[发明专利]基于BIM模型的桥梁钢结构优化布置方法

说明书

本发明公开了一种基于BIM模型的桥梁钢结构优化布置方法，以BIM模型进行桥梁设计和施工过程中，在载荷连接部位、应力增加部位和关键连接部位的全部螺栓垫片或部分螺栓垫片采用多肋多感应螺栓垫片，利用多肋多感应螺栓垫片直接承载连接。在桥梁BIM模型基础上通过在连接构件之间增设和布置多肋多感应螺栓垫片后，能够达到对桥梁及钢结构优化布置需求和实时监控功能。将结构连接面的部分螺栓垫片或者全部螺栓垫片更换为多肋多感应螺栓垫片，能够实时监测并显示和记录承压结构的应力变化情况，以及压变到临界程度后提供报警信息，以及将各传感器信息采集后整合于BIM模型的信息数据库中。

技术领域

本发明属于桥梁钢结构（单体结构或整个桥梁结构）等领域安全监测技术，具体涉及一种实时采集桥梁钢结构承载构件的各连接点应力变化，以及根据实时汇总的变化数据在BIM模型基础进行桥梁钢结构优化布置的方法，以及用于准确检测钢结构桥梁的变形梯度和应力分布状况。

背景技术

桥梁（单体结构或整个桥梁结构）等钢结构领域普遍使用连接螺栓固定重要部件，根据承力程度要求，连接螺栓分布密度有所不同。钢结构组合构件通过螺栓连接后，能够影响连接构件稳定性的原因很多，通常在关键部件的适当位置采用传感器等方式来进行状态监控。传感器主要用于监测形变和压力监测，其分布位置和分布密度等因素对钢结构的力学性能都会带来不同影响。对于大型桥梁的钢结构来说，无论是构建过程或是完工后期，都需要经常对主体单元进行逐项监测，受限于传感器的局限性，仍需要检测人员手持检测仪器进行检测时，常有漏检现象的发生，为避免漏检，在检测时需要进行多次检测，检测效率低，并且检测人员长时间手持检测仪器，加重了检测人员的工作强度。尤其是桥梁的钢结构连接的实际缺陷进行在线监测方面仍然存在相当大的困难，检测识别耗时耗力，识别精度低，准确性差、检测效率低。由于传感器的布置方式和布置密度均不能对整个建筑结构进行全面实时监控，一些被忽视的轻微变化可能导致严重的受力不平衡甚至带来灾难后果，而且现有通过布置传感器的方式仅是附着于构建表面用于位移监控或局部压力监控，无法参与各构建强度连接的承力部分。一种对比技术是采用智能涂层传感器进行钢结构实时监测，能够全面对钢构件表面进行全面实时监控，但通常应用于焊接裂纹的监测，其原理是利用钢结构裂纹产生会导致其涂层的电阻改变的原理来探测裂纹的开始和扩展宽度，通过互联网实施在线实时监测、避免漏检现象的发生，该技术不能用于对于主体构件连接关系的监测和具有该功能，由于智能涂层不能参与各构建连接位置承力，所以对于连接构建之间萌生及扩展的应力变形情况不能有效监控。

发明内容

本发明针对桥梁钢结构等领域进行大型构建连接时，现有技术不能有效实时监测连接构件之间可能萌生及扩展的应力变形情况的问题，以及现有监测手段不能直接参与连接构件的每个承力点的问题，提供一种应用于连接构件之间且能直接参与连接构件承力点的桥梁及钢结构优化布置方法。

实现上述发明目的所采用的技术方案是采用一种基于BIM模型的桥梁钢结构优化布置方法，其特征在于，以BIM模型进行桥梁设计和施工过程中，在载荷连接部位和应力增加部位，关键连接部位或所有连接部位的螺栓垫片采用多肋多感应螺栓垫片，每个多肋多感应螺栓垫片包括垫片主体和其中心穿孔，在垫片主体的内侧套装有垫片底板，在垫片主体内侧面均布于中心穿孔周围设置有多个传感器装配槽，其内分别安装有MEMS压力传感器、温度传感器和湿度传感器，各传感器通过信号线与监控系统连接，各传感器的电源线与电源模块连接，用于对桥梁各结构受力强度、变形量和应力程度进行实时监测，同时，又将各多肋多感应螺栓垫片的各传感器信息通过采集后整合于BIM模型的信息数据库中，构建包含各桥梁钢构件的几何信息、状态信息、空间位移信息和载荷连接部位、应力增加部位和关键连接部位强度信息和应力信息的BIM桥梁钢结构信息数据库，根据数据库信息对实体桥梁钢结构进行优化布置。

其中，MEMS压力传感器的触头与垫片底板内侧面接触；相邻多个多肋多感应螺栓垫片的数据线通过数据总线与控制器输入端连接，相邻多个多肋多感应螺栓垫片的电源线与电源端连接，控制器输出端将采集数据传输至监控系统。