基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统集成方法研究

发布时间：2020-10-28 12:16

　　 高铁客站站房、站台雨棚多采用大型化、复杂化的大跨度空间钢结构形式,造成了监测系统复杂、监测数据海量等问题。如何对海量监测数据进行充分利用并及时准确地交互、解析及显示,已成为亟待解决的问题。本文针对大跨度空间钢结构结构特点以及BIM技术在信息集成化、三维可视化等方面的优势,提出基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统的集成方法。在此基础上,分别针对监测信息数据库集成、监测信息可视化、BIM模型与有限元模型信息交互和监测数据解析四个方面开发健康监测功能模块,具体开展以下工作:(1)以海口东站大跨度空间钢结构为实际工程背景,利用SAP2000分析了共83个工况下该结构的静力和动力特征,研究并建立了一套该结构的健康监测系统。此外,以理论最不利工况响应值及设计规范限值作为预警阈值的设立依据,提出了根据杆件类型进行预警的方法。(2)建立针对大跨度空间钢结构的数据库系统,将数据库监测信息与BIM模型集成,利用RevitAPI对监测信息可视化各功能模块进行开发,分别为传感器测点查询、监测数据查询、监测曲线显示、实时自动预警和后台管理模块。(3)利用SAP2000API和RevitAPI对有限元软件与BIM软件数据交互功能进行开发,结合集成化的监测信息数据库对结构进行有限元实时分析;此外,为解决上述功能通用性不强的问题,开发BIM模型与SAP2000结构模型转换接口并基于海口东站项目验证该转换接口的可行性与准确性,实现BIM模型杆件与结构分析模型杆件之间的自动映射。(4)以港珠澳大桥珠海公路口岸钢网架屋盖结构的温度、应变实测数据为实际工程背景进行监测数据解析研究,利用BP神经网络模拟杆件温度和应变变化的非线性关系从而实现大跨度空间钢结构温度效应预测和风荷载识别。最后利用Matlab接口,开发基于BIM平台的神经网络程序,提供自定义神经网络训练操作界面,可用于大风环境下重点待检测杆件的确定,指导监测人员对结构进行检修。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU391;TU17
【部分图文】：

(c)第三阶振型图 (d)第四阶振型图图 2-6 前四阶振型图2.2.2 测点布置原则根据计算结果，考虑结构特点、使用环境复杂性、施工可行性，制定应力应变、动力性能、整体变形、温度和风压监测点的布置原则：（1）杆件的应力应变监测结果能直接反映结构受力状态，应将应力应变测点布置于截面类型相同但应力较大的杆件，即应力比大的构件（如斜撑杆件），以及安全储备较大但重要的构件（如柱）。（2）动力特性测点一般布置在模态分析结果中位移较大的位置，如主桁架局部振动较大的部位（跨中、悬挑端部），以及结构整体振动较大的部位（柱顶）。通过动力特性监测结果，监控结构自振周期的变化，了解结构的损伤程度。（3）对于结构变形监测，重点监控结构的整体变形情况，与结构的整体振动特性

图 2-10○1 轴主桁架第一振型模态图加速度测点位置的选择对损伤识别的效果影响较大，好的损伤识别方案应对损伤出现的位置特别敏感。本文为验证该加速度测点布置方案能否有效识别出损伤桁架的位置以杆件刚度折减的方式来模拟损伤，对海口东站○1 轴至○1-4 轴共 12 榀桁架进行损伤前后分析，利用模态曲率差作为损伤识别指标，研究单榀桁架发生损伤时识别的有效性和精确性，模态曲率差指标定义为： d ui i iScdex j C j C j(2-1)其中曲率模态 ( )和 ( )分别为损伤前后第 i 阶模态在 j 位置处的曲率，计算公式如下： 1 21 2 32 1 2 1u u u ui i i iuil j j l j jC jl l l (2-2) 1 22 1 2 1d d d di i i il j j l j j

（b）海口东站站台雨棚第二跨 BIM 三维模型图 3-5 海口东站站台雨棚 BIM 三维模型图3.2.3.3 传感器 Revit 三维模型针对不同类型传感器建立对应传感器族模型，以风速传感器为例，族实例和族参数如图 3-6 所示。传感器族内包含监测信息的参数，是监测数据与 BIM 模型交互的媒介。
【参考文献】

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本文编号：2860080