文摘
做一些研究和讨论在建筑结构的有限元分析,特别是建筑结构的计算机图形仿真方法模拟。此外,随着女子的支持技术和计算机有限元仿真技术,本文构造了一个建筑结构仿真系统,分析了建筑结构仿真系统根据实际建筑结构和压力载荷等条件。此外,本文改进了传统的结构分析算法和设计实验来评估的影响本文提出的方法,分析数据的形式模拟比较测试结果的有效性。最后,设计一个实验来评估测试系统的数据处理能力。实验分析结果验证本文方法的有效性,可为后续建筑结构模拟提供相关理论参考。
1。介绍
随着城市化的发展,在我国,建筑工程的成本管理目标已经转移到了更深的层次上。建筑工程是指通过建设工程实体形成各种类型的房屋及其附属设施,支持线的安装,管道和设备。在这个过程中,如果相关优化理论可以用来系统地研究项目,优化资源配置、降低施工成本的目的。中国经历了几十年的经验在现代建筑工程的过程,探索建设资源的优化配置。它形成了一套完整的系统建设项目,从成本预算决策和设计建筑工程监督管理。然而,由于不充分利用现代信息技术的快速发展,中国建筑企业的成本控制和管理方法相对落后,和许多项目仍在手动操作(1]。随着中国建筑公司要求增加,影响建筑企业的成本控制的因素不断增加,过去简单的手动控制方法不再能满足建筑公司的业务增长需求。改善当前建筑施工企业的成本控制系统,必须建立一个大规模信息系统进行详细分析各种数据来确定最优化的施工方案。在市场经济发展的过程中,建筑企业正面临着激烈的市场竞争。的关键一个企业能否在市场竞争中战无不胜的是它是否可以为社会提供高质量、短期、低成本的建筑产品。因此,成本管理已成为项目施工管理的核心内容2]。建设项目的成本是指一种货币计量的建筑公司使用项目作为成本核算的对象来衡量所消耗的生产资料转移价值的施工过程和必要劳动的劳动者创造的价值。建设项目的成本也称为工程造价,是建筑施工企业的主要产品成本。在确保施工质量的前提下,降低成本的方法之一,建设项目建立项目成本管理信息系统,这也是目前最可行的和有效的管理方法。计算机辅助信息化的实现不仅可以缩短相关数据的处理时间也促进各种综合成本数据的管理。同时,它使项目经理掌握完整的和正确的信息及时通过有组织的信息流通,从而为项目成本管理提供强有力的信息支持。可以看出,真正实现“动态、全程、全面”的项目成本管理体系,有必要实现成本信息的集成开发,建立动态管理系统(3]。
为了满足人们日益丰富的活动需求,大量的建筑具有独特的外观,丰富的功能,合理的结构已经出现。同时,为了更好地实现建筑师的设计理念和表现出更完美的设计形式,许多建筑物需要寻求突破传统的钢筋混凝土模型。与应用程序的新材料,如高强度和重量轻,许多新的空间系统已经意识到,如空间字符串梁结构,打开和关闭空间结构,电缆穹顶结构,和其他系统。为了提高结构效率的空间结构,预应力技术介绍,和一种新型的预应力钢结构体系是由合理的改变不同结构的应力状态,从而实现设计者的预期计划的效果。预应力钢结构已经引起了工程师和研究人员的注意,因为它良好的力学性能和广阔的应用前景。与此同时,它已成为一个热点和前沿科学,符合时代发展的要求,也是一个主要的趋势在最近几年发展的空间结构。与传统的混凝土结构相比,预应力钢结构有许多优点在结构系统和材料,如重量轻,施工周期短,结构简单。因此,它广泛应用于大跨度空间结构。
本文基于BIM和计算机模型,模拟建筑结构。
2。相关工作
通过分析有关美国混凝土结构工程施工规范和标准,文献[4)指出,没有明确的基础的荷载值模板设计目前负荷调查的必要性,然后提出了在施工期间。文献[5)进行了现场调查的活载在地板上之前和之后的混凝土浇筑施工现浇钢筋混凝土结构。此外,它使用楼面活荷载调查方法在施工期间获取现场测量数据和使用分析方法获得的统计参数活载在施工期间。文献[6施工活载)提出了一种测试方法,可以真正记录施工活载的变化过程,并可用于研究更复杂的法律结构冲击载荷等活载。文献[7)分析和研究了动态负荷模型的模板在混凝土浇注和构造了一个概率模型根据相关影响因素的动态加载模板。文献[8活载)进行了实地调查和研究现浇钢筋混凝土结构,讨论和总结了法律和楼面活荷载的分布特征在现浇钢筋混凝土结构的建设。文献[9]研究了冲击载荷的影响造成浇注混凝土在施工过程中临时承载系统组成部分的电阻混凝土结构模板,支持和提出了一个计算方法产生的冲击载荷的动态影响混凝土浇筑期间“时变结构。“文学(10)研究动态负载的影响造成的临时承载系统小型手机自动倾卸卡车运输混凝土开车时在新浇混凝土楼板。后进行大规模实地调查和统计分析,文献[11)总结了施工活载和定律进行了定量分析。
文献[12]对平板公寓进行了野外试验,分析了计算机模拟的简化手计算方法的适用性,并认为简化方法低估了地板的最大负载。文献[13]分析了楼板刚度和不平等的影响楼板的挠度对荷载传递和比较的理论和测量值支持负载和楼面荷载。文献[14)进行了现场测量为剪力墙结构,试图分析在施工荷载传递数据。然而,它通过测量获得的一些数据的支持,楼板和嵌入在楼板钢筋,但有些数据不符合逻辑的。后续测试工作集中在模板的受力分析和支持。通过一系列的调查和现场测试,文献[15]指出获取现场数据的可能性,指出,支持上的负载,数据在养护期间的混凝土板和多层的信息都可以通过测试的支持。文献[16]在低层混凝土结构在建设中进行了实地测试。通过测量支持模板在施工期间的负载,它分析了推荐的设计荷载ACI的适用性,比较了数量级的横向和垂直支持负载,并指出移除模板支持将导致在地板的分布发生较大变化,支持负载。文献[17测量了不同加载路径的影响,不同的负载大小,和其他因素对脚手架的荷载效应。文献[18)进行连续观察实验现浇框架结构,获得重要的数据。测试发现,随着时间的推移,负载是各层之间的重新分配,这一事实,突出体现在新浇混凝土楼板板开始不承担负载逐步承担负荷的一部分。文献[19]提供了一个有用的讨论分析钢筋混凝土结构施工期间考虑负荷再分配。然而,计算负荷再分配数量的模型作为一个固定比例的地板的重量不符合时变结构特点,所以有时可能会导致一个大错误,是危险的。
3所示。模型元素类型的选择
LS-DYNA元素库的项目包括固体元素,壳元素,梁元素,杆元素,惯性和质量元素和弹簧阻尼元素。这些元素的共同特征就是他们都使用低阶元素线性位移插值函数,和默认的算法是一个减少集成算法。计算和分析的经验表明,这些显式动态元素的线性位移插值函数和单点集成算法可以很好地用于分析各种大变形和材料的非线性问题。
对于上层建筑结构,使用三维实体单元SOL-ID164,如图1。其基本特征如下(20.]:(1)有8个节点。对于每个节点,其位移自由度具有实际意义(2)默认采用单点集成算法(3)它可以采用拉格朗日形式或啤酒形式(4)它可以退化为退化单元如棱镜和金字塔(5)当施加压力单元的表面时,有必要特别注意表面的编号(6)它支持大多数LS-DYNA材料算法(7)数量不能为零(8)SOLID164元素必须由8节点
选择薄壳单元来模拟地球平面,即SHELL163,如图2。其基本特征如下:(1)这个元素是一个4-node空间薄壳元素。对于每个节点,该节点的位移和旋转需要考虑(2)默认的算法采用壳单元算法Belytschko-Tsay单点集成(3)各种壳单元算法,集成点沿厚度方向可以选择(4)壳的厚度被定义为真正的参数和不能是零(5)SHELL163的面积元素不能为零,和堕落的元素可以定义相同的节点出现两次(6)SHELL163元素支持大多数材料模型算法
3.1。基本的三维实体元素的显式算法
本文以三维8-node固体元素为例,介绍LS-DYNA的显式积分算法。
的主要算法LS-DYNA采用拉格朗日增量方法跟踪粒子的轨迹。粒子在初始时刻的空间点 ,轨迹方程(21]
其中,代表了初始位置 质点的运动的初始条件
此外,弹性动态空间的运动微分方程问题
它满足如下边界条件:(1)位移边界条件 在位移边界(2)压力边界条件 在应力边界(3)跳跃条件在滑动接触表面的不连续位移 (4)当 ,沿着内部接触边界发生联系
运动的微分方程的积分形式(最小势能原理)
其中,是虚拟满足位移边界条件和位移场吗相对应的虚拟应变场吗 。
如果整个结构是一系列有限离散单元,结构的总势能变化可近似表示为每个单元的势能变化,和有限元基本方程的动态问题。以三维8-node固体元素为例,结构有限元离散化可以表示如下(22]。
每个单元内任意点的坐标可以通过插值节点的坐标值,即
的公式, 是单位协调,如图3。
在插值公式,函数(形状函数)
其中, 的坐标吗th元素的节点,和上面的公式可以用矩阵表示形式(23]:
其中, 是任意点的位置坐标的单位(包括三个组成部分),是每个节点的位置坐标数组单元的时间吗 ,和 是插值函数矩阵,可以用以下形式:
公式的th子群是 。
当整个结构是一系列离散的元素,它可以从虚位移原理获得:
其中,柯西应力向量
应变矩阵是
微分算子矩阵,其特定元素是什么
LS-DYNA,因为同一行的元素在统一的单元质量矩阵 合并成对角元素形成一个集中质量矩阵,然后集成到总体质量矩阵对角线 ,上述公式可以写成
上述公式是运动的离散方程,在哪里总体质量矩阵和吗是由压力差异向量的集合元素,可以得到以下公式:
是整体节点负载向量,它是由集中节点力,表面力,体力,等。公式如下:
的离散结构运动方程LS-DYNA3D考虑阻尼的影响
时间积分采用显式中心差分的原理,和格式如下:
其中, , ,和节点加速度在时间吗 ,在时间节点速度矢量 ,在时间节点的位置坐标向量 ,等等。
其特点如下:(1)保存计算成本。为每个增量步的非线性分析,刚度矩阵的变化,显式方法没有形成整体刚度矩阵。弹性项是放在内力,避免刚度矩阵的反演。这避免了多次更新刚度矩阵的计算成本和解决线性方程,这是有意义的非线性分析(2)可以获得更高的计算效率。当系统的质量矩阵是一个对角矩阵,当使用上面的递归公式求解运动方程,只需要使用矩阵乘法来获得等效负荷向量在右端,和不需要转化质量矩阵,因此计算效率很高(3)该方法有条件地稳定。稳定状态是一个相对较小的时间步长是必需的。如果超出这个步骤,计算将不稳定和位移往往是无限的
为了确保收敛,LS-DYNA3D采用可变步积分法。使用集成的步骤必须低于某一临界值;否则,该算法将不稳定。网格中的最小单位,将决定时间步的选择,即
其中,限制的时间步长th单位和是单位的总数。
在LS-DYNA3D,每种类型的元素的限制时间步长可以统一为以下形式:
其中,是一个时间步长因子小于1,默认0.9的计划,元素的特征尺度,是材料的声速。相应的计算公式和固体的元素
4所示。建筑结构基于BIM模型和计算机仿真系统
因为钢筋和混凝土的材料特性和性能有很大的不同,它并不足以模拟钢筋混凝土结构与简单线性弹性的方法。因此,本文使用了这种复合材料的非线性分析方法。然而,常用有限元分析软件不能准确地描述复杂的复合建筑结构,如可变截面和frame-core管结构的空心结构。
列结构,作为一种重要的对成员,不仅熊垂直力也熊水平力的作用。在大量的地震灾害,结构的剪切损伤占比例相对较大。为了实现“三级”地震目标和确保整体结构不会遭受严重破坏,柱的抗剪能力的研究尤为重要。自21世纪以来,有限元分析方法已越来越广泛应用于结构的计算。它不仅可以模拟结构裂缝的发展和结构的破坏过程作为一个整体,但也算弱者零件和结构的极限承载力。
钢筋混凝土框架柱的荷载位移曲线在单调荷载作用下,剪切能力和破坏机理斜向水平荷载作用下钢筋混凝土框架柱的关节和关节高强度混凝土column-beam框架使用有限元软件和理论进行了分析,分别。滞回性能和强度的钢筋混凝土框架短柱在单调荷载下计算和分析。有限元软件的计算结果和实验结果进行比较,表明有限元软件得到的数据和理论参考价值很高。
本文以列与中央强化为研究对象并使用VFEAP有限元软件进行分析和研究。此外,通过考虑影响因素如箍筋配筋率、纵向配筋率、混凝土强度、轴向压缩比,本文建立了一系列的比较模型分析极限承载力、刚度退化、延性性能核心列在不同影响因素下的变化。结构模型如图4,基于BIM和计算机仿真模型如图5。
为了专门评估箍筋的作用与中央强化核心区域的列,四列与中央强化模型与不同箍筋间距。本文其他参数保持不变,荷载位移曲线和刚度退化曲线用于研究的影响的钢筋间距与中央强化核心区域的列。模型参数如表所示1。
纵向钢筋的布置的核心区域列列的核心与中央强化。即使外混凝土失败和退出工作,核心区域的纵向钢筋和箍筋约束混凝土核心地区保持良好的工作性能。因此,核心区域的纵向配筋率是一个重要的影响因素与中央强化列。在这篇文章中,纵向钢筋的比例是改变通过改变纵向钢筋的直径在核心区域。总共6模型已经建立了。纵向钢筋的直径是14 mm-36毫米。参数如表所示3。
纵向钢筋之间的比率的0.68% - -4.46%的核心区域,极限荷载和极限位移有明显上升趋势与配筋率的增加。上述表明,纵向钢筋在核心区域的角色在中间轴承负荷和组件加载的后期。与纵向钢筋的配筋率的增加在核心区域,横向阻力逐渐增加,和失败的组件被延迟。
外部混凝土裂缝,刚度突然下降。组件达到极限荷载时,纵向配筋率越高,较慢的速度刚度退化和刚度退化的更完整。核心领域的纵向钢筋可以有效地减轻组件的刚度退化,从而提高其横向阻力。
通过以上分析,可以知道本文系统构造有一定的影响,这基本上是与实际情况一致。在此基础上,本文通过计算机仿真模拟多个建筑结构模型和统计模型的模拟数据处理的效果。共计72组数据模拟的模拟建立一个特定的商业中心,和统计模拟的结果如表所示5和图8。
从上面的分析结果,建筑结构基于BIM和计算机模型仿真系统构建本文表现良好在结构模拟。接下来,系统的动态仿真的效果评估,结果如表所示6和图9。
从上面的仿真结果,系统的动态仿真效果本文构建更好,因此,本文构造的系统可以用于在以后的建筑结构模拟仿真分析。
5。结论
计算机图形仿真是一个全面的计算机技术涉及多个学科,和建筑结构模拟是一个重要而困难的课题在工程领域。做一些研究和讨论在建筑结构的有限元分析,尤其是计算机图形仿真方法在建筑结构分布。因为建筑结构模拟是一个复杂而巨大的研究课题,在各种负载下结构的破坏机理仍在不断的研究和探索。因此,本文构建了一个建筑结构仿真系统BIM和有限元技术的支持下,结合实际建立模拟的物理结构构建和评估该系统的影响。研究结果表明,建筑结构仿真系统构建本文有一定的效果。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究是由自然科学研究重点项目在安徽高校”的应用研究重建历史建筑BIM模型基于3 d扫描和无人机倾斜摄影”(KJ2020A1000),自然科学研究重点项目的安徽高校“测试和仿真分析转向装置外部预应力箱梁桥的波纹钢网”(KJ2019A1134),高水平专业群省级质量工程学院和大学(高等职业教育)(2020 zyq61),和安徽教学团队项目(2020 jxtd186)。