波形鋼腹板BIM的建立及其深化圖設計方法研究

筵玉濤，韓耀祥

（甘肅博睿交通重型裝備制造有限公司，蘭州730300）

1 引言

波形鋼腹板組合梁具有結構平面外穩定性好、抗震性能好、外形美觀、省材料、造價低等特點，在橋梁工程中的應用越來越多[1]。王衛等[2]介紹了波形鋼腹板梁橋的技術特點，在世界各國尤其在日本得到快速發展。馬立通[3]闡述了波形鋼腹板在橋梁工程方面的發展和應用。鄧國良等[4]以日本栗東橋和南昌朝陽大橋為工程實例，闡述了波形鋼腹板組合梁矮塔斜拉橋的構造特點和施工工藝。姬同庚[5]對采用波形鋼腹板連續箱梁橋的峪黃河大橋跨北大堤橋的設計和施工關鍵技術進行了研究。劉浩等[6]結合飛云江大橋設計，闡述了波形鋼腹板工字組合梁橋的選型、構造設計及計算分析。李川等[7]結合62 m+105 m+62 m 公路鋼底板和波形腹板連續組合梁橋方案設計，研究了梁高變化、鋼底板、波形鋼腹板、混凝土橋面板等的厚度變化對方案設計的影響。

近年來，對波形鋼腹板力學性能及設計理論研究成為組合橋理論研究熱點之一。冀偉等[8]采用勢能駐值原理研究了波形鋼腹板的剪切變形和箱梁的剪力滯后效應對其自振特性的影響。王力等[9]基于Reddy 高階剪切變形理論研究了波形鋼腹板組合梁撓度計算方法。馬馳等[10]結合變分法考慮了混凝土頂板和鋼底板不同的模量對波形鋼腹板-鋼底板-混凝土頂板組合梁的梁翼緣板有效寬度影響。賀君等[11]提出了波形鋼腹板內襯混凝土形成構造措施，改善了組合梁的負彎矩區受力性能。蘇慶田等[12]研究了波形鋼腹板導梁在支座范圍內設置鋼靴能夠顯著提高導梁的局部承壓性能和結構延性。董桔燦等[13]提出了新型波形鋼腹板-雙管弦桿-混凝土板組合梁，并對該組合梁受彎性能進行了研究。徐棟等[14]采用空間網格模型可以實現對波形鋼腹板梁橋精細化分析。吳文清等[15]通過模型試驗驗證了采用空間有限元法分析波形鋼腹板組合箱梁的剪力滯及主要結構參數對剪力滯效應影響的可靠性。聶建國等[16]基于鋼筋混凝土變角軟化桁架模型薄膜元理論，提出了波形鋼腹板PC組合梁純扭性能分析模型。陳寶春等[17]結合部分典型橋例，介紹了波形鋼腹板PC 箱梁橋最新發展趨勢，并展望了該類橋型在國內具有良好應用前景。

然而，有關波形鋼腹板深化圖研究幾乎沒有，為了填補波形鋼腹板梁橋深化圖電繪空白，基于上海鋼通網絡科技有限公司的三維正向BIM 設計系統SteelBridge3D 圖形平臺，利用C++語言進行了波形鋼腹板深化圖BIM 軟件二次開發，解決了手工繪制波形鋼腹板深化圖煩瑣、費時和易錯等工程難題，并通過蘭臨波形鋼腹板工程實例，驗證該軟件可提高波形鋼腹板深化圖繪圖效率10 倍以上，為推動波形鋼腹板梁橋工程應用具有重要意義。

2 截面設計

2.1 截面參數定義

在SteelBridge3D 參數編輯窗口定義腹板坐標參數，步驟如下：

步驟一：輸入道路設計中心線；

步驟二：輸入所有腹板控制中心線；

步驟三：定義腹板波形參數名稱；

步驟四：定義腹板波形類型：1 000 型、1 200 型和1 600 型任意一類型；

步驟五：定義腹板波形厚度表達式；

步驟六：定義腹板波形直線段起始距離；

步驟七：定義腹板波形直線段終止距離；

步驟八：形成該腹板波形沿道路設計中心線距離的參數曲線函數；

步驟九：將腹板斷面坐標X、Y坐標定義為該參數表達式；

步驟十：循環步驟三～步驟九將所有腹板波形參數創建完畢；

步驟十一：將所有腹板波形參數計算完成，成功將截面顯示，否則輸出錯誤日志。

波形鋼腹板參數定義如圖1所示。

圖1 波形鋼腹板參數定義

2.2 參數化截面

根據2.1 節波形鋼腹板截面參數定義操作步驟，完成所有腹板波形參數計算，波形鋼腹板參數化截面顯示成功，在SteelBridge3D 截面編輯器和參數編輯器生成波形鋼腹板參數截面。

3 構件BIM設計

3.1 構件BIM建立

在SteelBridge3D 三維構件編輯器通過輸入道路設計線平曲線和豎曲線、截面名稱、考慮若干參考線定義截面位、分跨線、伸縮縫線、支座、截面安裝點、橫隔板、豎向加勁板等信息生成三維構件，在截面安裝組合設置中選擇參考線截面安裝，生成三維構件BIM 如圖2所示。

圖2 三維構件BIM模型

3.2 平曲線編輯器生成頂底平面布置圖

在SteelBridge3D 平面編輯器一鍵生成頂板布置圖和底板布置圖。

3.3 豎曲線編輯器生成立面布置圖

在SteelBridge3D 立面編輯器一鍵生成立面布置圖。

4 斷面設計

在SteelBridge3D 斷面編輯器一鍵生成所有橫隔板斷面布置圖，然后在已生成橫隔板斷面圖定義橫隔板加勁板、人孔、節點板、拼接板、螺栓、橫撐梁等零件。其中，橫撐梁支持雙肢等角鋼、H 型鋼、不等雙肢角鋼、圓鋼管和方鋼管等型鋼截面。

完成第2、3 節內容，SteelBridge3D 在三維構件編輯器一鍵生成三維BIM 模型，如3所示。

圖3 波形鋼腹板三維BIM模型

5 深化圖設計

根據第3.3 節生成的立面布置圖完成順橋型節段劃分，然后根據第3.2 節已生成的頂板、底板的布置完成圖設計頂板、底板節段劃分。在SteelBridge3D 豎曲線編輯器輸入命令:yjsh，如圖4、圖5所示，最后生成波形鋼腹板梁橋的深化圖，選擇其中一個節段頂板單元、底板單元和腹板單元如圖6～圖8所示。

圖4 每個節段腹板深化圖參數設置

圖5 每個腹板子波深化圖參數設置

圖6 頂板單元圖

圖7 底板單元圖

圖8 腹板單元圖

6 結論

基于SteelBridge3D 平臺，進行了二次開發波形鋼腹板深化圖BIM 軟件，通過蘭臨項目深化圖驗證，大大提高深化圖繪圖效率，得出以下結論：

1）填補波形鋼腹板深化圖BIM 軟件空白；

2）解決了手工繪制波形鋼腹板深化圖煩瑣、費時和易錯等工程難題；

3）提高波形鋼腹板深化圖繪圖效率10 倍以上，為推動波形鋼腹板梁橋工程應用具有重要意義。

然而，開發的波形鋼腹板深化圖BIM 軟件可以快速設計出波形鋼腹板施工圖、深化圖，但是對波形鋼腹板梁橋的力學分析及規范條文復核驗算還有待于進一步研究。