CN109583138B - 一种基于bim的串囊式充气锚杆设计系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，包括：模型参数输入模块，用于接收用户输入的锚杆尺寸信息和土体信息；模型构建模块，用于根据锚杆尺寸信息和土体信息，构建欲设计的串囊式充气锚杆的三维参数化模型；物理信息获取模块，用于接收用户输入的锚杆材料信息；参数分析模块，用于根据锚杆尺寸信息、土体信息、锚杆材料信息，计算出模型的极限承载力信息，并根据预设的判别公式判断极限承载力信息是否符合要求。通过本发明提供的串囊式充气锚杆设计系统，无需人工使用画图软件进行建模或参数分析，节省了人力物力，且大大提高了设计的效率。

Description

一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统

技术领域

本发明涉及锚杆设计领域，具体涉及一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统。

背景技术

随着我国经济的发展，基坑及地下工程趋于大型化和复杂化，对于锚杆的需求也日益增加。串囊式充气锚杆作为一种新型锚杆，可以有效提高工程效率，在大批量生产设计锚杆时，需要对锚杆进行设计以及分析，以保证设计出的锚杆符合工程要求。现有技术中。锚杆设计作为基坑工程重要组成部分，仍然沿用传统的二维设计方式，将理正软件嵌入到CAD中，作为基坑工程的辅助类设计软件，对其设计进行验算，使用这种基于CAD软件的设计过程，设计人员需要人工手绘锚杆的三维设计图，并且自行计算出所设计的锚杆的参数，使用起来程序复杂且容易出错，大大降低了工程的效率，且浪费人力和时间。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，无需人工使用画图软件进行建模，节省了人力物力，同时自动对模型进行参数分析，判断是否符合设计标准，无需人工进行计算，且大大提高了设计的效率。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，包括：

模型参数输入模块，用于接收用户输入的锚杆尺寸信息和土体信息；所述锚杆尺寸信息为欲设计的串囊式充气锚杆的尺寸参数；所述土体信息为欲埋设的土体的物理特性参数；

模型构建模块，用于根据所述锚杆尺寸信息和所述土体信息，构建欲设计的串囊式充气锚杆的三维参数化模型；

物理信息获取模块，用于接收用户输入的锚杆材料信息；所述锚杆材料信息为欲设计的串囊式充气锚杆的材料特性参数；

参数分析模块，用于根据所述锚杆尺寸信息、所述土体信息、所述锚杆材料信息，计算出所述模型的极限承载力信息，并根据预设的判别公式判断所述极限承载力信息是否符合要求。

进一步的，所述设计系统还包括钢筋截面积计算模块，用于根据所述极限承载力信息计算出钢筋设计所需的最小截面积信息。

进一步的，所述设计系统还包括模型修改模块，用于接收用户输入的修改后的所述锚杆尺寸信息和所述土体信息，并根据所述修改后的锚杆尺寸信息和土体信息生成新的三维参数化模型。

进一步的，所述设计系统还包括所述模型计算文档输出模块，用于将所述参数分析模块的处理结果填写入预先设置的文本模板并生成计算文档。

进一步的，所述锚杆尺寸信息包括普锚段长度、扩大头段长度、锚固段长度、锚固段直径。

进一步的，所述土体信息包括土层厚度、扩大头前端面被动土压力系数、扩大头前端面主动土压力系数、扩大头前端面静止土压力系数、扩大头向前位移时的侧压力系数、扩大头前端面土层粘聚力。

进一步的，所述锚杆材料信息包括普通段极限摩阻值、扩大头段极限摩阻值、锚杆刚度系数。

进一步的，所述参数分析模块包括：

抗力强度值计算单元，用于基于以下公式计算出所述模型的扩大头前端面竖直抗力强度值：

还用于基于以下公式计算出所述模型的扩大头前端面水平抗力强度值：

其中：P_UD为所述扩大头前端面竖直抗力强度值；P_AD为所述扩大头前端面水平抗力强度值；K_p为所述扩大头前端面被动土压力系数；K_o为所述扩大头前端面静止土压力系数；ξ为所述扩大头向前位移时侧压力系数；c为所述扩大头前端面土层粘聚力；h为所述土层厚度；γ为预设的上覆土重度；

极限承载力计算单元，用于基于以下公式计算出所述模型的扩大头锚杆水平极限承载力和扩大头锚杆竖直极限承载力：

其中：T_ak为所述扩大头锚杆水平极限承载力；T_uk为所述扩大头锚杆竖直极限承载力；L_d为所述普锚段长度；L_D为所述扩大头段长度；f_mg1为所述普通段极限摩阻值；f_mg2为所述扩大头段极限摩阻值；D₁为所述锚固段长度；D₂为所述锚固段直径；，K为预设的抗拔安全系数；

极限承载力分析单元，用于计算所述扩大头锚杆水平极限承载力和扩大头锚杆竖直极限承载力是否符合以下公式，若符合则判断所述模型为合格，否则判断为不合格：

T_uk≥N_k

T_ak≥N_k

其中N_k为预设的锚杆拉力标准值。

进一步的，所述钢筋截面积计算模块包括普通钢筋计算单元和预应力钢筋计算单元。

进一步的，所述普通钢筋计算单元，用于基于以下公式计算出普通钢筋设计所需的所述最小截面积信息：

所述预应力钢筋计算单元，用于基于以下公式计算出预应力钢筋设计所需的所述最小截面积信息：

其中：K_t为所述锚杆刚度系数，f_py为预设的预应力钢筋抗拉强度设计值，f_y为预设的普通钢筋抗拉强度设计值，A_s为普通钢筋设计所需的截面积，A_sy为预应力钢筋设计所需的截面积。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，用户只需通过模型参数输入模块输入必要的设计参数，模型构建模块即可生产锚杆的三维参数化模型，无需人工使用画图软件进行建模，节省了人力物力，同时通过参数分析模块进一步对模型进行参数分析，判断是否符合设计标准，无需人工进行计算，且大大提高了设计的效率。

附图说明

图1是本发明所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施方式公开了一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，包括：

模型参数输入模块1，用于接收用户输入的锚杆尺寸信息和土体信息；锚杆尺寸信息为欲设计的串囊式充气锚杆的尺寸参数；土体信息为欲埋设的土体的物理特性参数；

模型构建模块2，用于根据锚杆尺寸信息和土体信息，构建欲设计的串囊式充气锚杆的三维参数化模型；

物理信息获取模块3，用于接收用户输入的锚杆材料信息；锚杆材料信息为欲设计的串囊式充气锚杆的材料特性参数；

参数分析模块4，用于根据锚杆尺寸信息、土体信息、锚杆材料信息，计算出模型的极限承载力信息，并根据预设的判别公式判断极限承载力信息是否符合要求。

通过上述设计系统，用户只需通过模型参数输入模块输入必要的设计参数，模型构建模块即可生产锚杆的三维参数化模型，无需人工使用画图软件进行建模，节省了人力物力，同时通过参数分析模块进一步对模型进行参数分析，判断是否符合设计标准，无需人工进行计算，且大大提高了设计的效率。

进一步的，该系统还包括钢筋截面积计算模块，用于根据极限承载力信息计算出钢筋设计所需的最小截面积信息。

进一步的，该系统还包括模型修改模块，用于接收用户输入的修改后的锚杆尺寸信息和土体信息，并根据修改后的锚杆尺寸信息和土体信息生成新的三维参数化模型，通过模型修改模块，用户在参数分析模块得到模型不符合标准时可以向系统输入修改后的尺寸信息和土体信息，从而模型修改模块即可自动重新建模，无需人工重新进行设计，节省了设计时间。

进一步的，该系统还包括模型计算文档输出模块，用于将参数分析模块的处理结果填写入预先设置的文本模板并生成计算文档，以供专业人员进行解读或存档。

进一步的，锚杆尺寸信息包括普锚段长度、扩大头段长度、锚固段长度、锚固段直径。

进一步的，土体信息包括土层厚度、扩大头前端面被动土压力系数、扩大头前端面主动土压力系数、扩大头前端面静止土压力系数、扩大头向前位移时的侧压力系数、扩大头前端面土层粘聚力。

进一步的，锚杆材料信息包括普通段极限摩阻值、扩大头段极限摩阻值、锚杆刚度系数。

进一步的，参数分析模块包括：

抗力强度值计算单元，用于基于以下公式计算出模型的扩大头前端面竖直抗力强度值：

还用于基于以下公式计算出模型的扩大头前端面水平抗力强度值：

其中：P_UD为扩大头前端面竖直抗力强度值；P_AD为扩大头前端面水平抗力强度值；K_p为扩大头前端面被动土压力系数；K_o为扩大头前端面静止土压力系数；ξ为扩大头向前位移时侧压力系数；c为扩大头前端面土层粘聚力；h为土层厚度；γ为预设的上覆土重度；

极限承载力计算单元，用于基于以下公式计算出模型的扩大头锚杆水平极限承载力和扩大头锚杆竖直极限承载力：

其中：T_ak为扩大头锚杆水平极限承载力；T_uk为扩大头锚杆竖直极限承载力；L_d为普锚段长度；L_D为扩大头段长度；f_mg1为普通段极限摩阻值；f_mg2为扩大头段极限摩阻值；D₁为锚固段长度；D₂为锚固段直径；K为预设的抗拔安全系数；

极限承载力分析单元，用于计算扩大头锚杆水平极限承载力和扩大头锚杆竖直极限承载力是否符合以下公式，若符合则判断模型为合格，否则判断为不合格：

T_uk≥N_k

T_ak≥N_k

其中，N_k为预设的锚杆拉力标准值。

进一步的，钢筋截面积计算模块包括普通钢筋计算单元和预应力钢筋计算单元。

进一步的，普通钢筋计算单元，用于基于以下公式计算出普通钢筋设计所需的最小截面积信息：

预应力钢筋计算单元，用于基于以下公式计算出预应力钢筋设计所需的最小截面积信息：

其中：K_t为锚杆刚度系数，f_py为预设的预应力钢筋抗拉强度设计值，f_y为预设的普通钢筋抗拉强度设计值，A_s为普通钢筋设计所需的截面积，A_sy为预应力钢筋设计所需的截面积。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于，包括：

模型参数输入模块，用于接收用户输入的锚杆尺寸信息和土体信息；所述锚杆尺寸信息为欲设计的串囊式充气锚杆的尺寸参数；所述土体信息为欲埋设的土体的物理特性参数；

模型构建模块，用于根据所述锚杆尺寸信息和所述土体信息，构建欲设计的串囊式充气锚杆的三维参数化模型；

物理信息获取模块，用于接收用户输入的锚杆材料信息；所述锚杆材料信息为欲设计的串囊式充气锚杆的材料特性参数；

参数分析模块，用于根据所述锚杆尺寸信息、所述土体信息、所述锚杆材料信息，计算出所述模型的极限承载力信息，并根据预设的判别公式判断所述极限承载力信息是否符合要求。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：还包括钢筋截面积计算模块，用于根据所述极限承载力信息计算出钢筋设计所需的最小截面积信息。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：还包括模型修改模块，用于接收用户输入的修改后的锚杆尺寸信息和修改后的土体信息，并根据所述修改后的锚杆尺寸信息和所述修改后的土体信息生成新的三维参数化模型。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：还包括所述模型计算文档输出模块，用于将所述参数分析模块的处理结果填写入预先设置的文本模板并生成计算文档。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：所述锚杆尺寸信息包括普锚段长度、扩大头段长度、锚固段长度、锚固段直径。

6.根据权利要求5所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：所述土体信息包括土层厚度、扩大头前端面被动土压力系数、扩大头前端面主动土压力系数、扩大头前端面静止土压力系数、扩大头向前位移时的侧压力系数、扩大头前端面土层粘聚力。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：所述锚杆材料信息包括普通段极限摩阻值、扩大头段极限摩阻值、锚杆刚度系数。

8.根据权利要求7所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：所述参数分析模块包括：

抗力强度值计算单元，用于基于以下公式计算出所述模型的扩大头前端面竖直抗力强度值：

还用于基于以下公式计算出所述模型的扩大头前端面水平抗力强度值：

其中：P_UD为所述扩大头前端面竖直抗力强度值；P_AD为所述扩大头前端面水平抗力强度值；K_p为所述扩大头前端面被动土压力系数；K_o为所述扩大头前端面静止土压力系数；ξ为所述扩大头向前位移时侧压力系数；c为所述扩大头前端面土层粘聚力；h为所述土层厚度；γ为预设的上覆土重度；

极限承载力计算单元，用于基于以下公式计算出所述模型的扩大头锚杆水平极限承载力和扩大头锚杆竖直极限承载力：

其中：T_ak为所述扩大头锚杆水平极限承载力；T_uk为所述扩大头锚杆竖直极限承载力；L_d为所述普锚段长度；L_D为所述扩大头段长度；f_mg1为所述普通段极限摩阻值；f_mg2为所述扩大头段极限摩阻值；D₁为所述锚固段长度；D₂为所述锚固段直径；K为预设的抗拔安全系数；

极限承载力分析单元，用于计算所述扩大头锚杆水平极限承载力和扩大头锚杆竖直极限承载力是否符合以下公式，若符合则判断所述模型为合格，否则判断为不合格：

T_uk≥N_k

T_ak≥N_k

其中，N_k为预设的锚杆拉力标准值。

9.根据权利要求8所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：所述钢筋截面积计算模块包括普通钢筋计算单元和预应力钢筋计算单元。

10.根据权利要求9所述的基于BIM的串囊式充气锚杆设计系统，其特征在于：

所述普通钢筋计算单元，用于基于以下公式计算出普通钢筋设计所需的所述最小截面积信息：

所述预应力钢筋计算单元，用于基于以下公式计算出预应力钢筋设计所需的所述最小截面积信息：

其中：K_t为所述锚杆刚度系数，f_py为预设的预应力钢筋抗拉强度设计值，f_y为预设的普通钢筋抗拉强度设计值，A_s为普通钢筋设计所需的截面积，A_sy为预应力钢筋设计所需的截面积。

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