¿En vista de la seguridad de la construcción de edificios con tecnología 4D?
Durante el proceso de construcción de un edificio, es necesario erigir un sistema de soporte temporal para garantizar la precisión de la geometría, el tamaño y la posición de la estructura y los componentes en construcción y la seguridad de la estructura del edificio durante la construcción. proceso de construcción. El sistema de soporte consta de dos partes: una parte es el encofrado que forma la forma externa y las dimensiones geométricas de la estructura o componente de concreto; la otra parte son los soportes y conectores que aseguran la posición diseñada y la elevación del encofrado; Como componente del sistema estructural de carga durante el período de construcción, el sistema de soporte soporta una variedad de cargas durante el proceso de construcción, incluido el peso propio del encofrado, el peso de las barras de acero y el hormigón y otros materiales, la vida El peso de la carga de los vehículos de transporte y del personal de construcción, y la fuerza de vibración de la maquinaria vibratoria al verter hormigón, etc., es una de las causas de accidentes frecuentes en la construcción. El colapso del sistema de soporte durante el período de construcción siempre ha representado una gran proporción de los accidentes de seguridad de la construcción en los proyectos de construcción de mi país, y las víctimas ocurren de vez en cuando.
Según las estadísticas, entre los seis accidentes por colapso del sistema de soporte que ocurrieron en mi país entre 2002 y 2005, la principal causa del accidente fue la inestabilidad del soporte o la inestabilidad general. En 2006, el accidente por derrumbe del encofrado "519" en la obra de la sucursal del Conservatorio de Música de Shenyang provocó 6 muertes y 18 heridos. Expuso particularmente el grave problema de descuidar el cálculo de seguridad del sistema de soporte durante la construcción. La razón es que el análisis espacial y el modelado del sistema de soporte son muy engorrosos, y los métodos de cálculo y análisis existentes para la capacidad de carga estable última del sistema de soporte tienen algunas limitaciones y no reflejan completamente la mecánica de la estructura espacial especial de el sistema de soporte [3], afectando así en gran medida la aplicación universal de las teorías y métodos informáticos.
Este artículo introduce la tecnología 4D y BIM en el campo del análisis de seguridad de los sistemas de soporte durante la construcción. Al establecer un modelo de información de seguridad de la construcción 4D, el sistema de soporte y la información de la construcción 4D se vinculan dinámicamente para establecer rápidamente un modelo 3D. Modelo del sistema de soporte, y en función del progreso actual de la construcción y la información de la construcción, como procesos, materiales, componentes estructurales, etc., genera automáticamente un modelo de análisis de seguridad del sistema de soporte que cambia con el progreso, simplificando así la mecánica. proceso de análisis del sistema de soporte y mejora de la precisión y eficiencia del cálculo. El método propuesto en este artículo proporciona nuevas formas y métodos para el análisis y cálculo de sistemas de soporte.
Introducción del modelo de información de seguridad de la construcción 14D
1.1 Métodos de cálculo del sistema de soporte existente
Según las características estructurales del sistema de soporte, sus métodos de cálculo estructural son principalmente dividido en Hay dos tipos: modelo de bastidor [4] y modelo de marco [5-6]. El primero cree que el sistema de soporte es un marco de múltiples capas con extremos superior e inferior articulados, como se muestra en la Figura 1 (a). Su análisis de estabilidad se puede simplificar al problema de estabilidad de una columna igual articulada en ambos extremos, que puede simplificarse. refleja intuitivamente el modelo. La capacidad de carga estable del marco disminuye a medida que aumenta la altura. Sin embargo, la capacidad de carga y la rigidez de las estanterías dentro de su propio plano son relativamente grandes, mientras que la capacidad de carga entre las estanterías es débil. Por el contrario, el modelo de marco está más cerca de las relaciones espaciales y la realidad estructural del sistema de soporte del encofrado. La literatura [7] analiza y compara los dos modelos anteriores en términos de características, aplicabilidad, precisión, etc., y finalmente recomienda utilizar el modelo de marco para analizar el sistema de soporte. Sin embargo, en el cálculo y análisis reales, el modelo de marco establecido suele ser un modelo ideal que no considera la relación entre el sistema de soporte y la estructura principal, y es diferente de la situación de soporte real durante la construcción, lo que resulta en cálculos inexactos. Otro componente importante de los cálculos estructurales para sistemas de soporte son los cálculos de carga de construcción. Dado que la forma estructural y el modo de tensión del edificio durante el período de construcción son muy diferentes de los del período de uso, es necesario calcular la carga estructural durante el período de construcción que sea diferente del período de uso. El valor de la carga generalmente se determina con referencia al "Código de carga para estructuras de construcción" (GB50009-2001) [8], incluyendo: 1) el sistema de soporte del encofrado y el peso propio del hormigón armado recién vertido; 2) la carga de; personal y equipo de construcción; 3) la carga de construcción de la losa de piso de concreto; 4) la carga de construcción de vigas de concreto, etc. Este estudio utiliza esto como base para el cálculo de la carga.
1.2 Limitaciones de los métodos existentes
Los métodos de cálculo del sistema de soporte existentes mencionados anteriormente pueden evaluar el comportamiento del soporte del proceso de construcción del edificio para la estructura temporal especial del sistema de soporte. en gran medida, garantiza la seguridad de la estructura y del propio sistema de soporte durante el proceso constructivo.
Sin embargo, este método de cálculo tiene grandes limitaciones en la aplicación práctica, lo que dificulta que este método de análisis realice un análisis de seguridad continuo, dinámico y preciso del sistema de soporte durante el proceso de construcción, lo que restringe en gran medida la verificación de seguridad del sistema de soporte. . Estas limitaciones se reflejan principalmente en los siguientes aspectos.
1) El modelado de sistemas de soporte es difícil. Dado que los miembros de soporte y el encofrado son difíciles de ubicar y son grandes en número, la carga de trabajo de modelado de los miembros de soporte y el encofrado es pesada, y es aún más difícil establecer un modelo de todo el sistema de soporte.
2) Es difícil establecer un modelo de cálculo preciso. El diseño del sistema de soporte debe estar estrechamente relacionado con la estructura principal del edificio. Sin embargo, en proyectos reales, el diseño del sistema de soporte se lleva a cabo durante la etapa del plan de construcción, y el establecimiento de su modelo de cálculo es independiente del diseño de la estructura del edificio. Por otro lado, los cambios de diseño y de método de construcción a menudo ocurren durante el proceso de construcción, lo que puede provocar conflictos y colisiones entre las varillas del sistema de soporte y la estructura principal. En el proceso de construcción real, las barras de soporte que entran en conflicto con los miembros estructurales generalmente se ignoran y no se erigen, lo que genera una gran brecha entre el sistema de soporte real y su modelo de cálculo, lo que afecta la precisión del análisis de seguridad.
3) El modelo de cálculo no se puede cambiar en tiempo real. Una vez que se cambia el diseño o se modifica el plan de construcción, el modelo de análisis y cálculo del sistema de soporte también debe cambiarse en consecuencia, incluido el modelo del sistema de soporte, los efectos de carga, etc. Las dos limitaciones anteriores resultan en una enorme carga de trabajo para cambiar su modelo de cálculo en tiempo real, lo que no se puede implementar en la ingeniería real.
1.3 Introducción de la tecnología 4D y BIM para mejorar los métodos existentes
El modelo 4D es un modelo espacio-temporal formado añadiendo factores temporales al modelo tridimensional que se desarrolló por primera vez. En 1996 se propuso el Laboratorio CIFE de la Universidad de Stanford en Estados Unidos [9]. La tecnología 4D es una tecnología de la información basada en modelos 4D. Su propósito es expresar el proceso de formación del modelo en una forma gráfica 3D dinámica, para controlar y gestionar dinámicamente todo el proceso de progreso de la imagen. En la actualidad, la tecnología 4D se ha aplicado gradualmente a muchos aspectos del campo de la construcción, incluida la simulación de construcción de edificios [10], la gestión de la construcción de edificios [11], la gestión de propiedades [12], etc. Software comercial relacionado con 4D-CAD, como CommonPoint Project4D y 4DSuite también están poco a poco disponibles en el mercado[13]. BIM es un modelo 3D inteligente de un edificio. Puede conectar los datos, procesos y recursos en cada etapa del diseño, construcción, uso y mantenimiento de todo el ciclo de vida del proyecto de construcción. objeto. Este grupo de investigación de la Universidad de Tsinghua ha estado comprometido durante mucho tiempo con la investigación de la tecnología 4D. Combina elementos de gestión de la construcción como recursos de construcción, análisis de costos, diseño del sitio, etc., y propone un modelo de gestión de la construcción 4D extendido 4DSMM [14]. desarrolla el Sistema de gestión de construcción 4D para proyectos de construcción (4D-GCPSU). Sobre esta base, combinado con la investigación BIM, se propuso el concepto de modelo de subinformación (sub-BIM) y se estableció un modelo de información de seguridad de la construcción 4D basado en tecnología 4D y orientado al análisis de seguridad de los procesos de construcción. Este sub-BIM se basa en la información del modelo 3D, agrega un factor de tiempo (plan de construcción o información de progreso real) y contiene información de diseño y construcción, como recursos, sitios, materiales y cargas relacionadas con el análisis de seguridad del proceso de construcción. , y se aplica a la construcción de edificios. Análisis de seguridad de estructuras que varían en el tiempo de proceso [15].
Dado que la forma estructural y el efecto de carga del sistema de soporte durante el período de construcción cambian con el tiempo, existe un modelo de comunicación de "modelo geométrico en tiempo" con el modelo de información de seguridad de construcción 4D. El modelo de información se introduce en el análisis de seguridad del sistema de soporte, puede proporcionar un modelo de sistema que cambia con el progreso y soporte de datos completo para todo el análisis del proceso. Puede simplificar enormemente el proceso de análisis, mejorar la precisión del cálculo y realizar un análisis continuo y dinámico. Análisis de seguridad del sistema de soporte, que proporciona una base para el análisis de seguridad durante el período de construcción. Las aplicaciones prácticas proporcionan formas y métodos factibles.
En concreto, el análisis de seguridad del sistema de soporte basado en el modelo de información de seguridad de construcción 4D tiene las siguientes características:
1) Basado en el modelo sólido 3D de la estructura del edificio incluido en el modelo de información de seguridad de construcción 4D, soporte adicional Los parámetros de diseño se pueden establecer automáticamente. Establezca un modelo 3D de soportes y plantillas, y realice la detección de colisiones con el modelo de estructura del edificio para identificar y eliminar automáticamente los puntos de diseño de soporte con conflictos espaciales, logrando así un modelado rápido y preciso del modelo de cálculo del sistema de soporte.
2) Basado en el modelo de información de seguridad de la construcción 4D, la simulación del proceso de construcción 4D puede representar dinámicamente el proceso de construcción estructural y el estado real del sistema de soporte que cambia con el proceso, como el montaje del encofrado y los soportes, el vertido. hormigón, desmontaje de encofrados y soportes, etc., refleja las condiciones de tensión dinámica, como la forma estructural del sistema de soporte y la carga de construcción que soporta, de modo que puede generar automáticamente un modelo de cálculo del sistema de soporte en cualquier momento. que se puede utilizar para analizar las condiciones de estrés y el análisis de estabilidad del sistema de soporte a medida que cambia con el progreso.
3) Una vez que se ajusta el plan de construcción, el modelo de información de seguridad de la construcción 4D cambiará y se ajustará automáticamente en consecuencia, asegurando que el modelo de cálculo del sistema de soporte sea consistente con la situación real de la construcción, y no haya necesidad de volver a introducir datos.
4) Obtener la información relevante contenida en el modelo de información de seguridad de la construcción 4D, realizar análisis mecánicos, verificación del desempeño e identificación de seguridad del sistema de soporte para diversas operaciones de construcción, y establecer indicadores de seguridad y sistemas de evaluación correspondientes. Análisis y evaluación de seguridad del sistema de soporte durante el período de construcción.
2 Sistema de soporte basado en un modelo de información de seguridad de construcción 4D
Modelado 3D El método tradicional de modelado 3D manual requiere mucho trabajo repetitivo para construir estos componentes, lo que requiere mucho tiempo y mano de obra. -Intensivo e ineficiente. Para resolver estos problemas, este estudio se centra en el sistema de soporte del marco compuesto por encofrado de madera y soporte de piso completo tipo sujetador de tubería de acero. Basado en el modelo de información de seguridad de la construcción 4D, las características del contorno exterior y la información relacionada del piso del edificio. se extraen y se utiliza un método simplificado y automático para establecer el modelo de soporte y encofrado 3D, y eliminar puntos de diseño irrazonables en el algoritmo de generación automática durante la detección de conflictos con los componentes del edificio, logrando así un modelado rápido del sistema de soporte. En el algoritmo de modelado rápido del sistema de soporte, implica dos aspectos: modelado de varilla de soporte y modelado de plantilla. Entre ellos, considerando que el contorno exterior del piso puede estar compuesto por polígonos irregulares, el modelado de la plantilla se divide en dos métodos: 1) modelado basado en el contorno del piso real (denominado modelado de forma real 2); Modelado simplificado basado en el punto de apoyo.
2.1 Modelado 3D de miembros de soporte
Este estudio logra un modelado rápido de miembros de soporte a través del desarrollo secundario en la plataforma AutoCAD. El flujo del algoritmo central de su modelado rápido [16] es asumir que los miembros de soporte horizontal y vertical están dispuestos ortogonalmente, y el espacio entre las direcciones horizontal y vertical es fijo, luego 1) calcular el marco rectangular exterior de acuerdo con el contorno del piso. 2) Determinar posibles puntos de disposición (en el plano xy) basándose en el espaciamiento de los soportes y otros parámetros 3) Determinar si cada punto de apoyo está dentro del contorno del piso y eliminar los puntos de disposición fuera del contorno; según varillas de puntos de apoyo cualificados. El flujo del algoritmo se muestra en la Figura 2.
2.2 Modelado 3D del encofrado
Utilizando el método de modelado de forma real para establecer el modelo 3D del encofrado, se requiere que el contorno del encofrado sea el mismo que el contorno del la losa de concreto que soporta y controla. Sobre esta base, según el modelo 3D de soporte establecido en función del intervalo de soporte y los parámetros de posición, su plano de coordenadas se proyecta dentro del rango de la plantilla y sus puntos internos se utilizan para mallar la plantilla de polígono original con restricciones de puntos internos. En este caso, dado que las posiciones de los puntos de restricción internos son impredecibles, los contornos irregulares de la plantilla pueden conducir fácilmente a cuadrículas con formas extremadamente irregulares, lo que afectará la convergencia y precisión de los cálculos de elementos finitos e incluso puede conducir a la imposibilidad de realizar cálculos. Condición. Por lo tanto, el método de establecer plantillas basándose en el contorno real de la losa del piso no puede ser aplicable universalmente a plantillas de diversas formas, ni es adecuado para el reconocimiento y modelado automático por computadora. En vista de las limitaciones del método de modelado de plantillas en forma real, este estudio propone un algoritmo para establecer plantillas basado en la simplificación de los puntos de apoyo. Este algoritmo identifica automáticamente los puntos de disposición de soporte adyacentes mientras organiza los puntos de soporte y divide la plantilla en bloques rectangulares de forma regular basados en los puntos de soporte adyacentes, lo que facilitará la futura división de la cuadrícula antes de los cálculos de elementos finitos.
Habrá algunas diferencias entre el encofrado establecido por este método y el contorno de la losa del piso cerca de los soportes límite. Sin embargo, dado que los intervalos de apoyo generalmente no son grandes, el tamaño de la diferencia es pequeño y no tiene efecto de control. Además, el contorno rectangular estándar puede mejorar hasta cierto punto la precisión del cálculo estructural en la división de malla, compensando así el error de cálculo causado por una apariencia inexacta. Normalmente, el contorno del encofrado establecido con base en el método simplificado del punto de apoyo puede cumplir con los requisitos de precisión del análisis de seguridad de la construcción.
2.3 Detección de conflictos entre soportes y componentes del edificio para establecer un sistema de soporte
En el proceso de modelado 3D, debido a la falta de información espacial considerando los principales componentes estructurales, pueden ocurrir conflictos , como soportes y columnas o conflictos de espacio en las paredes. Por lo tanto, es necesario detectar colisiones en el modelo 3D establecido del sistema de soporte y los componentes estructurales, y eliminar los soportes en conflicto. Los algoritmos de detección de colisiones existentes se dividen principalmente en dos categorías: método de cuadro delimitador jerárquico y método de descomposición espacial [17]. Entre ellos, el método del cuadro delimitador jerárquico utiliza cuadros delimitadores con propiedades geométricas simples para describir aproximadamente objetos geométricos complejos y se aproxima cada vez más al modelo geométrico del objeto mediante la construcción de una estructura jerárquica en forma de árbol [18]. La regla de descomposición espacial es dividir todo el espacio virtual en celdas de igual volumen y realizar pruebas de intersección solo en objetos geométricos que ocupen la misma celda o celdas adyacentes. La principal diferencia entre estos dos métodos es que el primero maneja objetos en colisión, mientras que el segundo divide el espacio virtual. Específicamente, en la detección de colisiones de soportes y componentes principales del edificio, dado que la posición del espacio sólido no cambiará, es más eficiente aplicar el método del cuadro delimitador jerárquico para la detección. Sin embargo, el método tradicional del cuadro delimitador jerárquico tiene ciertas limitaciones en la detección de conflictos entre soportes y componentes: 1) Debido a la gran cantidad de componentes del edificio, cada componente se compone de múltiples superficies, lo que resulta en el análisis "jerárquico" de los componentes detallados. El proceso requiere una gran cantidad de cálculos; 2) Durante el proceso de modelado 3D, los propios componentes del edificio tienen una intersección razonable hasta cierto punto, como la intersección de los ejes de vigas y columnas en el modelo 3D establecido en base a esto. , las vigas y columnas inevitablemente "chocarán" y, de hecho, es razonable. Lo mismo ocurre con la colisión entre el soporte y el encofrado, y la colisión entre el soporte y la viga. 3) Dado que la posición espacial del componente 3D no cambia con el tiempo, también existe la posibilidad de mejorar significativamente la detección; eficiencia en el algoritmo. Por lo tanto, este artículo propone un algoritmo de detección de conflictos "eje-cuadro delimitador jerárquico-superficie" para la aplicación especial de detección de colisiones entre barras de soporte y componentes de construcción. Este algoritmo puede mejorar en gran medida la eficiencia del método tradicional del cuadro delimitador jerárquico. En el algoritmo, primero se extrae el eje del soporte para reemplazar el modelo 3D del soporte como objeto principal de detección de colisiones. Como se muestra en la Figura 3, hay cuatro soportes verticales A, B, C y D. Luego, a través de la detección de intersección de los cuadros delimitadores de cada objeto principal (es decir, el eje del soporte) y el objeto objetivo (es decir, el componente estructural principal), se puede juzgar de forma aproximada la relación de intersección entre los objetos. Si el resultado aproximado del juicio es "colisión", entonces se calculan los puntos de intersección de cada superficie del objeto principal y el objeto objetivo que se cruza. Los resultados del cálculo se muestran en las figuras P1, P2, P3 y P4. Finalmente, determine la relación entre el punto de intersección y la superficie de intersección del objeto objetivo. Si está dentro de la superficie, el objeto principal choca con el objeto objetivo (como P2, P3, P4). superficie o el límite de la superficie (como P1), no hay conflicto de colisión. El flujo del algoritmo se muestra en la Figura 4.
2.4 Proceso general de modelado 3D del sistema de soporte Sistema de soporte
Todo el proceso de modelado 3D es: simplificar los puntos de soporte en una disposición ortogonal y las direcciones horizontal y vertical El espaciado es fijo Primero, se genera un marco rectangular exterior basado en el contorno compuesto de polilíneas. Luego, según el espaciado de soporte y otra información, se determinan los posibles puntos de ubicación de soporte y los puntos fuera del contorno se excluyen según el algoritmo en. gráficos para determinar si los puntos están ubicados dentro del polígono. Punto de diseño para determinar la ubicación del soporte vertical. Los soportes horizontales están igualmente espaciados en dos puntos de disposición adyacentes cualesquiera según la separación vertical. Finalmente, se genera una plantilla de modelo 3D basada en los puntos de diseño. El proceso de modelado y la comparación entre la plantilla real y la plantilla simplificada se muestran en la Figura 5.
3 Análisis de seguridad del sistema de soporte basado en el modelo de información de seguridad de construcción 4D
3.1 Sistema de soporte y efecto de carga según el proceso
Durante el proceso de construcción, el impacto de soportes y encofrados La resistencia no cambia con el tiempo, pero la forma estructural del sistema de soporte y la carga que soporta se ven muy afectadas por el proceso constructivo.
Por lo tanto, debe considerarse en el análisis de seguridad del sistema de soporte para garantizar la precisión de los cálculos estructurales. Tomando como ejemplo la construcción de losas y vigas de piso transversales, el proceso de construcción incluye principalmente erigir el sistema de soporte, atar barras de acero, verter concreto y desmantelar el sistema de soporte. Entre ellos, el proceso de montaje y desmantelamiento afecta el modelo estructural del cálculo del sistema de soporte, que es la base para determinar si los componentes de soporte participan en el cálculo estructural. En las etapas de atado de barras de acero y vertido de concreto, a través del modelo de información de seguridad de la construcción 4D, se puede obtener información como volumen, densidad y material de los componentes del edificio relacionados con el proceso de construcción, calculando así automáticamente el peso propio de los componentes estructurales y cargas de construcción soportadas por el sistema de soporte y luego basadas en la carga. Las especificaciones o literatura [8] se convierten en valores estándar o valores de diseño, que se utilizan como valores de carga para el cálculo de la estructura del sistema de soporte.
3.2 Modelo de cálculo estructural 4D del sistema de soporte
El cálculo estructural del sistema de soporte se puede realizar compilando programas ligeros, pero se considera extendido al análisis de seguridad. de la estructura principal que varía en el tiempo en el futuro Combinado con las necesidades, este estudio utiliza ANSYS como la plataforma de cálculo de elementos finitos del sistema de soporte. Entre ellos, dado que las barras de soporte suelen utilizar tubos de acero circulares con secciones transversales simétricas, se puede utilizar la unidad de viga "BEAM188" para la simulación. Al mismo tiempo, la continuidad del soporte vertical y el soporte lateral no se considera en la simulación, sino que se desconecta de la intersección (incluida la intersección del soporte lateral y el soporte vertical, la intersección del soporte lateral y el soporte lateral soporte), y se divide en pequeñas unidades para el cálculo. Además, el elemento de carcasa "SHELL65" se puede utilizar para simular un encofrado horizontal de gran superficie y, según el punto de intersección del encofrado y el soporte vertical, se divide en pequeños bloques de encofrado para los cálculos de simulación. En el proceso de simulación 4D, después de especificar cualquier punto de tiempo, a través de la información del proceso de la sección de construcción actual, se juzga qué soportes y encofrados se han erigido, así como la estructura asumida por el encofrado de soporte y el marco del sistema de soporte. El modelo y el modelo del marco del sistema de soporte en ese momento se derivan automáticamente.
3.3 Análisis de inestabilidad del sistema de soporte
Cuando la carga soportada por el sistema de soporte alcanza un cierto valor límite, cuando la carga aumenta ligeramente, la tensión y la deformación aumentan significativamente de forma desproporcionada. , este colapso repentino de la resistencia interna es pandeo o inestabilidad. Como se mencionó anteriormente, los problemas de seguridad del sistema de soporte durante el proceso de construcción ocurren principalmente debido a la inestabilidad del soporte o la inestabilidad general. Por lo tanto, cómo realizar de manera precisa y conveniente el análisis de estabilidad del sistema de soporte es el foco del análisis de seguridad durante el proceso de construcción. Generalmente existen dos métodos para resolver problemas de estabilidad estructural utilizando elementos finitos: análisis de pandeo de valores propios y análisis de pandeo no lineal [19].
1) Análisis de pandeo con valores propios.
El análisis de pandeo con valores propios es un pandeo lineal, es decir, la estructura está en equilibrio, el incremento de carga es una traza y el incremento de desplazamiento es grande. Mediante transformación matemática, el análisis de pandeo de valores propios se transforma en la resolución del problema de valores propios de la matriz. Este método se utiliza para predecir la resistencia teórica al pandeo de una estructura elástica ideal, es decir, la carga crítica de Euler. El análisis de pandeo de valores propios en ANSYS consta de tres pasos: obtener la solución estática según el método estático, luego obtener la solución de pandeo de valores propios según el método de pandeo y finalmente obtener la solución extendida según el método de solución extendida.
2) Análisis de pandeo no lineal.
El análisis de pandeo no lineal pertenece al método de elementos finitos elástico-plásticos de gran deflexión de todo el proceso. Al aumentar gradualmente la carga (o el desplazamiento), la matriz de rigidez de la unidad se modifica constantemente (teniendo en cuenta la tensión y la tensión). efectos de desplazamiento), y la estructura se somete a un análisis de estática lineal, y luego se encuentra el punto crítico sobre esta base. Para realizar un análisis de pandeo no lineal en ANSYS, solo necesita agregar los siguientes pasos: primero agregar el análisis de pandeo de valores propios en las propiedades de la solución, luego activar el seguimiento del método de longitud de arco y el cálculo de deformaciones grandes, y finalmente implementar la aplicación de carga paso a paso. Los resultados del análisis se reflejarán automáticamente en los resultados del cálculo final de fuerza interna, desplazamiento y deformación, sin intervención manual.
3.4 Pasos y procesos del análisis de seguridad del sistema de soporte basado en el modelo de información de seguridad de la construcción 4D
Los pasos principales del análisis de seguridad del sistema de soporte basado en el modelo de información de seguridad de la construcción 4D incluyen: 1) Establecer Modelo de información de seguridad de construcción 4D; 2) Simulación del proceso de construcción del sistema de soporte; 3) Análisis de seguridad del sistema de soporte.
1) Establecer un modelo de información de seguridad en la construcción 4D. La premisa para realizar un análisis de seguridad del sistema de soporte durante el proceso de construcción es el modelado de información de seguridad de construcción 4D del sistema de soporte.
Primero, de acuerdo con el contorno de la losa del piso, se aplica el método de modelado 3D anterior para crear un modelo 3D del sistema de soporte, como se muestra en la Figura 6(a). Luego realice la detección de colisiones en los miembros de soporte y los miembros estructurales para eliminar los soportes en conflicto, como se muestra en la Figura 6(b). Luego asocie el modelo 3D del sistema de soporte con el nodo del proceso WBS para realizar la asociación 4D entre el modelo 3D y el proceso WBS, y asigne atributos de ingeniería a los componentes del sistema de soporte, como soportes y plantillas, incluidos: atributos de soporte, atributos de material. y efectos de carga basados en procesos. Estos atributos están conectados y gestionados a través de un objeto unificado, la entidad de soporte, como se muestra en la Figura 6(c). Figura 6 Modelado de información de seguridad en la construcción 4D del sistema de soporte Fig. 6 Modelado de información de seguridad en la construcción 4D del sistema de andamios
2) Simulación del proceso de construcción 4D del sistema de soporte. Como la estructura principal realiza una simulación del proceso de construcción 4D, el sistema de soporte también puede realizar una simulación dinámica 4D del proceso de construcción. A diferencia de la simulación dinámica 4D de la estructura principal, el sistema de soporte solo tiene dos procesos de montaje y desmantelamiento, la duración del proceso es corta y es un componente sólido temporal. Por lo tanto, durante el período desde el montaje hasta el desmontaje del sistema de soporte, no es necesario utilizar diferentes colores para distinguir diferentes procesos, solo es necesario mostrar "existencia".
3) Análisis de seguridad del sistema de soporte. El análisis de seguridad específico del sistema de soporte incluye: primero, durante el proceso de simulación de construcción 4D del sistema de soporte, el sistema de soporte se puede derivar, calcular y analizar en cualquier momento del progreso de la simulación, es decir, de acuerdo con la construcción actual. Situación de simulación de progreso, el soporte del sistema de soporte. El modelo de cálculo se construye en función de las condiciones, las condiciones de carga del sistema de soporte, etc., y las propiedades de ingeniería de los componentes de soporte se toman en consideración de acuerdo con el modelo de análisis. algoritmo de exportación [20], el modelo y los datos para el cálculo y análisis de elementos finitos se exportan automáticamente y se almacenan en un archivo de texto o base de datos. Luego, a través de la interfaz de datos, el modelo y los datos exportados se importan al sistema de análisis estructural para calcular y analizar el desempeño de seguridad del sistema de soporte en ese punto. Entre ellos, ya que el factor que domina la seguridad del sistema de soporte es. pandeo local o pandeo global, es necesario calcular el desempeño de seguridad del sistema de soporte de acuerdo con la forma estructural del sistema, se realiza un análisis de pandeo adicional en el sistema de soporte para obtener la carga de pandeo crítica. Los resultados del cálculo y análisis, es decir, datos tales como tensión, deformación, desplazamiento y carga crítica de pandeo en ese momento, se pueden proporcionar al diseñador del sistema de soporte en forma de un archivo intermedio, o se pueden devolver a el modelo de información de seguridad de la construcción 4D a través de la interfaz de datos para el análisis 3D La expresión dinámica de la imagen. Finalmente, a través del modelo de análisis y evaluación de seguridad del sistema de soporte, se pueden calcular los indicadores de desempeño de seguridad del sistema de soporte en ese momento, y se puede realizar la evaluación del desempeño de seguridad y el pronóstico de alerta temprana.
4 Ejemplos de aplicación
El contorno exterior del primer piso de un determinado proyecto se muestra en la Figura 7(a). Debido a la gran luz, se divide en ocho áreas A1. -A8. El diseño de parámetros del sistema de soporte se muestra en la Figura 7 (b), y los puntos de disposición de soporte calculados en función del contorno del piso en el área A1 se muestran en la Figura 7 (c), donde el cuadro de puntos interior representa el contorno exterior de el encofrado simplificado. El resultado del modelado 3D del sistema de soporte se muestra en la Figura 7 (d). Después de la detección de colisión con la estructura original, el modelo final después de eliminar las unidades en conflicto se muestra en la Figura 7 (e). Durante el proceso de simulación de construcción 4D del sistema de soporte, después de exportar el modelo de análisis basado en el punto de tiempo especificado (cuando el sistema de soporte del primer piso soporta la construcción de las estructuras del primer y segundo piso), los resultados del cálculo en ANSYS son se muestra en la Figura 8. Entre ellos, los resultados muestran: 1) La deformación por desplazamiento máxima ocurre en el medio del encofrado en el borde, y su valor de desplazamiento es de solo 1,7 mm, que está dentro del rango seguro 2) La tensión de tracción axial y la tensión de compresión son; 1,37 MPa y 17,9 MPa respectivamente, ambos muy alejados entre sí, menos que el límite elástico del material de soporte Q235 (210 MPa). Según el método de análisis de pandeo de valores propios, se resuelve el modo de pandeo de la estructura del sistema de soporte. Entre ellos, los modos de pandeo de primer y sexto orden y las correspondientes cargas críticas de Euler se muestran en la Figura 9. Los resultados muestran que bajo la estructura del sistema de soporte actual, la carga crítica mínima de Euler ocurre en el primer modo de pandeo, y sus valores de tensión de tracción y tensión de compresión son ambos de 428 MPa. De acuerdo con los resultados de la solución, se extraen las siguientes conclusiones: 1) La tensión y el desplazamiento están dentro de un rango seguro 2) La carga de Euler excede la carga elástica del material de la varilla de soporte;
Por lo tanto, el sistema de soporte se encuentra en un rango seguro. 5 Conclusión En vista de las deficiencias y limitaciones de los métodos de análisis de seguridad del sistema de soporte existentes durante el período de construcción, se introdujeron la tecnología 4D y BIM para establecer un modelo de información de seguridad de construcción 4D, que mejoró el método tradicional desde dos aspectos: primero, según el piso de la estructura principal La función de contorno establece rápidamente un modelo 3D del soporte y la plantilla, y elimina los componentes de soporte en conflicto mediante la detección de colisiones, mejorando así el método de modelado 3D del sistema de soporte, mejorando en gran medida la eficiencia de modelado del sistema de soporte y proporcionando una base para establecer un modelo de cálculo preciso; en segundo lugar, extrae automáticamente la estructura principal relevante y la información de construcción del modelo de información de seguridad de la construcción 4D y genera automáticamente el sistema de estructura de soporte y el modelo de cálculo que cambia con el progreso a través de la simulación de progreso 4D, que puede ser Se utiliza directamente para el cálculo del rendimiento mecánico y el análisis de estabilidad, lo que reduce en gran medida la carga de trabajo de modelado y procesamiento de datos necesarios para respaldar el análisis del sistema y mejora la precisión y eficiencia del análisis de seguridad.
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