Опыт BIM-моделирования и расчёта безопасности конструкций железнодорожных магистралей

Проектирование и строительство современных железнодорожных магистралей требуют ответственного подхода и принятия безошибочных решений. Эффективным инструментом для выполнения этих задач сегодня становится BIM‑моделирование, о чём в рамках мероприятия PRO ТИМ INFRA рассказали инженер-проектировщик Ксения Григорьева и руководитель группы Даниил Григорьев из компании «НПС СТ».

В своём докладе они представили пример разработки модели конструкции безбалластного верхнего строения пути (БВСП) для высокоскоростной магистрали в среде продуктов Midas. Именно она позволила им провести моделирование и выпуск проектной документации в едином информационном пространстве.

Моделирование моста с конструкцией БВСП

В качестве основных целей данного этапа работы Ксения Григорьева выделила: оценку возможности моделирования конструкции в среде Midas, оптимизацию модели для получения чертежей и спецификаций и её последующий экспорт в расчётный комплекс Midas Civil с оценкой качества передачи данных.

Эксперт также описала разработанную в компании конструкцию безбалластного верхнего строения пути: она предназначена для магистралей с расчётной скоростью движения до 400 км/ч и имеет повышенную прочность и долговечность, а также подвержена минимальному уровню вибраций и деформаций. В состав её основных элементов входит:

1. Фундаментная плита из железобетона
2. Промежуточный слой бетона
3. Разделительный слой толщиной около 3 мм
4. Рельсовая плита из предварительно напряженного железобетона

Для непосредственного моделирования были выбраны участки со следующими параметрами: два пролета коробчатого сечения длиной 32,6 м каждый и один неразрезной пролет длиной 160,4 м.

Процесс моделирования

Выполнение задачи началось с создания элементов устоев и опор в библиотеке точек. Эта библиотека позволяет создавать формы элементов, которые не зависят от изменения продольного профиля и плана трассы.

Следующим шагом стало создание пролетных строений в библиотеке кривых. Эта библиотека отличается от библиотеки точек тем, что даёт возможность изменять формы элементов в зависимости от плана и продольного профиля моста. Благодаря этому можно быстро корректировать модель, не изменяя длину пролета.

Детализация модели, показанная спикерами зрителям конференции, включала проработку всех конструктивных элементов: распорок, болтов, соединений и других деталей. Особое внимание было уделено разделительным и промежуточным слоям фундаментной плиты, для которых задавались изменяемые параметры. Это позволило легко адаптировать конструкцию под разные размеры моста и условия эксплуатации.

Функционал библиотек и сборочных единиц

Использование библиотек точек и кривых позволяет эффективно задавать параметры арматурным элементам конструкции. Однако в представленном кейсе они не учитывались из-за ограничения производительности оборудования.

Модель или сборочная единица собиралась в пространстве, где объединяются элементы библиотек точек и кривых. Это дало специалистам возможность задавать траектории, изменять продольный профиль моста и вписывать вертикальные кривые. Полученная в итоге модель позволила создавать поперечные сечения пролетных строений и генерировать спецификации и чертежи для проектной документации. После этого она была экспортирована в расчетный комплекс Midas Civil.

Скачать презентацию спикеров

Обоснование проектного решения

Существует мнение, что BIM‑проектирование — это лишь создание визуально привлекательной модели. Однако этот процесс также включает проведение расчётов для обоснования надёжности конструкции, результаты которых позволяют корректировать проектные решения и обеспечивать безопасность будущих сооружений.

В представленном экспертами НПС СТ кейсе целью расчётов стала проверка работоспособности конструкции БВСП на различных типах пролетных строений. По словам Даниила Григорьева, они выполнили несколько задач:

1. Проанализировали качество экспорта модели из Midas CIM в расчетный комплекс Midas Civil
2. Рассчитали взаимодействия плиты пролётного строения и конструкции БВСП
3. Проверили армирование на прочность и трещиностойкость

Стоит отметить, что перед экспортом из Midas CIM из модели были удалены промежуточные опоры и разрезные пролеты так, чтобы в ней остались только необходимые для расчёта элементы. Также в модели были заданы жёсткие связи между рельсом и рельсовой плитой, а рельсовые скрепления выполнены согласно нормативной документации.

Расчёты проводились на основе следующих документов: норм для высокоскоростных железнодорожных линий и искусственных сооружений, СНиП для железобетонных и бетонных конструкций, мостов и труб, а также инструкций по устройству и содержанию БВСП.

Всего были учтены два вида нагрузок: для высокоскоростных и грузовых поездов. Результаты показали, что в приопорных зонах возникают значительные растягивающие усилия величиной до 11 тонн, что может повлиять на прочность конструкции БВСП. Для решения этой проблемы было усилено армирование.

Заключение

По итогам работы над проектом была создана полноценная параметрическая модель, оптимизированная для использования в будущем. Она позволяет выпускать чертежи и спецификации, а также может быть экспортирована в расчётный комплекс без потери данных.

Также эксперты отметили, что использование BIM‑модели для расчётов значительно упрощает работу инженеров: она легко адаптируется для разных типов пролетных строений и помогает выявить необходимость в критически важных усилениях конструкции безбалластного верхнего строения пути.

Напомним, PRO ТИМ INFRA прошла в Москве 28 ноября. Мероприятие объединило ведущих специалистов в сфере автоматизации проектирования и строительства линейных объектов.