基于BIM设计的有限元模型转化计算方法研究

发布时间：2021-06-27 22:13

　　BIM技术越来越广泛地应用于工程设计中。相比于传统设计,BIM设计的一大优势就是作为成果的BIM模型可以方便快速地转化为有限元模型用于计算分析。长安街西延线永定河特大桥采用基于CATIA的BIM正向设计,最终交付成果为全桥精细BIM模型。由于大桥结构体系新颖、细部构造异常复杂,因此需要针对整体和局部等不同尺度进行计算分析。以BIM模型为基础,在设计过程中利用不同的模型转化方法,建立了局部精细模型、全桥梁单元模型、全桥多尺度模型等不同尺度的计算模型。利用上述模型进行计算分析和优化设计,解决了大桥设计中的诸多难题,并得到了能够指导设计的结论和方法。另外,通过对比不同算例的建模难度、计算速度和结果精度等指标,说明了各个计算方法优势、劣势以及适用条件,并为后续的BIM正向设计项目的计算分析提供了参考。 

【文章来源】：公路. 2020,65(09)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

“和力之门”方案造型和主要尺寸

下面通过一个简单的算例对上述方法进行具体说明。该算例的工程背景为永定河特大桥引桥上部结构的一个方案研究，希望以波纹腹板钢混凝土组合梁代替钢梁，以降低成本并提升结构性能。进行分析时，首先建立该组合梁的CATIA三维模型，其中，上部混凝土桥面板为包络体，下部钢梁为曲面。然后，将混凝土和钢梁分别输出为model格式，并导入Abaqus中，形成不同的部件，之后施加约束、边界条件以及荷载，并划分网格，得到计算结果，流程示意如图2所示。有限元模型中，顶板和支座填充位置的混凝土采用实体单元C3D8R模拟，材料使用线弹性材料，密度2 500kg/m3，弹性模量32GPa，泊松比0.2；钢板采用壳单元S4R模拟，材料使用理想弹塑性材料，密度7 850kg/m3，弹性模量206 GPa，泊松比0.3，屈服强度345 MPa。不考虑滑移效应，混凝土顶板和下部钢梁之间通过耦合约束tie连接，支座reference points与支座底板通过coupling连接，并施加简支边界条件。荷载除自重外，二期铺装荷载以均布非结构质量的形式施加在混凝土面板上，按照厚度200mm，密度2 000kg/m3计算加载。活载考虑两个车道荷载，按照线布10.5kN/m，跨中集中荷载180kN施加。位移和应力的计算结果如图3所示。

有限元模型中，顶板和支座填充位置的混凝土采用实体单元C3D8R模拟，材料使用线弹性材料，密度2 500kg/m3，弹性模量32GPa，泊松比0.2；钢板采用壳单元S4R模拟，材料使用理想弹塑性材料，密度7 850kg/m3，弹性模量206 GPa，泊松比0.3，屈服强度345 MPa。不考虑滑移效应，混凝土顶板和下部钢梁之间通过耦合约束tie连接，支座reference points与支座底板通过coupling连接，并施加简支边界条件。荷载除自重外，二期铺装荷载以均布非结构质量的形式施加在混凝土面板上，按照厚度200mm，密度2 000kg/m3计算加载。活载考虑两个车道荷载，按照线布10.5kN/m，跨中集中荷载180kN施加。位移和应力的计算结果如图3所示。从上面的简单例子可以看出，使用通用格式进行模型转化有着如下的优势。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BIM的复杂结构有限元精细模型生成[J]. 陈志为,吴焜,黄颖,黄锰钢.  土木工程与管理学报. 2018(05)
[2]基于CATIA的复杂桥梁结构快速建模技术研究[J]. 宁晓旭,杨文忠,杨冰.  特种结构. 2017(06)
[3]“骨架+模板”技术在工程设计中的应用——以异形钢塔斜拉桥为例[J]. 李健刚,张涛,李易,吴巍,宁晓旭.  特种结构. 2017(06)
[4]面向结构有限元分析的模型转换方法研究[J]. 张晓洋,胡振中.  工程力学. 2017(06)
[5]一种基于CATIA软件进行地质建模与有限元计算的前处理方法及其应用[J]. 蒙铎,陈志文,黄俊,张菖.  地质灾害与环境保护. 2016(04)
[6]系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法[J]. 周萌,宁晓旭,聂建国.  工程力学. 2015(11)



本文编号：3253704