（安徽省引江濟(jì)淮集團(tuán)有限公司，安徽合肥 230601）

近些年，我國交通建設(shè)飛速發(fā)展，交通客運(yùn)流量逐漸增大，部分老式橋梁已經(jīng)無法滿足我國日益增長的客運(yùn)流量需求[1]。為了更好地服務(wù)于現(xiàn)代交通，可采用吊裝結(jié)構(gòu)自重輕、施工工期短、跨徑靈活、造型優(yōu)美、受力合理的梁拱組合橋，對老式橋梁進(jìn)行優(yōu)化或替換[2-3]。隨著我國橋梁建設(shè)不斷發(fā)展，梁拱組合橋的施工難度不斷加大，其施工存在很多工況，如跨越河流、鐵路、高速公路等，在橋梁施工中占據(jù)重要的位置[4]。梁拱組合橋按照結(jié)構(gòu)的支撐形式可分為簡支梁拱組合體系橋、單懸臂梁拱組合體系橋、連續(xù)梁拱組合體系橋等。梁拱組合橋施工過程中需要考慮合理的成橋狀態(tài)，應(yīng)對結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行周密計(jì)算，其建設(shè)已逐漸成為我國公路建設(shè)的主要形式，提高了國家公路建設(shè)的效率，對公路建設(shè)產(chǎn)生了積極意義[5]。相較于直接跨河流、鐵路等吊裝梁拱組合橋施工，在既有老橋上開展梁拱組合橋吊裝施工難度較大，需考慮下部老橋受力情況。本文以引江濟(jì)淮工程巢湖路橋施工為背景，對梁拱組合橋吊裝施工方案進(jìn)行研究，對梁拱組合橋在永久和可變荷載作用以及荷載組合下的受力情況等進(jìn)行了分析。

1 工程概況

引江濟(jì)淮工程巢湖路橋橫跨派河，上游約為840 m，下游約為470 m。橋位處有一座5 m×20 m預(yù)制空心板橋，橋面寬為33.0 m。

橋下通航凈寬和凈高均不滿足通航要求，需應(yīng)在老橋主梁搭設(shè)臨時(shí)支架并進(jìn)行新橋梁拱組合橋吊裝施工，包括鋼箱梁、鋼拱肋、預(yù)應(yīng)力鋼絞線吊桿、預(yù)應(yīng)力鋼絞線系桿等。梁拱組合橋橋型為下承式連續(xù)梁系桿拱橋，跨徑為（50+135+50）m，主橋長235.0 m，寬38.5 m。

巢湖路新、老橋位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 巢湖路新、老橋位置關(guān)系（單位：mm）

2 梁拱組合橋安裝施工

2.1 鋼箱梁安裝施工

鋼箱梁吊裝前，將構(gòu)件進(jìn)行分段，梁縱向分成9段，標(biāo)準(zhǔn)段長為12 m，跨中段為7.4 m，鋼混段為10.3 m，箱梁斷面寬為38.5 m，沿寬度方向分成11個(gè)小箱體。

吊裝時(shí)，先搭設(shè)一側(cè)鋼混段支架，吊裝鋼混段鋼梁，再進(jìn)行混凝土施工和預(yù)應(yīng)力張拉，之后從一端向另一端搭設(shè)標(biāo)準(zhǔn)段支架，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)段鋼箱梁的吊裝。往后依次進(jìn)行支架搭設(shè)及鋼箱梁的吊裝，直至另一端鋼箱梁吊裝完畢。進(jìn)行鋼箱梁吊裝時(shí)，橫向斷面安裝順序由中間向兩側(cè)安裝，鋼箱梁全部安裝完畢后，開始進(jìn)行系桿張拉施工。

2.2 拱肋安裝施工

拱肋吊裝前，先進(jìn)行臨時(shí)支架的安裝，臨時(shí)支架從兩端向中間進(jìn)行安裝。安裝完畢后利用汽車吊先進(jìn)行拱肋根部節(jié)段吊裝，兩側(cè)成對稱吊裝，主、幅拱同時(shí)吊裝，再進(jìn)行斜撐與橫撐的安裝。

3 BIM技術(shù)概述與Revit建模

隨著我國橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，建設(shè)難度越來越大，BIM技術(shù)的加入解決了橋梁施工中的困難[6]。

相對于傳統(tǒng)施工管理方法，BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3D模型與現(xiàn)場施工作業(yè)的高度匹配，充分提升了管理效果。BIM技術(shù)可模擬橋梁碰撞設(shè)計(jì)、場地布置、施工進(jìn)度，可以進(jìn)行精確快速的計(jì)算，得到工程量，BIM技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛運(yùn)用在橋梁建設(shè)中[7]。

目前，Revit軟件已被社會各界廣泛使用，Revit建立梁拱組合體系時(shí)，主要依靠梁拱組合體系體量化建模、對整體結(jié)構(gòu)參數(shù)化模擬。體量化建模時(shí)可使用體量工具對梁拱組合體系、體系中各部件進(jìn)行初步定形，使模型的建立更具系統(tǒng)性。參數(shù)化建?？赏ㄟ^對梁拱組合體系進(jìn)行變化參數(shù)等操作，以實(shí)現(xiàn)3D模型的參數(shù)化模擬。體量化與參數(shù)化的結(jié)合，使Revit建模更具說服力。

Revit建立梁拱組合橋前，應(yīng)測量施工場地、橋墩位置與周圍建筑物的關(guān)系，可通過實(shí)際測量的數(shù)據(jù)對梁拱組合橋模型進(jìn)行初步建立。

為了提高3D建模效率，應(yīng)對3D模型進(jìn)行底圖處理，將底圖從畫圖軟件CAD中導(dǎo)入Revit項(xiàng)目中，再對組合體系各部件、橋面附屬構(gòu)件進(jìn)行建模。

通過BIM可視化編程實(shí)現(xiàn)BIM參數(shù)化，提高建模質(zhì)量。執(zhí)行BIM標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)從實(shí)例到Revit軟件建模的良好轉(zhuǎn)換，確保模型的精細(xì)化[8]。

拱部件的BIM模型如圖2所示，梁部件的BIM模型如圖3所示。

圖2 拱部件BIM模型

圖3 梁部件BIM模型

梁拱組合橋整體模型渲染如圖4所示。

圖4 梁拱組合橋BIM模型渲染圖

4 MIDAS/Civil有限元計(jì)算分析

在老橋上部進(jìn)行梁拱組合橋安裝施工，需要考慮眾多工況對老橋的影響。為了研究梁拱組合橋施工過程中的受力情況，將梁拱組合橋BIM模型導(dǎo)入MIDAS/Civil，并進(jìn)行有限元分析計(jì)算。

梁拱組合橋有限元模型如圖5所示。

圖5 梁拱組合橋有限元模型

4.1 老橋驗(yàn)算

在鋼箱梁安裝過程中，老橋墩頂支架單根鋼管樁最大反力為41 t，跨中支架的單根鋼管樁最大反力為14 t。汽車吊上新橋橋面安裝拱肋時(shí)，老橋墩頂處支架單根鋼管樁最大反力為70 t。

在該荷載作用下，老橋截面彎矩小于截面抗彎允許值，安全性滿足要求。

鋼箱梁安裝到拱肋安裝過程中，施工臨支架支反力結(jié)果如表1所示。

表1 臨時(shí)支架支反力結(jié)果 單位：t

4.2 新橋主梁驗(yàn)算

橋梁在建造過程中受到永久荷載與可變荷載共同作用，對梁拱組合橋結(jié)構(gòu)恒載、基礎(chǔ)沉降、可變荷載中的汽車荷載、溫度影響進(jìn)行有限元計(jì)算。

結(jié)構(gòu)自重取值γ1=26 kN/m3，二期荷載包括橋面鋪裝、防水和排水設(shè)施等，總計(jì)γ2=5 kN。

基礎(chǔ)沉降按每個(gè)基礎(chǔ)沉降的最不利荷載組合進(jìn)行計(jì)算，基礎(chǔ)分別考慮最大沉降量為0.01 m。

考慮巢湖路梁拱組合橋只有一個(gè)固定支座，均勻溫度變化對橋內(nèi)力不構(gòu)成影響，故僅考慮梯度溫度的影響；車道荷載為城市A級，結(jié)構(gòu)基頻f=0.567 Hz，沖擊系數(shù)μ=0.5。

溫度梯度取值如表2所示。

表2 溫度梯度取值

永久荷載作用下，恒載彎矩如圖6所示，基礎(chǔ)沉降彎矩如圖7所示。

圖6 恒載彎矩圖

圖7 基礎(chǔ)沉降彎矩圖

可變荷載作用下，溫度梯度彎矩如圖8所示，移動(dòng)荷載彎矩如圖9所示。

圖8 溫度梯度彎矩圖

圖9 移動(dòng)荷載彎矩圖

對梁拱組合橋進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算。承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)組合表達(dá)式為：

恒載產(chǎn)生最大彎矩為2.6×104kN·m，基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生最大彎矩為4.1×104kN·m，溫度梯度變化產(chǎn)生最大彎矩為7.7×104kN·m，移動(dòng)荷載產(chǎn)生最大彎矩為6.8×103kN·m。

承載能力極限狀態(tài)下，梁拱組合橋產(chǎn)生的最大彎矩值為9.4×104kN·m，均小于16.7×104kN·m；產(chǎn)生的最大剪力值為6.4×103kN＜Vdu=3.0×104kN，結(jié)果均滿足要求。

結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果彎矩如圖10所示，剪力如圖11所示。

圖10 彎矩圖

圖11 剪力圖

4.3 新橋拱圈驗(yàn)算

梁拱組合橋建造過程中，體系中拱圈的受力情況對梁拱組合橋具有較大影響，因此，對體系中拱圈內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算：

計(jì)算得γN＜Nud，Nud=14 141.36 kN，拱圈抗壓承載力滿足要求。

5 結(jié)語

為研究在既有老橋上開展梁拱組合橋吊裝施工技術(shù)和新、老橋受力情況，以引江濟(jì)淮工程巢湖路橋施工為工程背景，對梁拱組合橋安裝施工方案進(jìn)行了總結(jié)。通過Revit建立梁拱組合橋BIM精細(xì)化模型，將BIM模型導(dǎo)入有限元軟件MIDAS/Civil中，對老橋墩頂、跨中鋼管支架最大反力進(jìn)行計(jì)算，對新橋主梁在永久、可變荷載作用及荷載組下產(chǎn)生的內(nèi)力進(jìn)行有限元分析計(jì)算。

（1）新橋安裝過程中，老橋跨中支架的單根鋼管支架最大反力為14 t。

汽車吊上新橋橋面安裝拱肋時(shí)，老橋墩頂處單根鋼管支架最大反力為70 t。

在該荷載作用下，老橋截面彎矩小于截面抗彎允許值，安全性滿足要求。

（2）承載能力極限狀態(tài)下梁拱組合橋主梁所受最大彎矩值為9.4×104kN·m＜Mdu，Mdu=16.7×104kN·m；

最大剪力值為6.4×103kN＜Vdu，Vdu=3.0×104kN，結(jié)果均滿足要求。

（3）梁拱組合橋拱圈截面最大軸力組合為14 141.36 kN，抗壓承載力滿足要求。