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基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统集成方法研究

熊帅  
【摘要】:高铁客站站房、站台雨棚多采用大型化、复杂化的大跨度空间钢结构形式,造成了监测系统复杂、监测数据海量等问题。如何对海量监测数据进行充分利用并及时准确地交互、解析及显示,已成为亟待解决的问题。本文针对大跨度空间钢结构结构特点以及BIM技术在信息集成化、三维可视化等方面的优势,提出基于BIM平台的大跨度空间钢结构健康监测系统的集成方法。在此基础上,分别针对监测信息数据库集成、监测信息可视化、BIM模型与有限元模型信息交互和监测数据解析四个方面开发健康监测功能模块,具体开展以下工作:(1)以海口东站大跨度空间钢结构为实际工程背景,利用SAP2000分析了共83个工况下该结构的静力和动力特征,研究并建立了一套该结构的健康监测系统。此外,以理论最不利工况响应值及设计规范限值作为预警阈值的设立依据,提出了根据杆件类型进行预警的方法。(2)建立针对大跨度空间钢结构的数据库系统,将数据库监测信息与BIM模型集成,利用RevitAPI对监测信息可视化各功能模块进行开发,分别为传感器测点查询、监测数据查询、监测曲线显示、实时自动预警和后台管理模块。(3)利用SAP2000API和RevitAPI对有限元软件与BIM软件数据交互功能进行开发,结合集成化的监测信息数据库对结构进行有限元实时分析;此外,为解决上述功能通用性不强的问题,开发BIM模型与SAP2000结构模型转换接口并基于海口东站项目验证该转换接口的可行性与准确性,实现BIM模型杆件与结构分析模型杆件之间的自动映射。(4)以港珠澳大桥珠海公路口岸钢网架屋盖结构的温度、应变实测数据为实际工程背景进行监测数据解析研究,利用BP神经网络模拟杆件温度和应变变化的非线性关系从而实现大跨度空间钢结构温度效应预测和风荷载识别。最后利用Matlab接口,开发基于BIM平台的神经网络程序,提供自定义神经网络训练操作界面,可用于大风环境下重点待检测杆件的确定,指导监测人员对结构进行检修。


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