橋具有良好的跨越性，且造型優美、成本低、力學性能好，在大跨度橋梁中扮演著重要角色，目前已經成為大跨度橋梁的主要橋梁型式。

由于大跨度橋梁的跨徑一般較大，車橋共振效果明顯，為了確保使用安全，進行結構設計時必須考慮抗震抗風等問題。在設計前，可以通用的橋梁結構建立空間桿系有限元程序模型，分析和計算結構的動力特性，為橋梁設計提供可靠的依據。基于這樣的考量，大跨度斜拉橋結構設計要以橋梁的空間有限元模型為基礎，分析主梁的截面型式、橋面系材料及墩柱的位置等各項參數對橋梁結構動力特性的影響，并利用BIM技術建立主梁、索塔、墩柱、全橋的模型，進行各專業碰撞和設計，查漏補缺，優化橋梁設計，以滿足大跨度斜拉橋設計需求。

3 BIM技術在大跨度斜拉橋梁設計中的應用

3.1 工程背景

某大跨度斜拉橋梁，位于某河流上，橋跨布置：64m+68m×2+608m+68m×2+64m，選用半漂浮體系的橋型。橋跨設置為7個，主跨是雙塔雙鎖型式，采用鋼箱梁，長608m，全長為1008m。邊跨處設置2個輔助墩、1個過渡臺。一側索塔高193.4m，一側索塔高202.3m。橋梁公路等級選為雙向6道高速公路，橋涵荷載設計為公路1級，道路行駛時速設定為80m/h。

3.2 BIM模型建立

從以往經驗和便于操作角度看，建模軟件選用最常用的Revit系列軟件。該軟件有基礎群的樣板文件，功能齊全、適用，便于輸入橋梁相關參數信息，建立基礎族庫，能滿足該大跨度斜拉橋梁工程的建模需求。下面從大跨度斜拉橋梁結構組成入手，分別論述了橋梁基礎、主梁、索塔、墩柱、全橋的建模方式。

（1）橋梁基礎：從軟件系統中提取需要的基礎群樣板文件，將該大跨度斜拉橋梁基礎的所有信息輸入其中，具體包括各個墩臺基礎的尺寸、標高、材料類型等參數。根據這些參數建立橋梁基礎的BIM模型，生成平面、立面視圖，利用可視化的設計圖檢查模型的形狀是否正確，是否需要修改。

（2）主梁：該橋梁主梁為鋼箱梁結構，引橋部分采用鋼筋混凝土箱梁。在較高的穩定性、抗震性、抗裂性要求下，主梁需要應用較多的加勁肋，進行BIM模型建立時要注意加勁肋的準確位置。此外，還要注意截面縱坡的處理。

（3）索塔：索塔的BIM模型具體分為下塔柱、上塔柱、鋼錨梁三種。在下塔柱模型建立上，由于該橋梁索塔設計比較復雜，索塔模型建立難度較大，下塔柱處于變截面結構的主要部位，三個方面都是變化的，要想確保建立的模型符合實際情況，必須選好建模樣板。Revit軟件系統中自帶的樣板不能滿足需要，所以使用公制常規模型建立樣板進行下塔柱模型建立。在上塔柱模型建立上，要注意塔尖處截面變化部位和橫梁地方；在鋼錨梁模型建立時，要充分考慮斜拉索。斜拉索是大跨度斜拉橋梁的主要組成部分，橋梁的重力和活荷載都是通過斜拉索傳遞到塔柱上，必須確保其強度設計、布置形式設計合理。為此，建立鋼錨梁模型時要考慮斜拉索傳導過來的力。此外，斜拉橋梁一般都設有人孔，以便今后的使用維護。該橋梁的人孔設置在索塔頂部、塔柱與橫梁相交部位，利用Revit軟件建立人孔模型，為人孔設計和做法提供參考。

（4）墩柱：該橋梁承臺上部墩柱部位為空心結構，在建立墩柱的BIM模型前，先利用Revit軟件建立一個墩柱的空心截面，利用拉伸功能使之達到墩柱構件的實際高度，形成墩柱模型。同時，對構造細部進行精細的處理，特別是邊角部位。

（5）全橋：建立全橋的BIM模型時，根據現場的地形、地質條件等，將已經建好的基礎模型、主梁模型、索塔模型、墩柱模型等輸入到Revit軟件系統中的相關樣板中，確保相關參數數據信息準確無誤，之后便可生成完整的橋梁模型。

3.3 可視化設計圖

得到關于橋梁的全橋模型后，各專業基于這一可視化的設計圖進行碰撞設計，查漏補缺，并對設計圖進行調整，以確保設計方案的科學性和合理性。這樣的設計方法，便于設計修改工作的進行，不必一一修改，節省了時間，優化了設計成果。之后，利用Revit軟件系統的導出功能將設計圖導出，格式為二維圖紙，供設計人員使用。

4 結束語

綜上所述，BIM技術在大跨度斜塔橋梁設計中的應用具有一定優勢，既能減少設計工作量，查漏補缺，還能滿足橋梁結構的穩定性、抗震性、抗裂性要求，確保大跨度斜拉橋梁設計科學合理。所以，在大跨度橋梁結構設計中可以積極使用BIM技術，借助BIM技術措施優化結構設計。當然，除了BIM技術，大跨度斜拉橋梁設計還有其他技術手段，可以積極的應用研究以促進大跨度斜拉橋梁設計技術水平的不斷提高。

參考文獻

[1]劉逵.大跨度斜拉橋非一致激勵地震反應分析及減震設計[D].西南交通大學，2010.

[2]何晗欣.橋梁抗震與抗風及其影響因素分析研究[D].長安大學，2011.

[3]史曉星.大跨度斜拉橋動力特性及地震響應分析[D].大連海事大學，2009.

[4]孫海凌.超大跨徑斜拉橋的結構體系及抗風穩定性研究[D].浙江工業大學，2013.