CN114086467A - 一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，通过BIM模型进行三维空间运动精调仿真，用工字钢梁的实际架设数据纠正桥面板的BIM模型，层层模拟，用模拟数据指导桥面板的预制和安装，从而消除桥面板精确就位中可能出现的问题，避免安装时安装不上，确保桥面板的施工精度，且通过提前在BIM模型中进行桥面板的预铺设模拟，为桥面板定制提供了足够时间，避免影响施工工期。
Description
技术领域
本发明涉及钢混组合梁施工技术领域，具体是一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法。
背景技术
随着公路建设的不断发展，地形环境复杂多样，桥梁工程形式也越来越多，随着跨径增长，钢结构桥的优势便凸显出来。特别是在云贵等地区，由于身处峡谷等地势，上部结构采用钢-混组合梁形式具备明显的优势。
连续钢混组合梁多采用工字形钢混组合梁，即“多片工字形钢梁+混凝土桥面板”组合结构，各片主梁在墩顶及跨间位置设置横向联结系，相邻两片主梁中间设置一道小纵梁，各节点均采用高强螺栓连接。主梁连接节点为避开剪应力最大处，均超出连续墩盖梁3～6m。
当前钢混组合梁施工方面可供借鉴的经验非常少，工字形钢主梁先在拼装场按吊装节段进行整孔钢梁拼装，验收合格后对钢梁进行运、架，安装下一孔需与已架设完成的钢梁进行悬拼，每孔钢梁架设后，在工字钢梁上铺设桥面板。铺设时，在工字钢梁安装聚乙烯垫条，桥面板按编号安装在垫条上，工字钢梁上有剪力钉，与桥面板预留孔洞及外漏湿接缝钢筋精确对位，以保证整体受力，桥面板的精确预制、铺设需要非常高的精度，确保桥面板能够顺利安装，如现场安装时未实现精确控制，难以使桥面板就位，若对桥面板钢筋大量进行切割，将造成面板受力缺陷，影响桥梁施工质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，通过BIM模型进行精调仿真模拟，用模拟数据指导桥面板的预制和安装，从而保证了桥面板的精确安装，确保桥面板的施工精度。
本发明的技术方案为：
一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，具体包括有以下步骤：
(1)、根据桥梁平、纵曲线半径搭建工字钢梁的BIM模型，工字钢梁按照设计参数计算的预拱度进行布置；
(2)、搭建标准桥面板的BIM模型，利用工字钢梁BIM模型中的标准尺寸进行桥面板的预铺设；
(3)、找出桥面板预留槽口内钢筋、预留湿接缝钢筋分别与工字钢梁剪力钉间的碰撞、以及相邻两块桥面板预留湿接缝钢筋之间的碰撞，找出碰撞点，生成碰撞数据报告；
(4)、在标准桥面板的BIM模型中，对碰撞点处桥面板预留槽口的预留尺寸进行调整，同时调整预留槽口内钢筋及预留湿接缝钢筋的位置，并对边缘位置尺寸偏差较大的桥面板进行尺寸微调，对桥面板下方的垫条尺寸进行调整；
(5)、依据桥面板预制数据，在预制场内生产首跨桥面板；
(6)、对架设工况后的工字钢梁的线形进行精确测量采集，生成工字钢梁及剪力钉定位数据；
(7)、利用工字钢梁及剪力钉定位数据重构工字钢梁的BIM模型和剪力钉的位置模型，再次利用工字钢梁BIM模型中的尺寸进行桥面板的二次铺设，并输出桥面板的最终铺设定位数据；
(8)、对首跨桥面板按照最终铺设定位数据进行铺设，首跨铺设确保无误后进行批量生产并铺设所有桥面板。
所述的步骤(1)中，搭建工字钢梁的BIM模型具体包括有以下步骤：
(a)、根据桥梁平曲线和竖曲线建立起精确的支座垫石和支座的模型；
(b)、按照设计图搭建工字钢梁的BIM模型，工字钢梁的BIM模型设置单点高程调节参数和左右偏移参数，并布设剪力钉的位置模型，剪力钉的位置模型与工字钢梁的BIM模型匹配，即剪力钉的位置模型跟随工字钢梁的BIM模型移动而移动，并设置横向和纵向的调节参数；
(c)、利用调节参数对工字钢梁的BIM模型进行预拱度调整，使其与理论计算的预拱度保持一致；
(d)、将工字钢梁的BIM模型与支座垫石和支座的模型进行精确结合，即工字钢梁BIM模型上设置的预留支座孔其对称中心线与支座的中心线对齐。
所述的步骤(2)，搭建标准桥面板的BIM模型，利用工字钢梁BIM模型中的标准尺寸进行桥面板的预铺设，具体包括有以下步骤：
(a)、标准桥面板按照设计尺寸进行参数化建模，建模时候，设置桥面板竖向可调节参数，桥面板预留槽口处设置一定宽度均匀分布钢筋的调整参数，桥面板预留槽口内钢筋设置可以均匀进行宽度调整的参数；
(b)、沿着工字钢梁BIM模型的横纵向找出各块桥面板的设计中心线，并将标准桥面板模型铺贴于工字钢梁顶端的垫条模型上，搭建起桥面板与工字钢梁间的位置关系，对每块桥面板进行编号；
(c)、逐一将每块桥面板的中心线与工字钢梁BIM模型上各块桥面板的设计中心线进行对齐，使得两条线重合，从而构建得到标准桥面板的BIM模型。
所述的步骤(3)中，所述的找出碰撞点是将工字钢梁的BIM模型运行碰撞检查，即采用真实钢筋尺寸与剪力钉实际尺寸相差3mm进行软碰撞，找出碰撞点，生成碰撞数据报告。
所述的步骤(4)中，桥面板下方的垫条尺寸调整完毕后，确保无碰撞后，导出包含桥面板编号、尺寸、预留槽口和预留槽口内钢筋位置的桥面板预制数据，通过对桥面板重量进行计算，来确定桥面板预埋吊点位置，确保起吊过程平稳。
所述的步骤(5)中，预制场内生产首跨桥面板时，严格控制桥面板的预制精度，确保桥面板上钢筋安装的精度，对桥面板的预留槽口位置，浇筑前进行测量检查，凝固后，再次复核，确保预制精度，每块出厂的桥面板标注好对应的编号，以防安装时混乱。
所述的步骤(6)中，对架设工况后的工字钢梁的线形进行精确测量采集的具体步骤为：采用三维激光扫描仪采集工字钢梁及剪力钉的三维点云数据，依据采集的三维点云数据，拟合成模型，捕捉工字钢梁及剪力钉各模型位置中心的坐标数据，生成工字钢梁及剪力钉定位数据。
所述的步骤(7)中，进行桥面板的二次铺设时，注意桥面板边缘位置线形波动幅度较大处，铺设时注意保证桥面板的铺设线形，同时由于工字钢梁预拱度较大，桥面板与工字钢梁顶端的垫条之间存在间隙，要对垫条进行同步高度调整，完成后分析未与工字钢梁形成组合结构前桥面板的受力状态，并输出桥面板的最终铺设定位数据。
所述的步骤(8)中，桥面板采用桥面板铺设装置进行铺设，用桥面板铺设装置包括有吊装于架桥机上的后吊重行车、连接于后吊重行车底端上的后吊重扁担、设置于后吊重扁担底端上的横移轨道、滑动设置于横移轨道上的横移小车、连接于横移小车底端的旋转台、连接于旋转台上的横移吊机扁担和四个分别设置于横移吊机扁担四个拐角处的吊钩，桥面板吊装于四个吊钩上，吊桥机带动后吊重行车进行水平纵向移动和竖直上下移动，从而带动桥面板进行水平纵向和竖直上下的移动，横移小车沿横移轨道进行水平横向移动，从而实现桥面板的水平横向移动，旋转台通过横移吊机扁担带动桥面板实现旋转运动，从而通过桥面板铺设装置将每块桥面板铺设于工字钢梁上方对应的位置。
本发明的优点：
(1)、本发明通过提前在BIM模型中进行桥面板的预铺设模拟，为桥面板定制提供了足够时间，避免影响施工工期。
(2)、本发明通过BIM模型进行三维空间运动精调仿真，用工字钢梁的实际架设数据纠正桥面板的BIM模型，层层模拟，用模拟数据指导桥面板的预制和安装，从而消除桥面板精确就位中可能出现的问题，避免安装时安装不上，确保桥面板的施工精度。
附图说明
图1是桥面板的预铺设示意图。
图2桥面板剪力钉位置与钢筋位置的平面图。
图3是图2中的A-A剖面图。
图4是本发明桥面板铺设后的结构示意图。
图5是本发明桥面板铺设装置的结构示意图。
附图标记：1-工字钢梁，2-支座垫石，3-支座，4-剪力钉，5-桥面板，6-垫条，7-桥面板预留槽口内钢筋、8-预留湿接缝钢筋，9-架桥机单导梁，10-后吊重行车，11-后吊重扁担，12-横移轨道，13-横移小车，14-旋转台，15-横移吊机扁担，16-吊钩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1-图4，一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，具体包括有以下步骤：
(1)、根据桥梁平、纵曲线半径搭建工字钢梁1的BIM模型，工字钢梁1按照设计参数计算的预拱度进行布置；其中，搭建工字钢梁1的BIM模型具体包括有以下步骤：
(a)、根据桥梁平曲线和竖曲线建立起精确的支座垫石2和支座3的模型；
(b)、按照设计图搭建工字钢梁1的BIM模型，工字钢梁1的BIM模型设置单点高程调节参数和左右偏移参数，并布设剪力钉4的位置模型，剪力钉4的位置模型与工字钢梁1的BIM模型匹配，即剪力钉4的位置模型跟随工字钢梁1的BIM模型移动而移动，并设置横向和纵向的调节参数；
(c)、利用调节参数对工字钢梁1的BIM模型进行预拱度调整，使其与理论计算的预拱度保持一致；
(d)、将工字钢梁1的BIM模型与支座垫石2和支座3的模型进行精确结合，即工字钢梁1BIM模型上设置的预留支座孔其对称中心线与支座3的中心线对齐；
(2)、搭建标准桥面板5的BIM模型，利用工字钢梁1BIM模型中的标准尺寸进行桥面板5的预铺设，具体包括有以下步骤：
(a)、标准桥面板5按照设计尺寸进行参数化建模，建模时候，设置桥面板5竖向可调节参数，桥面板预留槽口处设置一定宽度均匀分布钢筋的调整参数，桥面板预留槽口内钢筋7设置可以均匀进行宽度调整的参数；
(b)、沿着工字钢梁1BIM模型的横纵向找出各块桥面板5的设计中心线，并将标准桥面板模型铺贴于工字钢梁1顶端垫条6的模型上，搭建起桥面板5与工字钢梁间1的位置关系，对每块桥面板5进行编号(见图1)；
(c)、逐一将每块桥面板5的中心线与工字钢梁1BIM模型上各块桥面板5的设计中心线进行对齐，使得两条线重合，从而构建得到标准桥面板的BIM模型；
(3)、找出桥面板预留槽口内钢筋7、预留湿接缝钢筋8分别与工字钢梁剪力钉4间的碰撞、以及相邻两块桥面板预留湿接缝钢筋8之间的碰撞，将工字钢梁1的BIM模型运行碰撞检查，即采用真实钢筋尺寸与剪力钉实际尺寸相差3mm进行软碰撞，找出碰撞点，生成碰撞数据报告；
(4)、在标准桥面板的BIM模型中，对碰撞点处桥面板预留槽口的预留尺寸进行调整，同时调整预留槽口内钢筋7及预留湿接缝钢筋8的位置，并对边缘位置尺寸偏差较大的桥面板5进行尺寸微调，对桥面板下方的垫条6尺寸进行调整后，确保无碰撞后，导出包含桥面板编号、尺寸、预留槽口和预留槽口内钢筋7位置的桥面板预制数据，通过对桥面板5重量进行计算，来确定桥面板5预埋吊点位置，确保起吊过程平稳；
(5)、依据桥面板预制数据，在预制场内生产首跨桥面板；预制场内生产首跨桥面板时，严格控制桥面板的预制精度，确保桥面板上钢筋安装的精度，对桥面板的预留槽口位置，浇筑前进行测量检查，凝固后，再次复核，确保预制精度，每块出厂的桥面板5标注好对应的编号，以防安装时混乱；
(6)、对架设工况后的工字钢梁1的线形进行精确测量采集，具体步骤为：采用三维激光扫描仪采集工字钢梁1及剪力钉4的三维点云数据，依据采集的三维点云数据，拟合成模型，捕捉工字钢梁1及剪力钉4各模型位置中心的坐标数据，生成工字钢梁1及剪力钉4的定位数据；
(7)、利用工字钢梁1及剪力钉4的定位数据重构工字钢梁1的BIM模型和剪力钉4的位置模型，再次利用工字钢梁1BIM模型中的尺寸进行桥面板5的二次铺设，进行桥面板5的二次铺设时，注意桥面板边缘位置线形波动幅度较大处，铺设时注意保证桥面板的铺设线形，同时由于工字钢梁1预拱度较大，桥面板5与工字钢梁1顶端的垫条之间存在间隙，要对垫条6进行同步高度调整，完成后分析未与工字钢梁1形成组合结构前桥面板5的受力状态，并输出桥面板5的最终铺设定位数据；
(8)、对首跨桥面板5按照最终铺设定位数据进行铺设，首跨铺设确保无误后进行批量生产并铺设所有桥面板5；
见图5，桥面板5采用桥面板铺设装置进行铺设，用桥面板铺设装置包括有吊装于架桥机单导梁9上的后吊重行车10、连接于后吊重行车10底端上的后吊重扁担11、设置于后吊重扁担11底端上的横移轨道12、滑动设置于横移轨道12上的横移小车13、连接于横移小车13底端的旋转台14、连接于旋转台14上的横移吊机扁担15和四个分别设置于横移吊机扁担15四个拐角处的吊钩16，桥面板5吊装于四个吊钩16上，吊桥机带动后吊重行车10进行水平纵向移动和竖直上下移动，从而带动桥面板5进行水平纵向和竖直上下的移动，横移小车13沿横移轨道12进行水平横向移动，从而实现桥面板5的水平横向移动，旋转台14通过横移吊机扁担15带动桥面板5实现旋转运动，从而通过桥面板铺设装置将每块桥面板5铺设于工字钢梁1上方对应的位置。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、根据桥梁平、纵曲线半径搭建工字钢梁的BIM模型，工字钢梁按照设计参数计算的预拱度进行布置；
(2)、搭建标准桥面板的BIM模型，利用工字钢梁BIM模型中的标准尺寸进行桥面板的预铺设；
(3)、找出桥面板预留槽口内钢筋、预留湿接缝钢筋分别与工字钢梁剪力钉间的碰撞、以及相邻两块桥面板预留湿接缝钢筋之间的碰撞，找出碰撞点，生成碰撞数据报告；
(4)、在标准桥面板的BIM模型中，对碰撞点处桥面板预留槽口的预留尺寸进行调整，同时调整预留槽口内钢筋及预留湿接缝钢筋的位置，并对边缘位置尺寸偏差较大的桥面板进行尺寸微调，对桥面板下方的垫条尺寸进行调整；
(5)、依据桥面板预制数据，在预制场内生产首跨桥面板；
(6)、对架设工况后的工字钢梁的线形进行精确测量采集，生成工字钢梁及剪力钉定位数据；
(7)、利用工字钢梁及剪力钉定位数据重构工字钢梁的BIM模型和剪力钉的位置模型，再次利用工字钢梁BIM模型中的尺寸进行桥面板的二次铺设，并输出桥面板的最终铺设定位数据；
(8)、对首跨桥面板按照最终铺设定位数据进行铺设，首跨铺设确保无误后进行批量生产并铺设所有桥面板。
2.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，搭建工字钢梁的BIM模型具体包括有以下步骤：
(a)、根据桥梁平曲线和竖曲线建立起精确的支座垫石和支座的模型；
(b)、按照设计图搭建工字钢梁的BIM模型，工字钢梁的BIM模型设置单点高程调节参数和左右偏移参数，并布设剪力钉的位置模型，剪力钉的位置模型与工字钢梁的BIM模型匹配，即剪力钉的位置模型跟随工字钢梁的BIM模型移动而移动，并设置横向和纵向的调节参数；
(c)、利用调节参数对工字钢梁的BIM模型进行预拱度调整，使其与理论计算的预拱度保持一致；
(d)、将工字钢梁的BIM模型与支座垫石和支座的模型进行精确结合，即工字钢梁BIM模型上设置的预留支座孔其对称中心线与支座的中心线对齐。
3.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(2)，搭建标准桥面板的BIM模型，利用工字钢梁BIM模型中的标准尺寸进行桥面板的预铺设，具体包括有以下步骤：
(a)、标准桥面板按照设计尺寸进行参数化建模，建模时候，设置桥面板竖向可调节参数，桥面板预留槽口处设置一定宽度均匀分布钢筋的调整参数，桥面板预留槽口内钢筋设置可以均匀进行宽度调整的参数；
(b)、沿着工字钢梁BIM模型的横纵向找出各块桥面板的设计中心线，并将标准桥面板模型铺贴于工字钢梁顶端的垫条模型上，搭建起桥面板与工字钢梁间的位置关系，对每块桥面板进行编号；
(c)、逐一将每块桥面板的中心线与工字钢梁BIM模型上各块桥面板的设计中心线进行对齐，使得两条线重合，从而构建得到标准桥面板的BIM模型。
4.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述的找出碰撞点是将工字钢梁的BIM模型运行碰撞检查，即采用真实钢筋尺寸与剪力钉实际尺寸相差3mm进行软碰撞，找出碰撞点，生成碰撞数据报告。
5.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，桥面板下方的垫条尺寸调整完毕后，确保无碰撞后，导出包含桥面板编号、尺寸、预留槽口和预留槽口内钢筋位置的桥面板预制数据，通过对桥面板重量进行计算，来确定桥面板预埋吊点位置，确保起吊过程平稳。
6.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，预制场内生产首跨桥面板时，严格控制桥面板的预制精度，确保桥面板上钢筋安装的精度，对桥面板的预留槽口位置，浇筑前进行测量检查，凝固后，再次复核，确保预制精度，每块出厂的桥面板标注好对应的编号，以防安装时混乱。
7.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，对架设工况后的工字钢梁的线形进行精确测量采集的具体步骤为：采用三维激光扫描仪采集工字钢梁及剪力钉的三维点云数据，依据采集的三维点云数据，拟合成模型，捕捉工字钢梁及剪力钉各模型位置中心的坐标数据，生成工字钢梁及剪力钉定位数据。
8.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(7)中，进行桥面板的二次铺设时，注意桥面板边缘位置线形波动幅度较大处，铺设时注意保证桥面板的铺设线形，同时由于工字钢梁预拱度较大，桥面板与工字钢梁顶端的垫条之间存在间隙，要对垫条进行同步高度调整，完成后分析未与工字钢梁形成组合结构前桥面板的受力状态，并输出桥面板的最终铺设定位数据。
9.根据权利要求1所述的一种钢混组合梁桥面板预制安装施工方法，其特征在于：所述的步骤(8)中，桥面板采用桥面板铺设装置进行铺设，用桥面板铺设装置包括有吊装于架桥机上的后吊重行车、连接于后吊重行车底端上的后吊重扁担、设置于后吊重扁担底端上的横移轨道、滑动设置于横移轨道上的横移小车、连接于横移小车底端的旋转台、连接于旋转台上的横移吊机扁担和四个分别设置于横移吊机扁担四个拐角处的吊钩，桥面板吊装于四个吊钩上，吊桥机带动后吊重行车进行水平纵向移动和竖直上下移动，从而带动桥面板进行水平纵向和竖直上下的移动，横移小车沿横移轨道进行水平横向移动，从而实现桥面板的水平横向移动，旋转台通过横移吊机扁担带动桥面板实现旋转运动，从而通过桥面板铺设装置将每块桥面板铺设于工字钢梁上方对应的位置。
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