4D 기술 건물 건설의 안전성을 고려하면?

건물 건설 과정에서는 건설 중인 구조물과 구성 요소의 기하학, 크기 및 위치의 정확성과 건설 중 건물 구조의 안전성을 보장하기 위해 임시 지지 시스템을 구축해야 합니다. 건설 과정. 지지 시스템은 두 부분으로 구성됩니다. 한 부분은 콘크리트 구조물 또는 구성 요소의 외부 모양과 기하학적 치수를 형성하는 거푸집이고, 다른 부분은 거푸집의 설계 위치와 높이를 보장하는 지지대와 연결부입니다. 지지 시스템은 건설 기간 동안 하중을 지탱하는 구조 시스템의 구성 요소로서 거푸집의 자중, 철근 및 콘크리트 및 기타 자재의 ​​무게, 활주로 등 건설 ​​과정에서 다양한 하중을 견뎌냅니다. 운송차량과 건설인력의 하중, 콘크리트 타설 시 진동하는 기계 등의 진동력은 빈번한 건설사고의 원인 중 하나입니다. 우리나라 건설사업에서 건설기간 중 지원체계의 붕괴는 늘 건설안전사고의 큰 부분을 차지해 왔으며, 인명피해가 수시로 발생하고 있다.

통계에 따르면 2002년부터 2005년까지 우리나라에서 발생한 6건의 지원체계 붕괴사고 중 사고의 주요 원인은 지원불안이나 전반적인 불안정이었다. 2006년 심양 음악원 분교 건설현장에서 발생한 '519' 거푸집 붕괴사고로 인해 6명이 사망하고 18명이 부상당했으며, 특히 공사 중 지지시스템의 안전계산을 소홀히 하는 심각한 문제가 드러났다. 그 이유는 지지 시스템의 공간 분석 및 모델링이 매우 번거롭고, 지지 시스템의 궁극적인 안정 지지력에 대한 기존 계산 및 분석 방법에는 몇 가지 한계가 있으며 특수 공간 구조의 메커니즘을 완전히 반영하지 못하기 때문입니다. 지원 시스템 [3], 따라서 컴퓨팅 이론과 방법의 보편적 적용에 큰 영향을 미칩니다.

이 기사에서는 건설 중 지원 시스템의 안전 분석 분야에 4D 기술과 BIM을 도입하여 4D 건설 안전 정보 모델을 구축함으로써 지원 시스템과 4D 건설 정보를 동적으로 연결하여 신속하게 3D를 구축합니다. 지원시스템의 모델을 생성하고, 공정, 자재, 구조부재 등 현재의 시공진행 및 시공정보를 기반으로 진행에 따라 변화하는 지원시스템의 안전해석 모델을 자동으로 생성하여 기계적인 작업을 단순화합니다. 지원 시스템의 프로세스를 분석하고 계산 정확도와 효율성을 향상시킵니다. 이 기사에서 제안된 방법은 지원 시스템의 분석 및 계산을 위한 새로운 방법을 제공합니다.

14D 건설 안전 정보 모델 도입

1.1 기존 지원 시스템 계산 방법

지원 시스템의 구조적 특성에 따르면 구조 계산 방법은 주로 다음과 같습니다. 랙 모델 [4]과 프레임 모델 [5-6]의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 전자는 그림 1(a)와 같이 지지 시스템이 상단과 하단이 힌지로 연결된 다층 프레임이라고 생각합니다. 그 안정성 분석은 양쪽 끝이 힌지로 연결된 동일한 기둥의 안정성 문제로 단순화될 수 있습니다. 모델을 직관적으로 반영합니다. 높이가 높아질수록 프레임의 안정적인 지지력이 감소합니다. 그러나 자체 평면 내 랙의 하중 지지력과 강성은 상대적으로 큰 반면, 랙 사이의 하중 지지력은 약합니다. 대조적으로, 프레임 모델은 거푸집 지원 시스템의 공간적 관계와 구조적 현실에 더 가깝습니다. 문헌[7]에서는 위의 두 모델을 특성, 적용성, 정확성 등의 측면에서 분석, 비교하고 최종적으로 지지시스템 분석에 프레임 모델을 사용할 것을 권장하고 있다. 그러나 실제 계산 및 해석에 있어서 수립된 골조모델은 지지시스템과 주요구조물 간의 관계를 고려하지 않은 이상적인 모델인 경우가 많으며, 시공 시 실제 지지상황과 달라 부정확한 계산이 발생하는 경우가 많다. 브레이싱 시스템 구조 계산의 또 다른 중요한 구성 요소는 건설 하중 계산입니다. 건설기간 동안 건물의 구조적 형태와 응력모드는 사용기간과 매우 다르기 때문에 사용기간과 다른 건설기간 동안의 구조하중을 산정할 필요가 있다. 하중 값은 일반적으로 "건축 구조물에 대한 하중 코드"(GB50009-2001) [8]를 참조하여 결정됩니다. 1) 거푸집 지지 시스템 및 새로 타설된 철근 콘크리트의 자중; 건설 인력 및 장비 3) 콘크리트 바닥 슬래브의 건설 하중 4) 콘크리트 보 등의 건설 하중 본 연구에서는 이를 부하 계산의 기초로 사용한다.

1.2 기존 방법의 한계

위에서 언급한 기존 지원 시스템 계산 방법은 지원 시스템의 특수한 임시 구조에 대한 건물 건설 과정의 지원 동작을 평가할 수 있으며, 대체로 건설 과정에서 구조 및 지원 시스템 자체의 안전을 보장합니다. 그러나 이 계산 방법은 실제 적용에 있어서 큰 한계를 가지고 있으며, 이는 현재의 해석 방법이 건설 과정에서 지지 시스템에 대한 지속적인 동적이며 정확한 안전 분석을 수행하기 어렵게 만들어 실제 지원 시스템의 안전성 검증을 크게 제한합니다. 애플리케이션. 이러한 제한 사항은 주로 다음 측면에 반영됩니다.

1) 지원 시스템 모델링이 어렵습니다.

지지봉과 거푸집은 위치를 찾기 어렵고 그 수가 많기 때문에 지지봉과 거푸집의 모델링 작업량이 많고, 전체 지지시스템의 모델을 구축하는 것은 더욱 어렵다.

2) 정확한 계산 모델을 수립하기가 어렵습니다. 지지 시스템의 설계는 건물의 주요 구조와 밀접한 관련이 있어야 합니다. 그러나 실제 프로젝트에서는 건설 계획 단계에서 지원 시스템 설계가 수행되며, 계산 모델 설정은 건물 구조 설계와 독립적입니다. 한편, 시공 과정에서 설계 변경 및 시공 방법 변경이 자주 발생하며, 이로 인해 지지 시스템의 로드와 주요 구조물 사이의 충돌 및 충돌이 발생할 수 있습니다. 실제 시공과정에서 구조부재와 충돌하는 지지봉은 무시되고 세워지지 않는 경우가 많아 실제 지지시스템과 계산모델 사이에 큰 격차가 발생하여 안전해석의 정확성에 영향을 미치게 된다.

3) 계산 모델은 실시간으로 변경할 수 없습니다. 설계가 변경되거나 건설계획이 수정되면 이에 따라 지원시스템 모델, 하중효과 등을 포함한 지원시스템의 분석 및 계산 모델도 변경되어야 합니다. 위의 두 가지 제한 사항으로 인해 계산 모델을 실시간으로 변경하려면 엄청난 작업량이 발생하며 이는 실제 엔지니어링에서는 구현할 수 없습니다.

1.3 기존 방식 개선을 위한 4D 기술과 BIM 도입

4D 모델은 3차원 모델에 시간 요소를 추가해 형성된 시공간 모델로 처음 개발됐다. CIFE 연구소는 1996년에 미국 스탠포드 대학에 의해 제안되었다[9]. 4D 기술은 4D 모델을 기반으로 한 정보 기술로, 모델의 형성 과정을 동적 3D 그래픽으로 표현하여 전체 이미지 진행 과정을 제어하고 동적으로 관리하는 것이 목적입니다. 현재 4D 기술은 건물 건설 시뮬레이션[10], 건물 건설 관리[11], 자산 관리[12] 등 건설 ​​분야의 여러 측면에 점진적으로 적용되고 있습니다. CommonPoint Project4D와 같은 4D-CAD 관련 상용 소프트웨어 4DSuite도 점차 시장에 출시되고 있습니다[13]. BIM은 건설 프로젝트의 전체 수명 주기에 걸쳐 설계, 건설, 사용 및 유지 관리의 각 단계에서 데이터, 프로세스 및 리소스를 연결할 수 있는 지능형 3D 모델입니다. 물체. 칭화대학교의 이 연구 그룹은 오랫동안 건설 자원, 비용 분석, 현장 레이아웃 등과 같은 건설 관리 요소를 결합하고 확장된 4D 건설 관리 모델 4DSMM++[14]을 제안하여 4D 기술 연구에 전념해 왔습니다. 건설 프로젝트를 위한 4D 건설 관리 시스템(4D-GCPSU)을 개발합니다. 이를 바탕으로 BIM 연구와 결합하여 하위정보모델(sub-BIM) 개념을 제안하고, 4D 기술을 기반으로 건설공정 안전분석을 지향하는 4D 건설안전정보모델을 구축하였다. 본 서브BIM은 3D 모델정보를 기반으로 시간요소(시공계획 또는 실제 진행정보)를 추가하고, 시공과정의 안전해석과 관련된 자원, 현장, 자재, 하중 등의 설계 및 시공정보를 담고 있습니다. , 공정 시간에 따라 변하는 구조물의 안전 분석에 적용됩니다 [15].

시공기간 중 지지시스템의 구조형태와 하중효과는 시간에 따라 변하기 때문에 4차원 건설안전정보모델과 함께 '기하학적 모델+시간' 통신모델이 있다. 안전 정보 모델 모델은 지원 시스템 안전 분석에 도입되어 진행 상황에 따라 변경되는 시스템 모델을 제공하고 전체 프로세스 분석에 대한 완전한 데이터 지원을 제공하여 분석 프로세스를 크게 단순화하고 계산 정확도를 향상시키며 지속적인 실현을 가능하게 합니다. 동적 지원 시스템 안전 분석을 제공하고, 건설 기간 동안의 안전 분석을 제공하여 실제 적용이 가능한 방법과 방법을 제공합니다. 구체적으로 4D 건설안전정보모델 기반 지원시스템 안전분석은 다음과 같은 특징을 갖는다.

1) 4D 건설안전정보 모델에 포함된 건축물 구조의 3D 솔리드 모델을 기반으로 추가적인 지원을 제공한다. 설계 매개변수는 자동으로 지지대 및 템플릿의 3D 모델을 구축하고 건물 구조 모델과의 충돌 감지를 수행하여 공간 충돌이 있는 지지 레이아웃 지점을 자동으로 식별하고 제거함으로써 지지 시스템 계산 모델의 빠르고 정확한 모델링을 달성할 수 있습니다.

2) 4D 건설 안전 정보 모델을 기반으로 거푸집 및 지지대 건립, 타설 등 공정에 따라 변화하는 지지 시스템의 실제 상태와 구조적 시공 과정을 4D 건설 공정 시뮬레이션으로 동적으로 표현할 수 있습니다. 콘크리트, 거푸집 해체 및 지지대 등 지지시스템의 구조적 형태, 지지시스템이 받는 건설하중 등 동적 응력조건을 반영하여 언제든지 지지시스템의 계산모델을 자동으로 생성할 수 있는 시스템 , 진행에 따라 변화하는 지지 시스템의 응력 조건 및 안정성을 분석하는 데 사용할 수 있습니다.

3) 건설 계획이 조정되면 4D 건설 안전 정보 모델이 변경되고 그에 따라 자동으로 조정되므로 지원 시스템 계산 모델이 실제 건설 상황과 일치하도록 보장되며 별도의 조치를 취할 필요가 없습니다. 데이터를 다시 입력하세요.

4) 4D 건설 안전 정보 모델에 포함된 관련 정보를 획득하고, 다양한 건설 작업에 대한 지원 시스템의 기계적 분석, 성능 검증 및 안전 식별을 수행하고, 해당 안전 지표 및 평가 시스템을 구축하고, 건설 기간 동안의 지원 시스템에 대한 안전성 분석 및 평가.

2 4D 건설 안전 정보 모델 기반 지원 시스템

3D 모델링 기존의 수동 3D 모델링 방식은 이러한 구성 요소를 구축하기 위해 많은 반복 작업이 필요하며, 이는 시간 소모적이고 노동력이 많이 소요됩니다. - 집약적이며 비효율적입니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 4D 건설안전정보모델을 기반으로 목재 거푸집과 강관 체결식 바닥 전체 지지대로 구성된 프레임 지지 시스템과 건물 바닥의 외부 윤곽 특성 및 관련 정보에 중점을 두고 있다. 추출하고 단순화된 자동 방식을 사용하여 3D 지지대 및 거푸집 모델을 구축하고, 건물 구성 요소와의 충돌 감지 시 자동 생성 알고리즘에서 불합리한 레이아웃 지점을 제거하여 지지 시스템의 신속한 모델링을 달성합니다. 지지 시스템의 신속한 모델링 알고리즘에는 지지봉 모델링과 템플릿 모델링이라는 두 가지 측면이 포함됩니다. 그 중 바닥의 외곽 윤곽이 불규칙한 다각형으로 구성될 수 있다는 점을 고려하여, 템플릿의 모델링은 1) 실제 바닥 윤곽을 기반으로 한 모델링(실물 형상 모델링이라 함), 2) 두 가지 방법으로 나누어진다. 지지점을 기반으로 한 모델링 단순화 모델링.

2.1 지지 부재의 3D 모델링

본 연구에서는 AutoCAD 플랫폼에서의 2차 개발을 통해 지지 부재의 신속한 모델링을 달성합니다. Rapid Modeling[16]의 핵심 알고리즘 흐름은 수평 및 수직 지지부재가 직각으로 배열되고 수평 및 수직 방향 사이의 간격이 고정되어 있다고 가정한 후 1) 바닥 윤곽선에 따라 외부 직사각형 프레임을 계산하는 것입니다. 2) 지지 간격 및 기타 매개변수를 기반으로 가능한 레이아웃 지점을 결정합니다. 3) 각 지지 지점이 바닥 윤곽선 내에 있는지 확인하고 윤곽선 외부의 레이아웃 지점을 제거합니다. 자격을 갖춘 지지점 막대에 따라. 알고리즘 흐름은 그림 2에 나와 있습니다.

2.2 거푸집의 3D 모델링

거푸집의 3D 모델을 구축하기 위해 실제 형상 모델링 방법을 사용하여 거푸집의 윤곽선이 거푸집의 윤곽선과 동일해야 합니다. 콘크리트 바닥 슬래브가 지지하고 제어합니다. 이를 기반으로 지원 간격 및 위치 매개 변수를 기반으로 구축된 지원 3D 모델을 기반으로 좌표 평면을 템플릿 범위 내에 투영하고 내부 점을 사용하여 내부 점 제약 조건으로 원래 다각형 템플릿을 메시합니다. 이 경우 내부 구속점의 위치를 ​​예측할 수 없기 때문에 불규칙한 템플릿 윤곽은 극도로 불규칙한 모양의 그리드로 쉽게 이어질 수 있으며, 이는 유한 요소 계산의 수렴과 정확성에 영향을 미치고 심지어 계산을 수행할 수 없게 될 수도 있습니다. 상태. 따라서 실제 바닥슬라브의 윤곽을 기반으로 템플릿을 설정하는 방식은 다양한 형상의 템플릿에 보편적으로 적용할 수 없으며, 자동 컴퓨터 인식 및 모델링에도 적합하지 않다. 본 연구에서는 실제 형태의 템플릿 모델링 방법의 한계를 고려하여 지지점 단순화 기반의 템플릿 설정 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 지지점을 배치하면서 인접한 지지점 배치점을 자동으로 식별하고 인접한 지지점을 기준으로 템플릿을 정형의 직사각형 블록으로 분할하므로 유한 요소 계산 전에 향후 그리드 분할이 용이해집니다. 이 방법으로 구축한 거푸집과 경계지점 근처의 바닥슬래브 윤곽 사이에는 약간의 차이가 있지만 일반적으로 지지 간격이 크지 않기 때문에 차이 크기가 작아 제어 효과가 없습니다. 또한, 표준 직사각형 윤곽선은 메쉬 분할 시 구조 계산의 정확성을 어느 정도 향상시켜 부정확한 외관으로 인한 계산 오류를 보완할 수 있습니다. 일반적으로 지지점 단순화 방법을 기반으로 설정된 거푸집 개요는 건설 안전 분석의 정확성 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

2.3 지지체계 구축을 위한 지지대와 건물 구성요소의 충돌 감지

3D 모델링 과정에서 주요 구조 구성요소를 고려한 공간정보가 부족하여 충돌이 발생할 수 있음 , 지지대 및 기둥과 같은 벽 공간이 충돌합니다. 따라서, 확립된 지지 시스템 및 구조 구성요소의 3D 모델에 대해 충돌 감지를 수행하고 충돌하는 지지를 삭제하는 것이 필요합니다. 기존 충돌 감지 알고리즘은 크게 계층적 경계 상자 방식과 공간 분해 방식의 두 가지 범주로 구분됩니다[17]. 그 중 계층적 경계 상자 방법은 단순한 기하학적 특성을 갖는 경계 상자를 사용하여 복잡한 기하학적 객체를 대략적으로 설명하고 트리와 같은 계층 구조를 구성하여 객체의 기하학적 모델에 점점 더 가까워집니다[18].

공간 분해 규칙은 가상 공간 전체를 동일한 부피의 셀로 나누고, 동일한 셀이나 인접한 셀을 차지하는 기하학적 객체에 대해서만 교차 테스트를 수행하는 것입니다. 이 두 방법의 주요 차이점은 전자는 충돌 객체를 처리하는 반면 후자는 가상 공간을 분할한다는 것입니다. 특히, 지지대와 주요 건물 구성 요소의 충돌 감지에서는 고체 공간의 위치가 변하지 않으므로 감지를 위해 계층적 경계 상자 방법을 적용하는 것이 더 효율적입니다. 그러나 전통적인 계층적 경계 상자 방법은 지지대와 구성 요소의 충돌 감지에 특정 제한이 있습니다. 1) 건물 구성 요소의 수가 많기 때문에 각 구성 요소는 여러 표면으로 구성되어 세부 구성 요소의 "계층적" 분석이 발생합니다. 2) 3D 모델링 과정에서 건물 구성 요소 자체는 보와 기둥의 축 교차점 등 어느 정도 합리적인 교차점을 가지게 됩니다. , 빔과 기둥은 필연적으로 "충돌"할 것이며 실제로는 합리적입니다. 지지체와 거푸집의 충돌, 지지체와 빔의 충돌도 마찬가지다. 3) 3D 구성요소의 공간적 위치는 시간이 지나도 변하지 않기 때문에 검출력이 크게 향상될 가능성도 있다. 알고리즘의 효율성. 따라서 본 논문에서는 지지봉과 건물 구성요소 간의 충돌 감지의 특수한 적용을 위한 "축 계층적 경계 상자-표면" 충돌 감지 알고리즘을 제안합니다. 이 알고리즘은 기존의 계층적 경계 상자 방법의 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 알고리즘에서는 충돌 감지의 주요 대상으로 지지대 3D 모델을 대체하기 위해 지지대의 축을 먼저 추출합니다. 그림 3에 표시된 대로 수직 지지대 A, B, C, D가 4개 있습니다. 그리고, 각 주 객체(즉, 지지대의 축)와 대상 객체(즉, 주요 구조 구성요소)의 경계 상자의 교차점 검출을 통해 객체 간의 교차 관계를 대략적으로 판단할 수 있습니다. 대략적인 판단 결과가 "충돌"인 경우 주 물체와 교차 대상 물체의 각 표면의 교차점이 계산됩니다. 계산 결과는 그림 P1, P2, P3 및 P4에 표시됩니다. 마지막으로 교차점과 대상 객체의 교차 표면 사이의 관계를 결정합니다. 표면 내부에 있으면 주 객체가 대상 객체(예: P2, P3, P4)와 충돌합니다. 표면 또는 표면 경계(예: P1)에는 충돌 충돌이 없습니다. 알고리즘 흐름은 그림 4에 나와 있습니다.

2.4 지지 시스템의 3D 모델링 전체 프로세스 지원 시스템

3D 모델링의 전체 프로세스는 다음과 같습니다. 지지점을 직교 배열로 단순화하고 수평 및 수직 방향 간격 먼저 폴리라인으로 구성된 외곽선을 기반으로 외부 직사각형 프레임을 생성한 다음 지지 간격 및 기타 정보를 기반으로 가능한 지지점을 결정하고 알고리즘에 따라 외곽선 외부의 점을 제외합니다. 수직 지지대의 위치를 ​​결정하기 위해 점이 다각형 레이아웃 점 내에 위치하는지 여부를 결정하는 그래픽입니다. 수평 지지대는 수직 간격에 따라 인접한 두 배치 지점에서 동일한 간격으로 배치됩니다. 마지막으로 레이아웃 포인트를 기반으로 템플릿 3D 모델이 생성됩니다. 모델링 과정과 실제 템플릿과 단순화된 템플릿 간의 비교는 그림 5에 나와 있습니다.

3 4D 건설 안전 정보 모델을 기반으로 한 지원 시스템의 안전 분석

3.1 공정에 따른 지원 시스템 및 하중 효과

시공 과정에서 영향이 미치는 영향 지지대 및 거푸집의 저항은 시간이 지나도 변하지 않지만, 지지 시스템의 구조적 형태와 지지 시스템이 받는 하중은 시공 과정에 따라 크게 영향을 받습니다. 따라서 구조 계산의 정확성을 보장하기 위해 지지 시스템의 안전 해석에서 이를 고려해야 합니다. 가로 바닥 슬래브와 보의 건설을 예로 들면, 건설 과정에는 주로 지지 시스템 건립, 철근 묶기, 콘크리트 타설 및 지지 시스템 해체가 포함됩니다. 그 중 설치 및 해체 과정은 지지 시스템 계산의 구조 모델에 영향을 미치며, 이는 지지 구성 요소가 구조 계산에 참여하는지 여부의 기초가 됩니다. 철근 결속 및 콘크리트 타설 단계에서 4차원 건설안전정보모델을 통해 시공과정과 관련된 건축자재의 부피, 밀도, 재질 등의 정보를 획득하여 구조자재의 자중 및 자중을 자동으로 계산하고, 지지 시스템이 부담하는 건설 하중을 기준으로 하중 코드 또는 문서 [8]를 표준 값 또는 설계 값으로 변환하여 지지 시스템 구조 계산을 위한 하중 값으로 사용합니다.

3.2 지지시스템의 4차원 구조계산 모델

지지시스템의 구조계산은 경량화된 프로그램을 컴파일하여 수행할 수 있으나 안전해석까지 확장될 것으로 생각된다. 본 연구에서는 향후 주요 시변 구조의 요구 사항을 결합하여 지원 시스템의 유한 요소 계산 플랫폼으로 ANSYS를 사용합니다. 그 중 지지봉은 일반적으로 단면이 대칭인 원형 강관을 사용하므로 시뮬레이션에는 빔 유닛 "BEAM188"을 사용할 수 있습니다. 동시에 수직지지와 측면지지의 연속성은 시뮬레이션에서 고려되지 않고 교차점(측면지지와 수직지지의 교차점, 측면지지와 측면지지의 교차점 포함)에서 단절된다. 지원), 계산을 위해 작은 단위로 나누어집니다.

또한 쉘 요소 "SHELL65"는 대면적 수평 거푸집을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있으며, 거푸집과 수직 지지대의 교차점에 따라 작은 거푸집 블록으로 나누어 시뮬레이션 계산을 수행합니다. 4D 시뮬레이션 과정에서는 임의의 시점을 지정한 후 현재 시공 구간의 공정 정보를 통해 어떤 지지대와 거푸집이 세워졌는지 판단하고, 지지 거푸집이 가정하는 구조와 지지 시스템 프레임을 판단한다. 모델과 해당 시점의 지원 시스템 프레임 모델이 자동으로 파생됩니다.

3.3 지지 시스템의 불안정성 분석

지지 시스템이 부담하는 하중이 특정 한계값에 도달하면 하중이 약간 증가하면 응력과 변형률이 비례적으로 크게 증가합니다. , 이러한 내부 저항의 급격한 붕괴는 좌굴 또는 불안정입니다. 위에서 언급한 바와 같이 시공과정에서 지지시스템의 안전문제는 지지불안정이나 전체적인 불안정으로 인해 주로 발생하므로 지지시스템의 안정성 해석을 어떻게 정확하고 편리하게 수행할 것인가가 시공과정에서의 안전해석의 초점이다. 유한요소를 사용하여 구조적 안정성 문제를 해결하는 방법에는 일반적으로 고유값 좌굴해석과 비선형 좌굴해석의 두 가지 방법이 있습니다[19].

1) 고유치 좌굴 해석.

고유값 좌굴 해석은 선형 좌굴, 즉 구조가 평형 상태에 있고 하중 증가분이 추적이며 변위 증가분이 크다는 것을 의미합니다. 수학적 변환을 통해 고유치 좌굴 해석은 행렬의 고유치 문제를 해결하는 것으로 변환됩니다. 이 방법은 이상적인 탄성구조의 이론적인 좌굴강도, 즉 오일러 임계하중을 예측하는데 사용됩니다. ANSYS의 고유값 좌굴 해석은 정적 방법에 따라 정적 해를 구하고, 좌굴 방법에 따라 고유값 좌굴 해를 구하고, 최종적으로 확장해 방법에 따라 확장 해를 구하는 세 단계로 구성됩니다.

2) 비선형 좌굴 해석.

비선형 좌굴 해석은 전체 프로세스 대변형 탄성-소성 유한 요소 방법에 속하며 하중(또는 변위)을 점진적으로 증가시킴으로써 장치의 강성 매트릭스가 지속적으로 수정됩니다(응력 및 변위 효과), 구조는 비선형 정적 분석을 거쳐 이를 기반으로 임계점을 찾습니다. ANSYS에서 비선형 좌굴 해석을 수행하려면 다음 단계만 추가하면 됩니다. 먼저 솔루션 속성에 고유값 좌굴 해석을 추가한 다음 호 길이 방법 추적 및 대변형 계산을 켜고 마지막으로 하중 적용을 단계별로 구현합니다. 해석 결과는 수동 개입 없이 내부 힘, 변위 및 변형의 최종 계산 결과에 자동으로 반영됩니다.

3.4 4D 건설 안전정보 모델 기반 지원 시스템 안전 분석 단계 및 프로세스

4D 건설 안전 정보 모델 기반 지원 시스템 안전 분석의 주요 단계는 다음과 같습니다. 4D 구축 안전 정보 모델 2) 시스템 구축 프로세스 시뮬레이션 지원 3) 시스템 안전 분석 지원

1) 4D 건설안전정보모델을 구축합니다. 건설 과정에서 지원 시스템의 안전 분석을 수행하기 위한 전제는 지원 시스템의 4D 건설 안전 정보 모델링입니다. 먼저, 바닥 슬래브의 윤곽에 따라 위의 3차원 모델링 방법을 적용하여 그림 6(a)와 같이 지지시스템의 3차원 모델을 생성한다. 그런 다음 그림 6(b)와 같이 지지 부재와 구조 부재에 대한 충돌 감지를 수행하여 충돌하는 지지를 제거합니다. 그런 다음 지원 시스템의 3D 모델을 WBS 프로세스 노드와 연결하여 3D 모델과 WBS 프로세스 간의 4D 연결을 실현하고 지원 속성, 재료 속성을 포함하여 지원 시스템 구성 요소(예: 지원 시스템 구성 요소 및 템플릿)에 엔지니어링 속성을 할당합니다. 및 프로세스 기반 부하 효과. 이러한 속성은 그림 6(c)와 같이 지원 엔터티인 통합 개체를 통해 연결되고 관리됩니다. 그림 6 지원 시스템의 4D 건설 안전 정보 모델링Fig.64D 비계 시스템의 건설 안전 정보 모델링

2) 지원 시스템의 4D 건설 프로세스 시뮬레이션. 주요 구조물이 4D 건설 프로세스 시뮬레이션을 수행하므로 지원 시스템도 건설 프로세스의 4D 동적 시뮬레이션을 구현할 수 있습니다. 주요 구조물의 4D 동적 시뮬레이션과 달리 지지 시스템은 설치와 해체의 두 가지 프로세스만 갖고 있으며 프로세스 기간이 짧고 임시 견고한 구성 요소입니다. 따라서 지지시스템의 건립부터 해체까지의 기간 동안에는 다양한 색상을 사용하여 다양한 공정을 구분할 필요가 없고 단지 '존재'만 보여주면 됩니다.

3) 시스템 보안 분석을 지원합니다.

지원 시스템의 구체적인 안전 분석에는 다음이 포함됩니다. 첫째, 지원 시스템의 4D 건설 시뮬레이션 프로세스 중에 시뮬레이션 진행 중 언제든지, 즉 현재 건설에 따라 지원 시스템을 도출하고 계산하고 분석할 수 있습니다. 진행 시뮬레이션 상황, 지지 시스템의 지지 지지 시스템의 조건, 하중 지지 조건 등을 기반으로 계산 모델을 구성하고 분석 모델에 따라 지지 구성 요소의 엔지니어링 특성을 고려합니다. 내보내기 알고리즘[20]에서는 유한 요소 계산 및 분석을 위한 모델과 데이터가 자동으로 내보내지고 중간에 텍스트 파일이나 데이터베이스에 저장됩니다. 그런 다음 데이터 인터페이스를 통해 내보낸 모델과 데이터를 구조 분석 시스템으로 가져와 해당 시점의 지원 시스템의 안전 성능을 계산하고 분석합니다. 그 중 지원 시스템의 안전성을 지배하는 요소는 다음과 같습니다. 국부좌굴 또는 전역좌굴에 따른 지지시스템의 안전성능을 계산하는 것이 필요하며, 시스템의 구조적 형태에 따라 지지시스템에 대해 추가적인 좌굴해석을 수행하여 임계좌굴하중을 구한다. 계산 및 해석의 결과, 즉 해당 시점의 응력, 변형률, 변위, 좌굴 임계하중 등의 데이터는 중간 파일 형태로 지지시스템 설계자에게 제공되거나, 3D 분석을 위한 데이터 인터페이스를 통한 4D 건설안전정보 모델 이미지를 역동적으로 표현합니다. 마지막으로 지원시스템의 안전분석 및 평가모델을 통해 해당 시점의 지원시스템의 안전성과지표를 산출하고, 안전성과평가 및 조기경보 예측을 수행할 수 있다.

4 적용 예

특정 프로젝트의 1층 외부 윤곽은 그림 7(a)에 표시되어 있습니다. 넓은 범위로 인해 A1 영역은 8개로 구분됩니다. -A8. 지지시스템의 매개변수 설계는 그림 7(b)에 나타나 있으며, A1 영역의 바닥 윤곽선을 기준으로 계산된 지지배치점은 그림 7(c)에 나타나 있으며, 내부 점선 상자는 A1 영역의 외부 윤곽선을 나타낸다. 단순화된 거푸집. 지지 시스템의 3D 모델링 결과는 그림 7(d)와 같다. 원래 구조와의 충돌 감지 후 충돌하는 단위를 제거한 최종 모델은 그림 7(e)와 같다. 지지 시스템의 4D 시공 시뮬레이션 과정에서 지정된 시점(1층 지지 시스템이 1층과 2층 구조물의 시공을 지원하는 시점)을 기준으로 해석 모델을 내보낸 후 ANSYS에서 계산 결과는 다음과 같습니다. 그림 8에 나와 있습니다. 그 중 결과는 다음과 같습니다. 1) 최대 변위 변형은 가장자리의 거푸집 중앙에서 발생하며 변위 값은 1.7mm에 불과하며 이는 안전 범위 내에 있습니다. 2) 축 인장 응력과 압축 응력은 다음과 같습니다. 각각 1.37MPa와 17.9MPa로 서로 멀리 떨어져 있으며 지지재 Q235(210MPa)의 항복 응력보다 작습니다. 고유값 좌굴 해석 방법에 따라 지지 시스템 구조의 좌굴 모드가 해결됩니다. 그 중 1차 및 6차 좌굴 모드와 해당 오일러 임계 하중이 그림 9에 나와 있습니다. 결과는 현재 지지 시스템 구조에서 첫 번째 좌굴 모드에서 최소 오일러 임계 하중이 발생하고 인장 응력과 압축 응력 값이 모두 428MPa임을 보여줍니다. 솔루션 결과에 따르면 다음과 같은 결론이 도출됩니다. 1) 응력과 ​​변위가 모두 안전한 범위 내에 있습니다. 2) 오일러 하중이 지지 막대 재료의 항복 하중을 초과합니다. 따라서 지원 시스템은 안전한 범위에 있습니다. 5 결론 기존 지원시스템의 건설기간 안전분석 방법의 단점과 한계를 고려하여 4D 기술과 BIM을 도입하여 4D 건설안전정보모델을 구축하였으며, 이는 두 가지 측면에서 전통적인 방법을 개선하였다. 주요 구조 바닥 윤곽 기능은 지지대와 템플릿의 3D 모델을 신속하게 구축하고 충돌 감지를 통해 충돌하는 지지 구성 요소를 제거함으로써 지지 시스템의 3D 모델링 방법을 개선하고 지지 시스템의 모델링 효율성을 크게 향상시키며 기반을 제공합니다. 둘째, 4D 건설안전정보 모델로부터 관련 주요구조물 및 시공정보를 자동으로 추출하고, 4D 진행시뮬레이션을 통해 진행에 따라 변화하는 지지구조물 시스템 및 계산모델을 자동으로 생성하여 직접 활용이 가능합니다. 기계적 성능 계산 및 안정성 분석을 통해 시스템 분석을 지원하는 데 필요한 모델링 및 데이터 처리 작업량을 크게 줄이고 안전 분석의 정확성과 효율성을 향상시킵니다.

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