基于BIM技术的大溪河特大桥数字桥梁管理平台
心坚如磐石
2024年05月21日 16:56:46
来自于桥梁工程
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桥 / 隧 / 创 / 新 / 

重庆奉建高速大溪河大桥

图源:桥梁杂志



   

   


名片


  • 姓名 大溪河大桥

  • 生日 :2025年6月(计划建成时间)

  • 籍贯 :重庆·奉节·瞿塘峡

  • 长度 :1624m,其中主桥1170m,引桥454m

  • 类型 :双塔双索面双边工字梁组合梁斜拉桥

  • 特点 :超高塔、超大跨度斜拉桥。塔高316m,主跨650m,同类结构桥梁跨度世界第一

  • 建设单位 :重庆奉建高速公路有限公司

  • 设计单位 :中铁长江交通设计集团有限公司

  • 施工单位 :贵州路桥集团有限公司



   

   


大溪河特大桥 是安康至来凤国家高速公路奉节至巫山段控制性工程,桥位距瞿塘峡东口的大溪河与长江汇合口约2.8km。大桥攻克了多个技术难关,采用了多项创新技术。


独特之处

1

同类型桥梁跨度世界第一


大桥采用双塔双索面斜拉桥方案,跨径布置为92m+168m+650m+168m+92m。主梁采用双边工字形钢-混组合梁,梁宽为27.6m,索塔高度达到316m, 为世界第一跨度双边工字形组合梁斜拉桥,世界第二跨度组合梁斜拉桥,桥塔高度名列世界前茅。

2

桥梁景观设计根植民族文化基因


“一桥飞架南北,天堑变通途”,着笔于“神女应无恙,当惊世界殊”。大溪河特大桥连奉节接巫山俯视瞿塘峡,不仅集高耸挺拔三峡风貌于一身,又融合了大溪河蜿蜒秀美之柔情。因此大溪河大桥景观设计联想柔美的巫山神女,运用近现代流畅曲线的造型手法,打造三峡新地标。


图源         桥梁杂志

3

山区大跨高塔斜拉桥抗风性能

关键技术研究


桥址处为山区河谷地貌,与沿海和平原地区的自然风相比,山区峡谷有阵风强烈、湍流强度大、风攻角大、风速沿桥轴线分布不均匀等特点,极为复杂。本桥主梁为刚度相对较小的双边工字梁,具有跨度大、抗扭刚度小、自振频率低,结构阻尼小、对风的作用敏感等特点,主梁小尺度模型涡激共振试验及全桥气弹型涡振试验表明:主梁最大悬臂施工状态和成桥状态涡激振动均非常明显,且振幅超过规范允许值。为此,如何有效控制主梁的涡振是大桥建设面临的巨大挑战。


在涡振控制技术方面,对大溪河特大桥开展了详细、系统的涡振性能风动试验研究,包括缩尺比1:50、1:20主梁节段模型试验、1:100全桥气动模型风洞试验,完成了超过20种涡振气动控制方案研究,对比分析采用风障、整流罩、下中央稳定板、倒L型裙板、导流板及其组合作用下对主梁的抑振效果,最终采用直立式无平台整流罩+下中央稳定板的组合气动措施。大尺度节段模型风洞试验和全桥气弹模型风洞试验结果均表明,采用该气动措施可以在不同风攻角下完全消除主流的涡激振动。

全桥气弹模型风洞试验

图源 桥梁杂志

4

首次在国内将外置式钢锚管

应用于索梁锚固系统


传统的索梁锚固系统为钢锚箱或锚拉板,钢锚箱构造复杂,检修困难;锚拉板虽构造简单,但对应的桥面板易开裂;钢锚管构造简单,传力途径明确,本桥将钢锚管应用于本桥,汲取二者优点,克服两者不足。


  外置式钢锚管在索梁锚固上的应用 

图源 桥梁杂志

5

超高性能混凝土UHPC在跨中段桥面板预制

及NC湿接缝中的应用


大跨度组合梁斜拉桥跨中合龙段桥面板,受力复杂,在活载、温度、风载作用可变作用下,交变应力幅变化大,控制桥面板的压应力不超限,同时不出现拉应力难度非常高;常规的解决办法是在桥面板中增加纵向预应力,对一般跨度的组合梁斜拉桥,可以较好解决;但本桥跨度太大,交变应力变化太高,预应力要求布置数量相当多,桥面板厚度有限,增加了桥面板施工难度和张拉过程中的风险,采用UHPC可以充分利用其超高的抗压强度和抗拉能力,不额外增加预应力就能满足受力性能的要求,极大的减少了施工难度,提高施工质量。


针对组合梁斜拉桥湿接缝施工质量难以保证、易开裂、渗水,耐久性差的难题,采用UHPC为湿接缝材料,可以发挥其高强、高粘结、高耐久以及高工作性的特点,优化湿接缝钢筋接头,降低施工难度,提高工程品质。

6

在钻石形桥塔上创造性地采用五跨连续缆索

吊装方案实现大节段安装、快速化施工

桥面主梁缆索吊装施工方案

图源 桥梁杂志


本桥桥面高度大,若采用常规的桥面吊机散拼方案,施工效率低,高空作业时间长、风险高,本桥因地制宜利用中跨优良的水运条件,工厂制作、大节段运输,整节段吊装,实现快速、绿色环保施工。施工方案选择上创造性采用五跨缆索吊装,难点在于本桥为钻石型桥塔,只有一个塔柱,常规缆索吊需要双主缆和双塔柱,通过技术攻关解决了在单塔柱上设置五跨连续缆索吊装系统的难题。

7

“数智”背景下大跨度斜拉桥工程BIM技术

全面应用与正向协同设计


探索了基于BIM的大跨径斜拉桥主体结构参数化设计技术路线,实现了大跨径斜拉桥异形结构、关键复杂节点(如钢锚梁、钢牛腿、索导管等)的全参数化设计,通过设计参数的修改以及脚本语言的编写驱动桥梁总体设计方案的快速生成,提升大型复杂桥梁的设计效率和设计品质。

桥面节段单元BIM模型

图源 桥梁杂志

     

钢锚梁BIM模型(爆炸图)

图源 桥梁杂志


根据交通运输部科技示范工程“三峡库区奉建高速公路安全智能建造科技示范工程——大型缆索桥梁建设-运营期智能监测与控制技术示范应用”要求,针对 大溪河特大桥开展建设-运营期智能监测与控制技术 示范应用 ,建立综合考虑桥梁施工监控-荷载试验-健康监测一体化的大溪河特大桥数字桥梁管理平台,实现桥梁施工监控量测智能化、成桥荷载试验与运营期健康监测增量及全量数据的在线监测,保证施工监控量测与运营期健康监测的数据连续性,达到提升桥梁工程品质、保障桥梁施工与运营安全的目的。

三维全景


能够基于大溪河BIM模型以及三维平台,实现大溪河的虚拟展示,实现三维场景漫游、信息展示、监测数据展示、量测等功能。


     

图源 桥梁杂志


集成监控


以BIM模型和图表结合的方式对项目涉及的管理专题进行展示:今日天气、自动监测、手工监测、环境监测、爬模监测等,并展示系统的各类报警和预警信息。点击每类数据可进行数据穿透。


     

集成监控页面   图源:桥梁杂志


桥梁监测


桥梁监测专题可以实现对桥梁专题监控数据集成,主要监测内容包括主梁应力、主梁线性、主塔偏位、主塔应力以及斜拉索应力等,并能够展示和控制用于桥梁施工监测的球机监控摄像头。


     

图源 桥梁杂志


能够展示传感器以及摄像头位置,并对接监控设备实时、历史监测数据。


爬模监测


爬模监测专题可以实时查看爬模设备当前位置,并与桥梁模型一起展示爬模施工进展,并能集成爬模应力监测、位移监测成果数据、爬模上的摄像头视频信号。


     

图源 桥梁杂志


缆索吊装监测


缆索吊装监测专题可以对缆索吊装相关的监测数据进行集成展示,监测内容包括:塔偏监测、锚碇变形、主缆应力以及视频监控。


塔吊监测


塔式起重机监测专题可以集成桥梁和塔式起重机模型,对塔式起重机相关的监测数据进行集成展示,监测内容包括:碰撞预警、起重量以及视频监控。


     

图源 桥梁杂志


升降机监测


升降机监测专题可以集成桥梁和升降机模型,对升降机相关的监测数据进行集成展示,监测内容包括:升降机的高度、门限位、升降状态、是否超载以及视频监控等。


     

图源 桥梁杂志


安全预警和评估


提供良好的人机交互界面,便于使用者操作,主要含环境主题、变形主题、应力主题、受力主题等数据的管理、分析,具有以下功能:


能够对硬件系统进行远程控制。 综合管理系统结合智能仪器,可远程调整测试参数,避免传统仪器以及系统因为进行参数改变而必须进入现场的问题。


数据显示功能。 可以显示实时监控的数据,也可将历史数据调出进行显示。


数据分析功能。 主要对数据进行各类分析处理,主要有:数据的统计分析、结构参数识别、结构的安全评估等功能。


     

图源 桥梁杂志


自动报表功能。 可根据系统自动或者人工分析的结果,自由选择自动生成各类型报表。


     

工作简报  图源:桥梁杂志


综合评估与控制。 状态识别与评估子系统应实现对监测数据的细化统计和分析,并通过有限元模型加载了解桥梁状态的变化规律。通过选定的评价对象或评价指标,根据设定的评价指标体系及评价标准,对桥梁施工进行精细化控制。


可进行结构安全状况的预报警。 当判断出结构存在安全隐患时,系统进行预报警,报警可通过实时界面提示、报表、电子邮件和短信形式进行。

构建西部综合交通枢纽的

重要组成部分

奉建高速是国家高速公路路网G6911的重要组成部分,全长超48公里,途径奉节、巫山两地。奉建高速建成投用后,对于完善全市高速公路网、增强渝陕鄂三地间的联系及构建西部综合交通枢纽具有重要意义。

图源         桥梁杂志

资料来源:桥梁世界、桥梁杂志、桥隧创新周周刊 , 本文部分刊载 / 《BIM视界 》杂志 2023年 第2期 总第25期,原创 作者 /  赵锋 吴逸飞 姚国文)与原文略有删减

图片来源: 梁世 界、 梁杂志

本期编辑:于洋

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