土木工程概论 教学课件 ppt 作者 李文虎 代国忠 主编第14章 数字化技术在土木工程中的应用.ppt

第14章 数字化技术在土木工程中的应用 14.1 计算机在土木工程中应用 14.1.1 计算机辅助设计CAD 1）计算机辅助设计的概念 计算机辅助设计技术也称为CAD技术，是英文Computer Aided Design的缩写，它是一种利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，是一门多学科综合应用的新科学。 把计算机辅助设计和计算机辅助制造集成在一起，称为CAD/CAM系统。工程界习惯上将CAD/CAM系统甚至CAD/CAM/CAE系统仍然叫做CAD系统，使CAD系统的内涵扩大了，包括产品设计各个方面。CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。 2）计算机辅助设计应用发展概况 CAD的起源应追溯到二十世纪50年代中期，由麻省理工大学林肯实验室为美国空军研发的SAGE（Semi Automatic Ground Environment）防空系统，该系统使用CTR显示器展现经过计算机处理的雷达以及其他信息。其后 ，CAD/CAM之父的Patrick J.Hanratty在1957年开发了PRONTO，世界上第一个数控编程系统。 进入二十世纪70年代之后，计算机硬件性能和计算机图形学都有了很大的发展，建筑设计人员开始与软件设计人员密切配合，促使专业化的计算机辅助建筑设计（CAAD）软件诞生。 目前，国外著名的CAD软件有AutoCAD、Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE等，AutoCAD是土木工程使用较多的产品，Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE在汽车与交通、航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域等使用较多。 中国建筑科学研究院开发PKPMCAD系统是面向钢筋混凝土框架、排架、框架-剪力墙、砖混以及底层框架上层砖房等结构，适用于一般多层工业与民用建筑、100层以下复杂体型高层建筑，是一个较为完整的设计软件。 pk软件界面 pm软件界面 PMCAD的基本功能如下： ①人机交互建立全结构模型 　　②自动导入计算施加在结构上的荷载，建立荷载信息库 　　③为各种计算模型提供计算所需数据文件 　　④为上部结构绘制CAD模块提供结构构件的精确尺寸 　　⑤为基础设计CAD模块提供底层结构布置与轴线网格布置，还提供上部结构传下的恒、活荷载 　　⑥现浇钢筋混凝土楼板结构计算与配筋设计 　　⑦结构平面施工图辅助设计 　　⑧进行砖混结构圈梁布置，绘出砖混圈梁大样及构造柱大样 　　⑨砖混结构和底框上砖房结构的抗震分析验算 　　⑩统计结构工程量，以表格形式输出 PK软件则是钢筋混凝土框架、框排架、连续梁结构计算与施工图绘制软件，其主要功能如下： 　　①软件按照结构设计规范编制。 　　②绘图方式有整体式与分开绘制式。 　　③包含了框、排架计算软件和壁式框架计算软件。 　　④与其它有关软件，接口完成梁、柱施工图的绘制。 　　⑤生成底层柱底组合内力均可与PMCAD产生的基础柱网对应，达到与基础设计CAD接力的工作。 ⑥绘制各种构件施工图，布置图纸版面与完成模板图的绘制等。 使用PKPM生成施工图 使用3D3S设计的体育馆模型 14.1.2 工程结构计算机仿真分析与计算 1）计算机仿真技术的概念 计算机仿真技术 （Computer Simulation Technology ）是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。 计算机仿真技术把现代仿真技术与计算机发展结合起来，通过建立系统的数学模型，以计算机为工具，以数值计算为手段，对存在的或设想中的系统进行实验研究。 自20世纪80年代初开始，随着微机的广泛应用，数字仿真技术在土木工程、自动控制、电气传动、机械制造、造船、化工等工程技术领域也得到了广泛应用。 结构仿真步骤为：建立仿真模型——开发仿真系统——进行仿真实验。 采用计算机模拟的方法，利用计算机图形系统构成一个模拟的试验环境，学生向计算机输入构件数据后，就可以在屏幕上观察到构件破坏的全过程及其内外部的各种变化。 仿真实验 利用计算机仿真分析可进行原型模拟实验。如洪水、火灾、核事故、地震等灾害的原型实验。 某房间发生油池火灾后不同时间的温度分布图 6s时温度等势面，60℃（红） ，100℃ （绿），180℃（白） 24s时温度等势面，60℃（红） ，100℃ （绿），180℃（白） 57s时温度等势面，60℃（红） ，100℃ （绿），180℃（白) 岩土处于地下，往往难于直接观察，而计算机仿真则可以把内部过程展示出来，有很大的实用价值。 地铁盾构法施工计算机模拟 2）有限元分析软