基于BIM的贝雷桁架双导梁架桥机结构安全验算与施工模拟

曹慧，季海萍，邓浪，沈强儒

（1. 南通大学 建筑工程学院，江苏  南通  226019）

（2. 南通路桥集团有限公司，江苏 南通 226018）

（3. 中交二公局第二工程有限公司，陕西 西安 710119）

摘  要：贝雷拼装桁架双导梁架桥机装拆快速方便，便于运输，可通过调节贝雷片的数量和安装形式来满足不同吊重及跨度大小的多跨连续梁桥；以某30m五跨连续梁桥原图纸和荷载方案为工程背景，应用BIM技术采用Revit软件创建三维模型进行工程三维空间的精确吊装模拟，对施工过程中贝雷桁架双导梁架桥机的强度及稳定性进行了验算，并对施工过程中的安全规程进行了说明。

关键词  BIM，贝雷桁架，架桥机，结构安全验算

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0 引言

BIM模型是集成了工程建设项目各种相关信息以三维数字技术为基础的工程数据模型，BIM技术的出现和发展使传统二维设计的缺陷有了根本的改善。我国桥梁的大规模建设离不开架桥机的普遍应用，贝雷桁架双导梁架桥机以其优良的性能和不断改进的起重及行走系统，在桥梁架设工作中起着越来越重要的作用¹，贝雷桁架双导梁架桥机对于各种机电设备都可适用，大大提高了施工的自动化和机械化，贝雷片质量轻巧拆装方便，尤其是地形条件对于一般架桥机不能适用时，此架桥机都可使用。

本文以30m/70T贝雷片双导梁架桥机为例，建立BIM模型，进行双导梁架桥机主梁架设施工的方案优化，优化后可全幅面起吊安装主梁，边梁可一次性横移到位进行安装，具备纵横向移动及自行过孔能力²，显著提高了施工效率和施工安全度。

1 架桥机的组成及性能参数

1.1 30m/70T贝雷桁架架桥机结构组成

此贝雷桁架拼装架桥机由导梁、横梁、起重滑车组、横移轨道系统、纵移轨道系统、电气控制系统等基本构件组成³。

两片主导梁为架桥机的主要承重构件，由贝雷桁架拼装而成，通过前后支腿支撑于临时墩或桥墩上，为满足主梁在悬臂整机移动和吊梁时M和Q的要求，在中腿前后长20米范围内采用6排并列桁架，其余采用3排并列桁架。可适应各种形式的等截面连续梁施工。对于不同的跨径和宽度的桥梁通过调整桁架的节间数量及两片主导梁间的距离来调节。

1.2 架桥机主要指标

此架桥机主要性能指标⁴如下表1：

表 1  架桥机部分主要性能指标

Table1  

2 BIM模型的建立

 

图 1 模型总体效果图

利用 Revit 进行模型的建立，需要对族和项目样板进行编绘。其中，族是一个包含通用属性（称作参数）集和相关图形表示的图元组。在建立族模型过程中，应同步进行导梁的细部尺寸及材质参数化设置。在族构件建立之后，选择需要参数化设置的参数进行标注。数化设置能够使族构件载入到项目中，具有更强的适应性，为设计人员提供更灵活、更简便的操作方式。

3 导梁结构安全验算

此架桥机长66米，宽18米，分为起吊部分和安装部分。利用建好的BIM模型进行实际施工过程中的荷载模拟，进行最不利状态的内力计算和验算⁴。通过验算结果对上弦杆和下弦在中支点处加强18M，天梁平车为双轨被动平车，由计算知双导梁的自重q1=1.04T/m，吊重Q=56T，天车重量为每台12.06T。

图 2 贝雷梁示意图

3.1 导梁结构承载验算

通过BIM模型进行架梁时的施工过程模拟，确定结构受力最大的状态：

下弦杆弯曲应力

满足规范要求

上弦杆弯曲应力

 满足规范要求

架桥机向前移动时中支点处产生的弯矩：

作用下架桥机上下弦杆的弯曲应力为

满足规范要求.

架桥机向前移动时加强弦杆的杆端弯矩

    下弦杆弯曲应力

 满足规范要求

架桥机向前移动时中支点后加强弦杆杆端弯矩

下弦杆弯曲应力

满足规范要求。

架桥机起重时的安全验算

3.2 导梁弯曲稳定验算：

按铆接取

查表得

3.3 架桥过孔安全系数

通过初步计算，此架桥机在架梁时弯矩、应力和稳定性均满足要求。

4 基于BIM的施工工艺及操作要点指导

利用Navisworks软件在BIM模型基础上，合理制定施工计划，科学优化场地、设备和物料配置，优化关键技术的施工工艺，制定更为精确合理的施工指导文件，有效降低施工风险和施工成本，缩短工期。

4.1 操作要点

4.1.1 设备组装

设备组装前施工技术人员及现场指挥员向参与施工的所有人员详细介绍设备组成、结构特点并熟读设备使用说明书，明确相关技术要求，对作业工人实行岗位责任制，确保每道工序、每个环节都能明确责任人。同时准备组装场地机具。

⑴用吊机逐片吊起贝雷梁，按图纸要求用桁架销子依次连接拼装成主梁，贝雷片之间安装连接部件和加强部件保证支架整体受力，拧紧所有螺丝并全面检查。主梁的拼装依据现场的吊装能力一次性拼装或分节段拼装⁵。

⑵横移轨道、纵移轨道及中支点总成安装。轨道行走轮安装，两轨道中心距严格根据图纸确定。

⑶依次按要求安装电器线路、纵向过孔轨道、前支点、后临时支点、小龙门吊轨道，注意在钢轨端头安装挡板防止轨道发生位移。

⑷龙门吊拼装，拼装完毕后依次吊装到主梁上，用三角木将车轮塞紧并用枕木垫稳。搭建枕木垛时要注意水平，确保其基座宽度大于主梁宽度，防止侧翻。

架桥机安装完毕后调整到指定位置。所有部件组装结束后在原位进行试吊装，必须全面检测设备运行状况，确定各部件的安全可靠后再进行主梁架设⁶。图3为T梁试吊装。

 

图 3 T梁试吊装

4.1.2 过孔

⑴ 过孔应在风力不大于5级时进行。过孔前再次检查桥面行走系统是否铺设稳妥。将中支点行走轮调节为纵向移动方式，后支腿与辅助支腿保持同步，若出现异常情况立即停车检查。过孔后，后支腿走行轮的承重转移至支柱，调节前支腿高度进行承重，此时后临时支腿收起。

⑵ 运梁轨道安装完成后，运梁平车将准备架设的梁片运到架桥机后方。固定前支腿、前横移轨道。

⑶ 吊起配重梁前端并松开架桥机前支腿使之浮起浮起。同时启动中支点纵移平车和运梁平车，使导梁前移至前方盖梁时停止并精确调整到位。

(5) 前横移轨道安装和横移平车安放。

4.1.3 运梁

1、安全技术要求

（1）运梁前，项目分部技术员需出示所有待架梁段的技术证明并由监理师检查确认，满足质量要求后准予技术员提梁。将待架设梁段吊至运梁平车。

（2）施工人员根据螺栓孔中心线将支座十字线标出，检查相邻两主梁间距，满足要求后报验项目分部技术员和监理工程师。

（3）梁片置于运梁平车上时，为保护梁体混凝土，梁片前端须超出平车支承横梁1~2m，若条件有限，可利用梁片的最大悬出位置在平车支承与梁片之间垫纤维层胶皮或硬木板。

（4）为防止梁片松动发生坠梁事故，应派专人在运梁全程过程中在两平车旁边分别护送。

（5）运梁平车应由专人操作，控制重载速度为5m/min。

2、梁片捆梁、吊梁

捆梁、吊梁作业流程如下：启动纵移平车，行走速度保持在3m/min，将两平车平移至导梁尾部，先由前平车起吊梁片的一端，与运梁车同步前移，待梁片另一端到达龙门吊下方时，由另一平车代替运梁平车起吊梁端至与另一端水平位置。此时梁片处于全悬吊状态并精确对位。

 

4.1.4 落梁

架梁前将梁上杂物和浮渣清理干净,并逐片检查后依据施工流程按照先外梁后内梁的次序对称架设，不允许私自改变作业流程，严格按施工要求进行。在每片梁的两端将梁的竖向中心线用红漆标记,方便检查梁体斜斜度。

落梁前进一步确认梁片和支座的相对位置，并在平面、立面进行精细调整，满足规范要求后进行落梁作业。梁片纵向移动到位后进行落梁，下放梁片至支承垫石约30厘米启动横移系统。梁片横移到位后进行对中就位并安装支座。

4.1.5 解体

施工完成后拆除架桥机，拆除前清理设备上的附着物等所有非设备材料，全面检查设备是否有损坏并评估拆除能否正常，若有损坏应及时采取加固或捆绑措施。架桥机拆卸步骤如下：

（1）关闭电源，拆卸架桥机的动力系统电缆；

（2）先拆除前平联，随后回缩前支腿油缸，在主桁架悬臂状态下拆除前支腿；

（3）按先外侧后内侧的顺序依次拆除横联部分、横梁部分、平车组部分、门架脚、钢轨及其支撑系统，拆卸完毕后分类摆放整齐；

（4）拆除后临时支点，行走系统及其前后支点；

长大重构件在起吊拆除作业时，为防止构件剧烈摇晃碰撞其他部件，须采用人工牵引。在拆除的每一个阶段都应确保结构有可靠的锚固措施。

5 结语

贝雷片双导梁架桥机具有灵活的可调节，能满足不同跨度不同吊重情况的桥梁主梁安装，技术先进，安全可靠。但同时也对相关施工人员提出了更高的技术要求，利用BIM模型对贝雷片双导梁架桥机及其部件的相关性能进行模拟，可以更准确地进行架桥机的验算，实现对施工过程的周密指导，确保施工过程的安全可靠。

 

参考文献

[1] Karen C. Chou.Safety Assessment of Existing Structures Using a Filtered Fuzzy Relation[M]. Structural Safety, 1992, 12

[2] American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). Manual for Condition Evaluation and Load and Resistatance Factor Rating(LRFR) of Highway Bridges[M], 2003, 10

[3] 杨传堂，2015年交通运输工作十大任务［R］．2015年全国交通运输工作会议，2015

[4] 杨志辉，逐跨拼装预制节段预应力混凝土桥梁若干施工关键技术研[D]. 上海: 同济大学，2005

[5] 孟钢，刘晓霞. 宁德特大桥预应力混凝土简支箱梁制、运、架综合技术[J]. 江苏科技信息，2009，（10）:42-45

[6] 熊伟，蒋健设，廖宇峰. 城市轨道交通高架桥整孔箱梁架设施工技术[M]. 铁道科学与工程学报，2007，4（3）:73-78