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《北京交通大学》 2019年
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悬索桥合拢段关键钢构件疲劳分析的BIM研究及应用

孙瑞志  
【摘要】:基于钢材本身的各种属性,钢结构在基础设施建设中被广泛应用,我们可以将其视为理想弹塑性体。钢材的工业化程度高,可以在工厂按照标准批量生产,它抗震性能、气密水密性好。但是钢材在极大地应力作用下容易发生屈服,对于小于屈服应力的反复荷载,钢材有可能发生疲劳破坏,极端情况下可能出现断裂。钢材的断裂与混凝土材料不同,由于塑性形变极小,在断裂前没有明显的破坏征兆,这样就很容易造成基础设施破坏,同时对交通运输造成破坏,严重影响社会财产和人生安全。目前我国的桥梁养护维修有如下现状:重建轻养;缺少对计阶段、施工阶段所积累信息的集成;巡检计划的制定以项目施工计划为依据,缺乏科学性;巡检养护较为被动,无法有效做出故障识别及预测。本文搜集了大量国内外资料文献,发现悬索桥的事故率在众多桥梁类型中居高不下,而其合拢段是悬索桥中非常重要的部分。本文借鉴现有BIM技术及疲劳剩余寿命研究成果,在悬索桥全生命周期中对主要钢构件进行疲劳分析和健康管理。在BIM建模阶段,对不同部位不同构件的模型精细度进行规划设计;在施工和运营阶段,针对合拢段主要钢构件应力强度因子的解析解进行优化,并利用有限元软件进行裂纹扩展模拟,利用分析结果对疲劳断裂进行预测,并通过BIM技术进行管理。以某悬索桥合拢段为研究对象,根据施工阶段和运营阶段悬索桥的受力情况选择不同构件进行研究。通过信息收集、过滤、处理对故障进行诊断,并利用参数优化的Paris公式计算剩余寿命,并将分析处理后的信息上传至平台,最后通过BIM平台进行辅助管理。论文主要进行了如下内容的研究工作:1.利用BIM技术对建筑全生命周期管理进行设计规划,得出设计阶段、施工阶段、运营维护阶段的BIM管理路线。2.在BIM模型设计阶段,根据BIM应用总体规划对合拢段主要钢构件的模型精细度进行规划,以方便施工运营阶段模型应用。3.在施工阶段,对出现裂纹的悬索桥合拢段承重钢板进行疲劳分析,对应力强度因子进行优化,通过应力、位移分析进行验证,利用疲劳分析结果指导维修。4.在运营阶段,对出现裂纹的悬索桥合拢段吊杆进行屈服计算和疲劳分析,根据吊杆的几何特征,先对其几何修正参数进行计算,接着优化应力强度因子解析解并进行验证,将疲劳分析结果上传平台,指导维护计划的制定和现场维修。图53幅,表14个,参考文献70篇。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:U448.25

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