1、1引言双壁钢围堰相对于单壁钢具有结构刚度大、整体强度高、用钢量大、结构设计复杂的特点，能承受深水压强。不需要设置围檩，内支撑可以直接撑在内壁上，可分块设计、加工。传统施工单位在围堰设计过程中通常使用AutoCAD进行平面图形的绘制，不便于直观展现立体的、复杂的围堰结构，且AutoCAD的3D绘 图 功 能 的 局 限 性 太 大。由 达 索 公 司（Dassault Systemes）旗下子公司出品的SolidWorks是服务于机械设计的辅助设计软件，该软件有针对型钢加工的设计模块和零件组拼的装配体模块，在设计过程中可以方便地调整设计参数，十分适合对围堰焊接结构设计与优化。因此，拟在平口资水大
2、桥双壁钢吊箱围堰设计和施工中引入SolidWorks软件进行深化设计、模拟施工，在施工前做好充足的技术准备，拟订效率最高、最经济的围堰加工和施工方案，推动同类型乃至工程类各项临时钢结构的设计、施工技术的进步。2工程概况官新高速11标平口资水大桥，主桥采用三柱四跨的连续刚构单箱单室预应力钢筋混凝土箱梁结构，全桥总长度为839 m，左右幅分离式设置，刚构桥跨布置为56 m+（90 m）2+56 m，主桥承台为立方体钢筋混凝土结构，顺桥向长8.5 m，横桥向宽12.6 m，高3.2 m，每个承台由32根直径2 m的混凝土桩基础支撑，其中9#、10#墩在同一平面位置，承台顶标高为150 m，承台底比河
3、床高1 m左右，因此，9#、10#墩左右幅共4个承台采用“先桩后围”的施工方案，设置4个双壁钢吊箱围【作者简介】李震（1973 ），男，江西萍乡人，工程师，从事高速公路建设管理研究。SolidWorks 设计软件在平口资水大桥双壁钢吊箱围堰设计及施工中的应用Application of SolidWorks Design Software in Design and Construction ofDouble Wall Steel Box Cofferdam of Pingkou Zishui Bridge李震，王亚雄（保利长大工程有限公司，广州 510000）LI Zhen,WANG Ya-
4、xiong(Poly Changda Engineering Co.Ltd.,Guangzhou 510000,China)【摘要】利用焊件功能初步设计的同时模拟加工，装配体的功能可以模拟围堰侧板安装，针对围堰的使用环境和受力情况同时考虑加工的便捷性，不断深化、优化设计，最终选出受力合理、结构简单、易于加工安装的双壁围堰设计及加工方案，成功地将 4 个总计约 1500 t 的双壁钢吊箱围堰施工工期压缩至 2 个月。经过实践证明，SolidWorks 设计软件不仅仅局限于机械设计，在道路工程钢结构设计中同样可以提高设计、施工的效率，为后续公路工程临时钢结构设计提供了新的思路和工具。【Abstra
5、ct】The function of the assembly can simulate the installation of cofferdam side plate by using the preliminary design of weldmentfunction and simulation processing.In view of the working environment and stress conditions of the cofferdam,considering the convenienceof processing,constantly deepening
6、and optimizing the design,and finally selecting the design and processing scheme of the double-wallcofferdam with reasonable force,simple structure and easy processing and installation,it successfully compressed the construction period of4 double-wall steel hanging box cofferdams totaling about 1 50
7、0 t to 2 months.It has been proved by practice that SolidWorks designsoftware is not only limited to mechanical design,but also can improve the efficiency of design and construction in the design of steelstructure of road engineering,providing new ideas and tools for the subsequent temporary steel s
8、tructure design of highway engineering.【关键词】SolidWorks；焊件；钢吊箱围堰；围堰设计【Keywords】SolidWorks;welding;steel box cofferdam;cofferdam design【中图分类号】U445.55+6【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2023）01-113-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.01.236Intelligentialize and Informatization智能与信息化113Construction&DesignForProject工程
9、建设与设计堰进行辅助施工。平口资水大桥位于湖南省益阳市安化县柘溪水库之中，水库库容量达35.4亿m3，桥址距柘溪大坝上游约70 km左右，同时地处湖南省娄底市新化县龙湾湿地公园内，该湿地公园属于国家级重点水资源保护区。受限于水坝拦截，该水域无法驶入重型起重船舶。资水为湖南四大河流之一，洪峰通常是每年6月初到来，水库为应对每年的洪峰，会在2月份开始开闸放水腾库容，在3月份降至最低149 m左右，直到6月洪峰到来前，水库水位会维持在+156 m以下，一旦汛期到来，暴雨集中，雨水汇集，水位会迅速暴涨至166 m左右。3双壁钢吊箱结构优化设计双壁钢吊箱围堰的主要结构组成有：围堰底板、围堰侧板和内支撑，
10、外侧水压传递顺序由外侧板传导至内支撑，浮力由底板传递至钢护筒。其中，围堰底板由底板龙骨、底板面板和底板加劲肋组成；围堰侧板由前后面板、纵横加劲肋和斜撑组成。围堰内侧板除了与外侧板共同挡水还要承担承台模板的功能。围堰设计总高度为21.9 m，深度较大，底部承受水压力巨大，因此，在侧板内设置竖向加劲肋以加强围堰侧板的竖向刚度。为提高空心侧板的刚度，每隔45 m设置一条加劲肋，内支撑受力支撑点均设计在加劲肋上。内支撑为630 mm10 mm螺旋钢管，通过3拼I45型钢分配梁组合在一起1。外侧水压荷载的传递顺序为侧板加劲肋分配梁内支撑，由于水压力从上至下逐渐递增，因此侧板结构设计从上至下由弱到强，从第
11、5层单壁侧板，至第1层的双壁侧板，内部加劲肋由疏至密，避免了上下一致的结构造成的材料浪费，同时也保证了荷载传递的最优化，平均分摊了结构应力。4SolidWorks 模型建立围堰 初 步 拟 定 好尺寸、材 料后，根据 初 步设 计 利 用SolidWorks建立焊件零件。围堰零件结构应按现场加工制作流程拆分成零部件，拆分过程中应充分考虑场地条件、运输条件和吊装条件。在最大化利用场地设备的运转能力前提下，尽量减少分块数量，以达到加工质量和场地设备周转的最优化。分块零件设计完成后，通过SolidWorks装配体模块将各个零件配合组装，模拟安装顺序和检查构件碰撞，综合比对选出效率最高和经济最为合理的
12、围堰加工及安装方案。4.1焊件零件建模SolidWorks中，焊件是指含有多个实体的特殊零件模型，同时焊件库内包括了国标型钢可直接调用。焊件完成设计后可以分解为切割清单，自动生成材料尺寸、数量清单，指导原材料下料，减少不必要的下料浪费，提高经济效益。最终根据加工场地和转运设备确定每个焊件零件为一个加工单元，每层侧板分3种A、B、C侧板和加劲肋，最大尺寸为4.3 m5.6 m，最大质量为4.2 t。该分块模式便于加工厂进行标准化加工。4.2装配体模拟安装SolidWorks中装配体模块可将不同的零件体通过约束条件组装到一起，模拟围堰构件安装的过程。装配体调整好后进行零配件干涉检查，干涉检查可排查
13、围堰构件在安装过程中可能发生的碰撞问题，根据干涉检查的结果分析可以判断该结构设计在实际施工过程中是否会发生阻挡、碰撞等问题2。通过装配体配合过程，可以模拟现场吊装施工过程，确认起吊重量是否在吊车的安全工作曲线范围内。完成组装的装配体文件可另存为STL文件，该格式文件可导入3Dmax等动画制作软件，直接依据模型渲染出现场施工效果图，施工渲染图如图1所示。图 1吊装模拟5深化围堰设计通过SolidWorks建模初步拟定了围堰尺寸和切割清单后，将围堰底板、侧板、内支撑以及封底模型导入有限元分析计算软件Midas civil中，设定围堰吊装、封底混凝土灌注、封底后抽水施工和承台施工4种受力工况。分别需
14、要加载的荷载有：围堰自重、封底混凝土质量、浮力、流水压力。通过对有限元模型受力情况的分析，进一步调整结构中加劲肋角钢的规格、间距，在受力较小位置降低加劲强度，在应力集中的位置，优化结构形状，加强补强型钢。通过浮力平衡计算可得出封底混凝土最小厚度为1.837 m，考虑到水下护筒外表难以保证完全洁净，且由于封底混凝土为水下灌注，难以保证整个混凝土均匀、密实和等高。因此将封底混凝土厚度调整为2.2 m。根据围堰吊装工况地板龙骨的受力情况，综合现场测量所得的护筒倾斜情况，优化了底板龙骨下放吊点斜撑的位置3。根据侧板加劲肋在不同水深的受力情况，优化了加劲肋角钢的布置：第1段3.6 m为单壁侧板，加劲肋为
15、H400型114钢，间距1 200 mm布置；第2段3.6 m双壁侧板，加劲肋为L200 mm125 mm12 mm，间距1 200 mm布置；第3段3 m双壁侧板，加劲肋为L200 mm125 mm12 mm，间距1 000 mm布置；第4段1.6 m双壁侧板，加劲肋为L200 mm125 mm12 mm，间距800 mm布置；第5段3.5 m双壁侧板，加劲肋为L200 mm125 mm14 mm，间距700 mm布置；第6段1.6 m双壁侧板，加劲肋为L200 mm125 mm14 mm，间距800 mm布置；第7段3.6 m双壁侧板，加劲肋为L200 mm125 mm16 mm，间距60
16、0 mm布置；第8段2.0 m双壁侧板，加劲肋为L200 mm125 mm16 mm，间距1 000 mm布置；通过有限元受力分析优化结构，改变了围堰从上至下一刀切的结构设计思路，针对不同受力环境采取不同强度的结构设计和材料，在节约成本的同时保证了结构强度、刚度和稳定性。6工程实践平 口 资 水 大桥 双 壁钢 围 堰从设 计 到施 工过 程 中 采 用SolidWorks对双壁钢吊箱围堰进行设计、施工全过程模拟，经过有限元分析软件Midas civil优化设计后，结合3Dmax动画软件进行动态演练，将钢吊箱围堰施工过程进行可视化转换。最终通过方案比选选择其中最为经济合理、安全可靠的施工方案。确定好方案后，通过模型、动画对现场施工技术人员进行交底，使得施工技术人员能直观地了解围堰加工、施工过程。以上方案成功应用于平口资水大桥9#、10#主墩双壁钢吊箱围堰施工。6.1围堰加工制作依据SolidWorks装配体焊件清单，进场型钢原材料，并按要求下料。侧板单元块的加工顺序为：加工平台铺设拼焊单侧面板点焊安装横向加劲肋角钢点焊安装竖向加劲肋角钢补焊加劲肋焊缝前后两侧面板对扣定位安装斜撑角钢。围
