基于BIM的连续刚构桥施工监控及信息管理研究

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随着桥梁结构分析理论的逐渐成熟以及高强度材料的应用,我国桥梁建设正逐步向更大的跨径方向发展。由于连续刚构桥主梁连续、无伸缩缝、无体系转换并且还具有很大的抗弯刚度和抗扭刚度,已成为大跨度预应力混凝土桥梁的首选桥型。预应力混凝土连续刚构桥一般采用挂篮悬臂施工法,在施工过程中,对桥梁的施工质量和结构安全的要求越来越高,因此,对桥梁施工过程进行监测控制是保证桥梁施工质量和结构安全的关键。近几年,我国将“智慧桥梁”看作桥梁工程领域下一步发展战略目标,BIM技术的出现将加快这一目标的实现。随着BIM技术的逐渐成熟,基于BIM技术的桥梁施工监控成为了桥梁工程应用研究的方向之一。本文以石堡川河特大桥为工程实例背景,将BIM技术应用到连续刚构桥施工监控中,通过结构理论计算和现场实际监控结果相结合,从而实现了桥梁施工监控的信息化和可视化。本论文主要开展以下研究内容:(1)介绍了本论文研究背景及意义,总结了国内外BIM技术在桥梁工程中的应用及研究现状。提出了将BIM技术应用桥梁施工监控中具有重大的意义。(2)深入分析了BIM的定义、特点以及连续刚构桥施工控制的理念和方法。给出石堡川河特大桥主桥施工监控的主要方案,详细讲述了线形控制、应力控制及稳定性控制在施工监控的重要性。结合BIM技术在桥梁工程中基本应用,对BIM技术在连续刚构桥施工监控中的应用进行了阐述。(3)着重研究了Revit软件的基本内容、可扩展性和Revit API应用程序接口的相关内容。针对Revit软件二次开发技术,介绍了二次开发所需要具备的开发环境、开发方式以及开发流程。(4)以BIM技术理论为基础,结合Revit二次开发技术,采用Visual Studio 2019集成开发环境运用C#编程语言开发了Revit快速桥梁建模插件。该插件可以直接读取Excel表格数据,并通过参数化驱动标准箱梁进行大跨径连续刚构桥主梁模型的创建。将该插件应用在石堡川河特大桥中,验证了插件的可行性,极大提高了建模效率。在Excel表格中编写公式,求出带有空间曲线的预应力钢筋关键点的坐标,以可视化编程插件Dynamo为载体,运用Python Script脚本语言编写预应力钢筋程序,根据点的坐标,程序自动创建空间曲线模型线,通过Revit放样命令进行预应力钢筋族的创建。解决了Revit软件中无法直接创建空间曲线预应力钢筋模型等问题。(5)研究了Revit软件和ANSYS有限元软件之间的模型转换方法。通过利用C#语言并结合Revit二次开发技术,提取Revit软件中主梁模型以及预应力钢筋模型点的坐标,并将点的坐标通过代码程序转换成APDL命令流格式,ANSYS通过读取此命令流实现了主梁BIM模型以及预应力钢筋BIM模型与ANSYS模型之间的转换。通过将BIM模型转换成ANSYS模型后,进行主梁悬臂施工阶段的仿真分析,并计算其线形和应力,为施工监控提供理论数据支持,实现了BIM软件与有限元软件一体化研究。(6)采用C#语言和Revit二次开发技术,基于Revit软件平台开发了一款桥梁监控信息管理插件。通过模拟桥梁施工阶段过程,在BIM模型中实现了数据输入、修改和预警分析等功能。通过将该插件应用于石堡川河特大桥主桥的施工监控,对主梁应力和线形监测数据实施更高效的管理。在该插件中通过选择桥墩编号和施工工序,将主梁线形和应力的实测值和理论值进行对比,当误差值超过允许的范围时,Revit软件中的三维模型将给出预警提示,以便为下一施工阶段提供技术指导。
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