箱形拱桥（box-ribbedarchbridge）

    拱肋采用箱型截面，可用钢筋混凝土或钢建造的一种拱桥。钢筋混凝土箱形拱截面挖空率达50%～70%，与板拱相比大量减少圬工体积，减轻质量，节省上下部结构造价，但建造复杂。钢箱拱桥外形较简单，一般采用二片箱形拱肋。

    今天就让我带大家了解一下BIM技术在复杂钢箱拱桥的三维设计应用

    1、桥梁项目基本情况

    引桥1

    3×20m单箱双室预应力连续箱梁，梁高1.4m，位于R=250平曲线上。

    主桥

    中承式箱型拱桥，主梁采用钢混组合结构，上为混凝土板，下为钢格子梁，梁高1.5m，主梁全长245m，采用2%纵坡。

    引桥2

    20m预应力简支箱梁，梁高1.4m。

    2、传统软件的设计难度

    原设计有较大变更

    BIM建模过程中，由于业主对主桥是否建立人行道尚未确定，桥面宽度存在变更可能，传统软件在这种大变更的情况下，基本只能重新建模。

    复杂的细部结构

    每节段钢格子梁的隔板均非标准件，且隔板距离不尽相同，不能简单地通过复制粘贴实现。

    复杂曲线、曲面建模

    钢箱拱由拱轴线是由一条幂函数构成，传统设计软件对这种复杂曲线通过多段线拟合，设计调整导致的数据核算较困难。

    3、BIM解决方案

    实时协同设计

    项目经理对项目进行合理的分工划分，每位工程师只需完成各自所负责的部分；钢箱拱、格子梁、引桥、桥面系分开同时建模，然后通过组装，得到完整的桥梁模型，提升建模效率。

    参数化建模

    CATIA建模过程中通过特征参数发布，方便捕获历史设计和模板化。桥梁设计本质其实是构造参数的确定，建立参数驱动的参数化模型有多种好处。

    ·模型调整变得快捷——通过参数调整模型，提高设计效率

    ·模型可重复利用——桥梁设计不再是大量重复，而是可积累可继承的过程

    项目中，梁宽出现变更，通过发布梁宽参数，当项目变更完成后，通过简单调整梁宽参数，得到目标模型。这体现了CATIA的核心竞争力——参数化快速调整模型。

    自定义模板

    参数化建模的高级运用。

    一般以参数和骨架作为输入，定义构件跟输入之间的几何逻辑关系，实现批量实例化的目的，极大提高建模效率。以格子梁为例，通过发布横隔板间距作为参数，隔板间距不同，可通过在模板实例化过程中，调整每个节段隔板的距离实现不同节段格子梁的批量建模。

    曲面设计

    钢箱拱是复杂空间曲面，传统二维设计难以表达清楚，采用CATIA进行三维设计可通过定义法则曲线得到拱轴线，再通过拱轴线形成曲面，再对曲面进行加厚，得到三维钢箱拱。

    有限元分析

    将CATIA中的三维模型导入有限元分析软件，对BIM模型进行二次利用，省去了在有限元软件中前处理建模的时间，大大提高了分析效率，同时也保证分析模型与三维模型的一致性。

    达索建模优势

    从CATIA模型到ABAQUS模型的转换

    为在后处理中直观查看每个板件的应力应变云图，以及便于对各个板件进行网格的划分，在CATIA软件上将部件每个板件分别作为一个（*.igs）格式导出，再分别导入ABAQUS软件中，装配后得到ABAQUS模型图（见图11）。在吊杆连接孔口处使用映射网格划分，以获得质量较好的网格，其他板件采用自由网格划分，得到整体模型网格见图12。对模型施加适当的边界条件和荷载后即可进行有限元分析。

    模型的有限元分析

    有限元分析完成后，可查看整体模型的MISES应力云图及各板件应力云图（见图13—16）。由图5可知，整个模型的应力主要集中在与吊杆连接的圆孔处，除了该点处，其他板件都没有达到屈服强度（350MPa），整个结构的所有板件强度满足要求。

    4、CATIA建模成果展示

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