重庆某跨江大桥变形监测与三维建模项目案例

沪苏通长江公铁大桥变形监测数据管理与三维可视化表达

大型铁路桥梁变形监测数据有着多元,动态,海量的特点,传统的二维可视化表达与数据管理手段已经不能满足需求,在监测的过程中获得的监测数据和监测点位的位置信息是根据不同的监测类别存储在表格中,难以通过表格展示将监测点的地理空间位置和变形数据进行整合分析.随着Web GL技术的发展,如何直观地将多种监测数据,工程实体和虚拟地理环境相互结合以更加丰富的表现形式在Web端进行显示分析,成为了目前研究的热点问题之一.本文以基于Cesium的数据可视化管理平台设计,多源监测数据可视化表达分析作为切入点,提出一套针对沪苏通长江公铁大桥主航道健康监测项目的数据管理及可视化分析方案.主要工作如下:1.详细介绍了沪苏通长江公铁大桥主航道健康监测项目内容,整合Web相关技术,详细的阐述了平台功能设计,平台架构,平台前端设计,平台后端设计.并基于LAMP(Linux-Apache-My SQL-PHP)架构构建"沪苏通长江公铁大桥主航道可视化管理平台".利用相关可视化技术对监测数据可视化展示,监测数据管理等功能进行了开发.2.实现了沪苏通长江公铁大桥主航道等比例三维实景模型漫游,多源监测点布设三维展示,多源监测数据和既有资料交互式信息查询,轨道质量评价热力图可视化分析和动态模拟钢轨伸缩量等功能.3.根据多期轨道质量评价热力图的可视化展示,发现了在主航道区段内的TQI均不超限的情况下,主航道两端的TQI相对较高,并对梁缝,基本轨伸缩量和温度进行分析,推算出沪苏通长江公铁大桥主航道两端钢轨伸缩区长度.4."沪苏通长江公铁大桥主航道可视化管理台"实际运行效果表明,实体三维模型与三维地球将变形监测信息与大桥的空间地理位置相结合,并利用多种的可视化技术方式更便捷,直观的展示查询多种变形监测数据,使决策者能够迅速准确地做出相应的判断.

基于CATIA的大型桥梁三维建模方法

三维设计技术是当前计算机辅助设计技术的发展趋势,其中三维建模是三维设计技术的基础.本文根据长江大桥工程实例的建模实践,介绍了一种适用于大型桥梁结构特点,基于CATIA骨架和模板的三维建模方法,该方法符合实际工程设计习惯,可推广应用到各类大型桥梁工程.

基于CATIA的大型桥梁三维建模方法

三维设计技术是当前计算机辅助设计技术的发展趋势,其中三维建模是三维设计技术的基础.本文根据长江大桥工程实例的建模实践,介绍了一种适用于大型桥梁结构特点,基于CATIA骨架和模板的三维建模方法.该方法符合实际工程设计习惯,可推广应用到各类大型桥梁工程.

武汉鹦鹉洲长江大桥汽车燃烧下高温力学性能与风险防范措施研究

目前,桥梁发生汽车燃烧火灾事故越来越频繁,造成的危害和损失巨大.多塔悬索桥由于其结构整体刚度小,柔性大,主要承力结构吊索和主缆的高温易脆性等特点,发生火灾后修复难度大,修复时间长,后果严重. 本文以武汉鹦鹉洲长江大桥(主跨为850m的三塔四跨悬索桥)为依托,采取模糊故障树理论和有限元热-结构耦合模拟方法相结合,深入分析了武汉鹦鹉洲长江大桥运营期汽车燃烧风险因素和风险水平,构建了基于模糊故障树理论的桥梁运营期汽车燃烧风险概率模型,获得了桥梁运营期发生汽车燃烧事故的风险概率大小.根据ANSYS热-结构有限元分析方法,建立了武汉鹦鹉洲长江大桥三维空间热-结构耦合有限元模型,获得了汽车燃烧下桥梁结构三维空间温度场分布特征,掌握了武汉鹦鹉洲长江大桥关键部位结构内力,挠度,材料强度,弹性模量的高温变化规律,确定了鹦鹉洲长江大桥汽车燃烧下最危险火灾场景和极限承载力,提出了最危险火灾场景下桥梁缆索抗火设置方法,明确了桥梁主缆和吊索在最危险火灾场景下的破坏时间,制定了武汉鹦鹉洲长江大桥运营期汽车燃烧风险防范措施.本文的创新性成果如下: (1)构建了基于模糊故障树理论的桥梁运营期汽车燃烧风险概率模型.通过对汽车燃烧风险因素的逐层分解,建立了各种风险因素之间的故障树,考虑风险因素模糊性和不确定性,运用模糊故障树理论,构建了桥梁运营期汽车燃烧风险概率模型,提出了桥梁运营期汽车燃烧事故概率的计算公式,实现了桥梁运营期汽车燃烧事故发生频率的预测,研究结果为大跨径桥梁抗火设计提供了理论依据.计算表明:在100年设计基准期内,武汉鹦鹉洲长江大桥发生油罐车燃烧事故2.26次;小汽车燃烧事故24.27次;客车燃烧事故10.78次;货车燃烧事故4.16次. (2)建立了武汉鹦鹉洲长江大桥三维空间热-结构耦合有限元模型.采用全桥简化模型,关键部位为三维空间实体模型的建模思路,以ANSYS有限元软件系统为平台,通过节点在三维空间上平动与转动6个自由度保持一致,实现简化模型单元和三维空间实体单元的平滑连接,根据热传导方程和能量守恒热平衡方程,计算出结构的温度场和相应的热物理参数,将其转化成热荷载,从而实现热-结构的有限元耦合,据此建立了武汉鹦鹉洲长江大桥三维空间热-结构耦合精细化有限元模型.全桥共设置14个三维空间精细化有限元节段模型,共划分404852个单元和426951个节点.结果表明本模型能够精确确定武汉鹦鹉洲长江大桥汽车燃烧下的三维空间温度场,通过热-结构耦合分析获得桥梁关键部位的高温力学性能的时变特征. (3)获得了武汉鹦鹉洲长江大桥结构力学性能的高温变化规律.根据汽车燃烧火灾在不同环境下呈现出不同的升温曲线的特点,明确了适用于桥梁开放环境中油罐车,小汽车,客车,货车的火灾升温曲线.根据汽车燃烧下桥梁结构的高温温度场特征,获得了材料导热系数,比热容,热膨胀系数,弹性模量,材料强度等随高温变化的表达式及其取值范围.给出了吊索和主缆在汽车燃烧下承受的最高温度范围,掌握了吊索和主缆抗拉强度和弹性模量随温度的升高而急速下降的时变规律.计算结果表明:在恒载+活载工况下,当1辆油罐车在主跨跨中距主缆和吊索4m处发生燃烧时,在此极端状态下吊索抗破坏时间为24min. (4)获得了武汉鹦鹉洲长江大桥汽车燃烧下最危险火灾场景和极限承载力.运用桥梁油罐车燃烧火灾升温曲线,选取4种最不利的油罐车燃烧火灾场景,在恒载+活载工况下,分别模拟了1辆油罐车燃烧时,在4种最不利火灾场景下主缆和吊索的高温力学性能,以吊索抗破坏时间最短为依据,从而确定了主跨跨中为最危险火灾场景,以此获得了桥梁主缆和吊索的极限承载能力.计算结果表明,当油罐车燃烧24min时,主跨跨中吊索的极限承载力为540MPa,主缆的极限承载力为1667MPa,为桥梁抗火设计与确定最快救援时间提供了科学依据. (5)提出了最危险火灾场景下桥梁缆索抗火设置方法.为了研究外包防火层材料及尺寸对桥梁抗火性能的影响,对主缆和吊索以及外包防火层均采用实体单元模拟,通过赋予外包防火层和其内的缆索材料不同的热属性,模拟油罐车燃烧下主缆和吊索的高温力学性能,确定了主缆和吊索的高温燃烧影响范围,获得了主缆和吊索抗破坏时间随防火层材料和结构尺寸的关系曲线,提出了最危险火灾场景下桥梁缆索抗火设置方法.计算结果表明,最危险场景下,主缆设置0.5cm厚外包硅酸铝防火层,吊索设置1.0cm厚外包硅酸铝防火层,主缆和吊索抗破坏时间分别延长3倍和5倍,为主缆和吊索的抗火设计提供了技术支撑. (6)制定了武汉鹦鹉洲长江大桥运营期汽车燃烧风险防范措施.通过对武汉鹦鹉洲长江大桥运营期汽车燃烧风险概率及危害程度的分析,明确了桥梁抗火救援最长时间为24min,提出了桥梁安全行驶基本准则,建立油罐车上桥通行申报制度,确定限行时段和通行方式,由桥梁管理部门进行引导,从中央分隔带旁的中间车道进行通行.在桥梁两端上桥处设置显著的指示标识,以便在极端状态下车辆的快速分流.联合公安,消防,交通,桥梁管理中心等部门建立应急事故救援领导小组,制定桥梁抗火保障体系和救援组织方案,在关键部位设置视频监控报警系统和消防设施,为保障桥梁运营安全提供了可靠的防范措施.