基于BIM技术的钢桁架拱桥设计及信息管理研究

发布时间：2017-08-04 17:15

  本文关键词：基于BIM技术的钢桁架拱桥设计及信息管理研究

  更多相关文章： 钢桁架拱桥 建筑信息模型(BIM) 三维设计 性能分析 全寿命管理

【摘要】：目前,BIM(建筑信息模型)的应用己逐渐从建筑领域扩展到市政、交通、水利等领域,但在桥梁工程中的应用和研究还很少见。由于钢桁架拱桥的设计复杂,施工难度大,异型构件众多,信息庞杂,其高效设计和有效的信息管理具有桥梁工程的典型性,本文开展基于BIM技术的钢桁架拱桥设计及信息管理研究。以天府新区北京西段锦江桥为背景工程,采用突破传统设计方法的三维结构设计方法进行设计,通过有限元计算分析获得性能信息,并对结构和性能信息进行分类和管理。将国际上的建筑业信息分类体系ISO 12006-2、Uniclass、OmniClass和我国CBIMS(中国建筑信息模型标准)分类体系进行比较,发现各体系均基本覆盖或力图覆盖建筑生命周期内所有信息,而各体系具体分类表在ISO 12006框架下互有借鉴和融合。为实现桥梁BIM设计及信息管理,根据我国建筑信息分类体系中的建设成果、建设资源和建设进程三类分类对象,提出以“结构实体”、“结构性能”和“生命周期”三维度集成的桥梁工程信息模型空间。将其中的实体结构信息进一步拆分为体系信息和构件信息,以实现结构信息的标准化组织,同时服务于结构三维设计。分析基于BIM平台的三维设计和传统二维设计的差异,阐述桥梁工程三维设计的必要性。通过实体模型等级深度的定义,划分参数控制线等级,构件族库的标准化建立维护等措施,实现钢桁架拱桥的高质量参数化设计和高效率协同设计。在面向结构性能的钢桁架拱桥的BIM信息管理中,首先通过有限元分析获得结构挠度、内力和应力等典型原始性能信息,然后根据我国建筑信息分类和编码体系,以文本、图形、原始数据等形式实现原始性能信息的分解。但这些信息难以直接集成到信息模型空间中,因此提出以名义安全度和安全度等级作为指标表征性能信息的方法,并应用于背景工程。以关键构造拱铰的技术设计为例,采用基于BIM的三维结构设计方法,并根据赫兹理论和有限元分析获得拱铰性能差异信息,并采用名义安全度等指标表征拱铰性能差异信息。通过拱铰的应用实践,进一步体现BIM信息组织需同时面向结构实体和结构性能的特点。对于以结构和性能为核心的钢桁架拱桥全寿命信息管理,分析其从规划设计、施工及运营维护各阶段信息的流动。并构建以结构和性能为核心钢桁架拱桥全寿命信息管理理论模型,以吊杆的结构损伤和抗力衰减为例进行实例模拟。吊杆分析实例表明本文所构建的理论模型是可行的,同时表明以名义安全度等指标表征性能信息的方法,可以实现钢桁架拱桥全寿命性能信息管理。
【关键词】：钢桁架拱桥 建筑信息模型(BIM) 三维设计 性能分析 全寿命管理
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.22
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 引言12-14
• 1.2 钢桁架拱桥设计14-16
• 1.2.1 钢桁架拱桥的特性14-15
• 1.2.2 钢桁架拱桥的设计流程15-16
• 1.3 建筑信息模型(BIM)的发展16-19
• 1.3.1 BIM概念的起源和定义16-17
• 1.3.2 BIM在国外的应用17-18
• 1.3.3 BIM在国内的应用18-19
• 1.4 BIM在桥梁工程中的应用19-24
• 1.4.1 桥梁工程在BIM集成中的层级19-20
• 1.4.2 桥梁工程BIM的应用目标20-21
• 1.4.3 桥梁工程BIM的应用范围21-24
• 1.5 本文工程背景及主要工作内容24-27
• 1.5.1 工程背景24-25
• 1.5.2 本文主要工作内容25-27
• 第2章 基于BIM的建筑信息分类和编码体系27-40
• 2.1 建筑业信息标准化27-28
• 2.1.1 信息分类27-28
• 2.1.2 信息编码28
• 2.2 建筑业信息分类体系28-37
• 2.2.1 传统建筑信息分类和编码体系29
• 2.2.2 现代建筑信息分类和编码体系29-34
• 2.2.3 我国CBIMS建筑信息分类和编码体系34-37
• 2.3 基于信息标准化的桥梁工程信息模型空间37-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第3章 钢桁架拱桥的结构信息和三维设计40-58
• 3.1 钢桁架拱桥的结构信息分解40
• 3.2 钢桁架拱桥的体系分类40-43
• 3.3 钢桁架拱桥的构件分类43-46
• 3.3.1 构件拆分、命名和设计参数总体原则43
• 3.3.2 钢桁架拱桥构件拆分43-46
• 3.4 基于BIM技术的钢桁架拱桥结构设计46-56
• 3.4.1 基于BIM技术的三维设计46-48
• 3.4.2 桥梁工程模型等级48-51
• 3.4.3 钢桁架拱桥的三维建模技术51-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第4章 钢桁架拱桥的性能分析及信息管理58-72
• 4.1 钢桁架拱桥空间有限元模型58-59
• 4.2 材料59-60
• 4.3 荷载和工况60
• 4.4 全桥受力性能60-66
• 4.4.1 结构挠度60-61
• 4.4.2 标准值组合作用下的全桥受力性能61-63
• 4.4.3 极限承载力组合作用下的全桥受力性能63-66
• 4.5 钢桁架拱桥性能信息分解66-68
• 4.6 以性能指标集成钢桁架拱桥性能信息68-70
• 4.6.1 以名义安全度表征性能信息68-69
• 4.6.2 以安全度等级表征性能信息69-70
• 4.7 本章小结70-72
• 第5章 钢拱铰构件的技术设计及信息管理72-91
• 5.1 钢桁架拱桥拱铰的选型和设计72-78
• 5.1.1 桥梁钢支座的常用形式72-73
• 5.1.2 桥梁支座支承结构的接触理论73-75
• 5.1.3 拱铰设计75-78
• 5.2 非线性有限元接触分析78-85
• 5.2.1 有限元接触分析理论78-79
• 5.2.2 有限元模型79-81
• 5.2.3 平面应变圆柱接触有限元分析81
• 5.2.4 拱铰三维弹性有限元分析81-83
• 5.2.5 拱铰三维弹塑性有限元分析83-85
• 5.3 拱铰技术设计信息获得过程分解85-87
• 5.4 以性能指标表征拱铰性能差异信息87-89
• 5.4.1 不同分析方式的拱铰安全度87-88
• 5.4.2 不同半径的拱铰安全度88-89
• 5.5 本章小结89-91
• 第6章 钢桁架拱桥全寿命信息管理91-100
• 6.1 桥梁工程信息流动91-92
• 6.2 钢桁架拱桥全寿命信息管理理论模型92-95
• 6.3 钢桁架拱桥吊杆全寿命信息管理实例模拟95-98
• 6.3.1 中下承式拱桥吊杆行为95
• 6.3.2 吊杆基准信息模型95-96
• 6.3.3 吊杆初始信息模型96
• 6.3.4 吊杆运营信息模型96-98
• 6.4 本章小结98-100
• 结论100-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-105

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本文编号：620766