基于abaqus基坑開挖快速建模分析系統(tǒng)及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基坑施工領(lǐng)域，尤其是基于ABAQUS基坑開挖快速建模分析系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近二十年來(lái)，隨著我國(guó)建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，基坑的規(guī)模越來(lái)越大，開挖深度越來(lái)越深，且城市區(qū)域旺旺建筑物密集、管線繁多、地鐵車站密布、地鐵區(qū)間隧道縱橫交錯(cuò)，在這種復(fù)雜城市環(huán)境下的深基坑工程，需要重點(diǎn)關(guān)注基坑本身以及基坑對(duì)周邊已有建(構(gòu))筑物及管線的影響。
[0003]基坑工程與周圍環(huán)境是一個(gè)相互作用的系統(tǒng)，連續(xù)介質(zhì)有限元方法是模擬基坑開挖問(wèn)題的有效方法?，F(xiàn)在常見的基坑變形分析的有限元軟件，包括大型商業(yè)有限元分析軟件以及巖土方面的專業(yè)性軟件，能夠精確地預(yù)測(cè)、驗(yàn)證基坑變形，但這些軟件存在著以下不足:
(I)技術(shù)依賴性強(qiáng)。對(duì)于復(fù)雜基坑的建模，分析人員必須要有豐富的數(shù)值計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，才能合理地處理網(wǎng)格劃分、設(shè)置邊界條件、設(shè)置施工工況等問(wèn)題。
[0004](2)分析效率低。利用常見的有限元分析軟件分析基坑變形，想要得到合理的結(jié)果，需要耗費(fèi)大量時(shí)間在模型修改與網(wǎng)格劃分上面，而對(duì)于優(yōu)化計(jì)算參數(shù)的時(shí)間相應(yīng)地減少，但是，優(yōu)化計(jì)算參數(shù)往往是有限元分析里面最核心的過(guò)程。所以，不合理的時(shí)間結(jié)構(gòu)就造成了分析效率的低下。
[0005](3)參數(shù)分析能力弱。大量的基坑數(shù)值計(jì)算案例表明，計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化過(guò)程對(duì)于基坑變形計(jì)算非常重要，例如圍護(hù)深度、內(nèi)支撐間距、分布挖土深度、基坑形狀與尺寸等，在常用有限元軟件中修改這些參數(shù)等同于重新建模，導(dǎo)致大量重復(fù)性的工作，過(guò)多的工作量也就使得數(shù)值分析軟件的參數(shù)化分析能力降低。
[0006]陳衛(wèi)軍、寧佐利基于深基坑工程增量法對(duì)ANASYS進(jìn)行二次開發(fā)，然而數(shù)值模擬的對(duì)象僅限于簡(jiǎn)單的二維界面，且后處理手段不夠豐富。李維濤在其博士論文《深基坑工程三維仿真分析系統(tǒng)開發(fā)研究》中，米用Visual Basic手段對(duì)ANASYS進(jìn)行二次開發(fā)，該系統(tǒng)針對(duì)具有復(fù)雜邊界的基坑的建模與計(jì)算能夠發(fā)揮作用，但是其建模過(guò)程較為繁瑣，而且沒有考慮基坑開挖對(duì)鄰近建(構(gòu))筑物的影響。曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司在其申請(qǐng)的專利《ABAQUS的計(jì)算任務(wù)的實(shí)現(xiàn)方法和裝置》中提出了一種生成ABAQUS計(jì)算任務(wù)的方法和裝置，該裝置通過(guò)用戶圖形化的操作來(lái)獲取用戶的輸入指令，并解析用戶指令，然后通過(guò)合理地分配計(jì)算資源，來(lái)保證計(jì)算任務(wù)在ABAQUS中安全穩(wěn)定運(yùn)行。這一專利的缺點(diǎn)在于它只是基于ABAQUS在有限元分析的前處理方面進(jìn)行了優(yōu)化，讓用戶在計(jì)算任務(wù)的生成與提交方面更加簡(jiǎn)潔，沒有覆蓋到有限元分析的整個(gè)流程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了基于ABAQUS基坑開挖快速建模分析系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，通過(guò)對(duì)基坑工程數(shù)值分析的前處理過(guò)程與后處理過(guò)程進(jìn)行提煉優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了基于ABAQUS基坑開挖快速建模分析。
[0008]本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
一種基于ABAQUS基坑開挖快速建模分析系統(tǒng)，涉及ABAQUS系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)至少包括平面計(jì)算處理模塊、三維計(jì)算處理模塊、接口模塊和參數(shù)或工具模塊，其中所述平面計(jì)算處理模塊和所述三維計(jì)算處理模塊分別與所述ABAQUS系統(tǒng)構(gòu)成連接，所述接口模塊和所述參數(shù)或工具模塊分別與所述平面計(jì)算處理模塊和所述三維計(jì)算處理模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)連接。
[0009]所述平面計(jì)算處理模塊和所述三維計(jì)算處理模塊包括參數(shù)輸入模塊、建模模塊、結(jié)果顯示模塊、結(jié)果分析模塊和結(jié)果導(dǎo)出模塊，其中所述參數(shù)輸入模塊與所述建模模塊相連接以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，所述建模模塊與所述ABAQUS系統(tǒng)相連以將模型供所述ABAQUS系統(tǒng)讀取并進(jìn)行計(jì)算，所述結(jié)果顯示模塊對(duì)所述ABAQUS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示，所述結(jié)果分析模塊對(duì)所述ABAQUS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，所述結(jié)果導(dǎo)出模塊對(duì)所述ABAQUS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)出。
[0010]所述三維計(jì)算處理模塊包括平面模型導(dǎo)入模塊，所述平面模型導(dǎo)入模塊與所述建模模塊相連接。
[0011]—種涉及上述的基于ABAQUS基坑開挖快速建模分析系統(tǒng)的應(yīng)用方法，應(yīng)用于基坑工程開挖建模分析，其特征在于:所述方法至少包括以下步驟:
通過(guò)參數(shù)或工具模塊控制待建的基坑模型的部分屬性，部分屬性中的參數(shù)主要功能是控制前期建模、計(jì)算過(guò)程以及后處理，包括模型的接觸屬性、計(jì)算的收斂速度、網(wǎng)格劃分的精細(xì)程度等；
通過(guò)參數(shù)輸入模塊輸入、定義及基坑工程所處環(huán)境數(shù)據(jù)、基坑特征參數(shù)、土層參數(shù)、結(jié)構(gòu)物的計(jì)算參數(shù)以及基坑開挖工況和荷載以及基坑邊載；
建模模塊根據(jù)所述參數(shù)輸入模塊的輸入數(shù)據(jù)建模并提交給ABAQUS系統(tǒng)；
通過(guò)結(jié)果分析模塊和結(jié)果顯示模塊讀取所述ABAQUS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)結(jié)果導(dǎo)出模塊導(dǎo)出所述ABAQUS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果。
[0012]當(dāng)基坑工程周邊存在隧道時(shí)，通過(guò)參數(shù)輸入模塊輸入、定義所述基坑與所述隧道之間的分布關(guān)系以及隧道幾何形狀。
[0013]通過(guò)接口模塊導(dǎo)入與基坑開挖工程相吻合的所述土層參數(shù)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)技術(shù)準(zhǔn)入門檻低；用戶不需要有豐富的基坑數(shù)值分析經(jīng)驗(yàn)，只需要按照系統(tǒng)提示進(jìn)行操作，便能順利完成基坑工程建模。
[0015](2)參數(shù)化建模，建模速度快；對(duì)于基坑工程的建模是根據(jù)用戶輸入的參數(shù)建立的，在規(guī)范建模過(guò)程的同時(shí)也加快了建模速度。
[0016](3)參數(shù)分析能力強(qiáng)；由于參數(shù)化建模，在基坑變形分析中，對(duì)于某一參數(shù)的分析，只需要在模型建立過(guò)程中修改這一參數(shù)，就能更換計(jì)算工況，得到不同的計(jì)算結(jié)果，從而很方便的對(duì)這一參數(shù)進(jìn)行分析。
[0017](4)復(fù)雜的基坑外形可以由AUTO CAD圖紙導(dǎo)入;對(duì)于外輪廓特別復(fù)雜的基坑，本發(fā)明預(yù)留了AUTO CAD導(dǎo)入接口，用戶可以直接導(dǎo)入基坑設(shè)計(jì)圖紙，就能在本發(fā)明系統(tǒng)里面生成基坑的外形。
[0018](5)后處理結(jié)果更加直觀;優(yōu)化了 ABAQUS的后處理過(guò)程，用戶可以選擇觀看不同結(jié)構(gòu)或者土體的變形、內(nèi)力情況，與此同時(shí)，還能生成各類對(duì)比分析曲線以及基坑開挖過(guò)程的動(dòng)畫。
[0019](6)計(jì)算書生成;系統(tǒng)在計(jì)算、分析完成之后，可以自動(dòng)生成計(jì)算書，節(jié)省了用戶編輯計(jì)算書需要耗費(fèi)的大量時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明中平面計(jì)算處理模塊實(shí)施的流程圖；
圖3為本發(fā)明中三維計(jì)算處理模塊實(shí)施的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
實(shí)施例一:如圖1所示，本實(shí)施例中基于ABAQUS基坑開挖快速建模分析系統(tǒng)包括平面計(jì)算處理模塊、三維計(jì)算處理模塊、接口模塊和參數(shù)或工具模塊，其中平面計(jì)算處理模塊和三維計(jì)算處理模塊分別與ABAQUS系統(tǒng)構(gòu)成連接，以將兩個(gè)處理模塊所完成的建模供ABAQUS系統(tǒng)讀取并進(jìn)行計(jì)算，建模系統(tǒng)建好的模型能夠直接為ABAQUS計(jì)算模塊所用，可以在ABAQUS計(jì)算模塊中直接進(jìn)行計(jì)算，而接口模塊和參數(shù)或工具模塊分別與平面計(jì)算處理模塊和三維計(jì)算處理模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)連接，以對(duì)兩個(gè)處理模塊所進(jìn)行的建模進(jìn)行定義，以使建模按照用戶所定義的參數(shù)、用戶所選擇的設(shè)置來(lái)完成建模。
[0022]如圖2和圖3所示，平面計(jì)算處理模塊和三維計(jì)算處理模塊包括參數(shù)輸入模塊、建模模塊、結(jié)果顯示模塊、結(jié)果分析模塊和結(jié)果導(dǎo)出模塊，其中參數(shù)輸入模塊與建模模塊相連接以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，建模模塊與ABAQUS系統(tǒng)相連以將模型供ABAQUS系統(tǒng)讀取并進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示模塊對(duì)ABAQUS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示，結(jié)果分析模塊對(duì)ABAQUS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果導(dǎo)出模塊對(duì)ABA