BIM在基坑桩撑支护结构分析中的应用研究

发布时间：2017-07-16 03:15

  本文关键词：BIM在基坑桩撑支护结构分析中的应用研究

  更多相关文章： 基坑工程 桩撑支护结构 结构分析模型 建筑信息模型(BIM) 模型转换 工业基础类(IFC)

【摘要】：自2002年BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)理论被提出以来,BIM技术在建设工程的方案展示、施工模拟、工程管理等方面已得到日益广泛的应用。近年来,建筑结构工程领域开展了利用BIM生成结构分析模型方面的研究,以简化由于方案调整引起的设计计算建模工作。在基坑工程领域,现阶段BIM主要用于方案展示和土方挖运过程的模拟,利用基坑BIM生成支护结构分析模型与现行的设计工作方法衔接方面的探索工作很少。基坑工程有“动态设计”的特点,利用BIM生成结构分析模型衔接现行的基坑设计工作方法,对于方便调整和优化设计,提高设计质量等方面都具有重要的意义。针对基坑桩撑支护结构形式,通过分析BIM软件ArchiCAD和有限元分析软件SAP2000各自模型文件的信息描述方式,提出了基于IFC(Industry Foundation Classes)标准的BIM转换到SAP2000结构分析模型的方法,并在Visual Studio 2010平台开发了模型转换程序ArchiCAD To SAP2000。选取深圳工商银行大厦基坑支护工程为应用实例。实例应用结果为:1)该程序可准确提取基坑BIM中支护桩、立柱、冠梁、腰梁、支撑梁构件的端点坐标和截面信息,生成SAP2000基坑结构几何模型;2)该程序可准确提取基坑BIM中相关信息,实现对SAP2000基坑结构几何模型中支护桩及立柱底约束、冠梁及腰梁线弹簧约束、支护桩前地基土弹簧约束以及坑外水土压力荷载的添加,进而生成SAP2000基坑结构分析模型。实例应用结果验证了模型转换方法和程序的合理性和适用性。
【关键词】：基坑工程 桩撑支护结构 结构分析模型 建筑信息模型(BIM) 模型转换 工业基础类(IFC)
【学位授予单位】：中国铁道科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU753.3;TU17
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-16
• 1 绪论16-28
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 研究目的及意义17-18
• 1.3 国内外研究现状18-25
• 1.3.1 建筑结构工程中BIM研究现状18-24
• 1.3.2 基坑工程中BIM研究现状24-25
• 1.4 本文的主要研究内容与创新点25-26
• 1.5 本文研究技术路线26-28
• 2 基坑桩撑支护结构的内力分析28-41
• 2.1 引言28
• 2.2 基坑桩撑支护结构的平面分析28-39
• 2.2.1 挡土结构计算28-34
• 2.2.1.1 计算原理28
• 2.2.1.2 支撑刚度计算28-29
• 2.2.1.3 水平弹簧支座刚度计算29-30
• 2.2.1.4 主动侧水土压力计算30-32
• 2.2.1.5 求解方法32-33
• 2.2.1.6 基坑施工过程的模拟33-34
• 2.2.2 内支撑结构计算34
• 2.2.2.1 水平力作用下的水平支撑计算34
• 2.2.2.2 竖向力作用下的水平支撑计算34
• 2.2.3 计算实例34-39
• 2.2.3.1 工程概况34-35
• 2.2.3.2 挡土结构断面计算35-36
• 2.2.3.3 内支撑结构计算36-39
• 2.3 基坑桩撑支护结构的空间分析39-40
• 2.3.1 空间“m”法计算原理39-40
• 2.3.2 土弹簧刚度系数的确定40
• 2.3.3 土压力的计算40
• 2.3.4 求解方法40
• 2.4 本章小结40-41
• 3 BIM与SAP2000结构分析模型文件41-56
• 3.1 引言41
• 3.2 ArchiCAD模型文件—ifc文件41-50
• 3.2.1 IFC标准的信息描述41-45
• 3.2.1.1 IFC标准组成结构41-42
• 3.2.1.2 信息描述示例42-45
• 3.2.2 IFC标准的信息传递45-47
• 3.2.2.1 中性文件格式45-46
• 3.2.2.2 中性文件信息传递示例46-47
• 3.2.3 IFC标准应用示例47-50
• 3.2.3.1 柱模型及其IFC信息描述47-48
• 3.2.3.2 柱的定位48-49
• 3.2.3.3 柱的形状表达49-50
• 3.3 SAP2000模型文件—s2k文件50-55
• 3.3.1 s2k文件组成50-51
• 3.3.2 s2k基坑结构几何模型的信息描述51-52
• 3.3.2.1 结构构件材料的信息描述51-52
• 3.3.2.2 结构构件截面的信息描述52
• 3.3.2.3 结构构件几何位置的信息描述52
• 3.3.3 s2k基坑结构约束的信息描述52-53
• 3.3.3.1 支护桩底约束52-53
• 3.3.3.2 冠梁、腰梁线弹簧约束53
• 3.3.3.3 点弹簧约束53
• 3.3.4 s2k坑外土压力的信息描述53-55
• 3.3.5 s2k荷载、分析工况的信息描述55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 BIM三维基坑信息模型的建立56-60
• 4.1 引言56
• 4.2 BIM三维基坑信息模型的建模流程56
• 4.3 建模总体约定56-57
• 4.4 挡土结构和立柱的建立57-58
• 4.5 内支撑体系的建立58
• 4.5.1 冠梁58
• 4.5.2 腰梁58
• 4.5.3 内支撑58
• 4.6 约束信息的添加58-59
• 4.6.1 挡土结构、立柱底约束59
• 4.6.2 冠梁、腰梁线弹簧约束59
• 4.6.3 桩前土反力弹簧约束59
• 4.7 荷载信息的添加59
• 4.8 本章小结59-60
• 5 模型转换程序的开发60-69
• 5.1 引言60
• 5.2 模型转换程序总流程60-61
• 5.3 模型转换程序各模块关键技术61-68
• 5.3.1 ifc文件读取解析模块61-65
• 5.3.1.1 模块开发流程图61-62
• 5.3.1.2 柱（Ifccolumn）的读取、解析及存储62-63
• 5.3.1.3 板（Ifcslab）的读取、解析及存储63-64
• 5.3.1.4 梁（Ifcbeam）的读取、解析及存储64
• 5.3.1.5 变形体（Ifcbuildingelementproxy）的读取、解析及存储64-65
• 5.3.2 人工交互模块65-68
• 5.3.2.1 模块开发流程图65-66
• 5.3.2.2 约束信息的输入66-67
• 5.3.2.3 荷载信息的输入67-68
• 5.3.3 s2k文件生成模块68
• 5.4 SAP2000三维基坑结构分析模型的生成68
• 5.5 本章小结68-69
• 6 工程实例应用69-82
• 6.1 引言69
• 6.2 工程实例概述69-72
• 6.2.1 工程概况69-70
• 6.2.2 场地工程地质条件70
• 6.2.2.1 地层岩性70
• 6.2.2.1 场地地下水70
• 6.2.3 周边环境70
• 6.2.4 基坑支护设计方案70-71
• 6.2.4.1 主要设计原则70-71
• 6.2.4.2 支护方案71
• 6.2.5 补充说明71-72
• 6.3 BIM在基坑桩撑支护结构分析中的应用72-81
• 6.3.1 三维基坑结构分析模型的生成72-76
• 6.3.1.1 三维基坑信息模型的建立72-73
• 6.3.1.2 三维基坑结构分析模型的生成73-76
• 6.3.2 三维基坑结构分析模型的调整76-81
• 6.3.2.1 立柱位置的调整76-79
• 6.3.2.2 支撑位置的调整79-81
• 6.4 本章小结81-82
• 7 结论及建议82-84
• 7.1 本文主要结论82
• 7.2 有待于进一步研究的建议82-84
• 参考文献84-89
• 附录Ⅰ柱模型完整IFC中性文件89-94
• 附录Ⅱ 6m深基坑模型完整s2k文件94-114
• 附录Ⅲ 主要程序代码114-150
• 作者简历及科研成果清单150-151
• 学位论文数据集151

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