Začlenění inženýrských specialistů do projektování mostů pomocí BIM

Při navrhování a stavbě mostů je kromě geometrického návrhu, koordinačních prací a řízení stavby vyžadováno mnoho dalších sofistikovaných konstrukčních úkolů, které provádějí specialisté. Například strukturální analýza vyžaduje zkušené mostní inženýry a často i pomoc od dalších odborníků k řešení jedinečných výzev, jako jsou geotechnické problémy a problémy se základy, předpětím nebo zemětřesením. Tyto disciplíny však často stojí mimo tradiční pracovní postup BIM softwaru a jako takové plně netěží ze zvýšené efektivity, komunikace a spolupráce, kterou by BIM mohl poskytnout.

Schopnost používat proces BIM jako plně integrovaný plánovací nástroj – včetně detailních strukturálních analýz a hodnocení – a umožnit všem stranám spolupracovat na projektu má tedy výjimečnou hodnotu. Tím, že poskytuje funkce, jako je strukturální analýza a posouzení pevnosti, nástroj BIM Allplan Bridge řeší tento problém a rozšiřuje výhody metodologie BIM na všechny strany zapojené do projektu.

© ALLPLAN

Výhody integrovaného BIM přístupu

Efektivní strukturální analýza

Detailní geometrie 3D modelů není vhodná pro strukturální analýzy, vyžadující zjednodušení. Stavební inženýři provádějí tuto analýzu zvážením staticky relevantních vztahů a požadované přesnosti výpočtů. Výsledkem je, že projekční práce většinou probíhají jako dva samostatné procesy – architektonický návrh a geometrické modelování pomocí BIM a mimo to samostatně tvorba statického modelu mostním inženýrem.

Této duplicitní práci na modelování se lze vyhnout automatickým vytvořením relevantního strukturálního modelu z parametrického architektonického modelu. Allplan Bridge poskytuje funkci, která umožňuje uživateli udržet kontrolu nad vytvořeným modelem a vynutit odchylky od architektonického modelu. Oba modely jsou propojeny, takže jakákoli úprava geometrie je okamžitě aktualizována ve strukturálním modelu.

© ALLPLAN

Vylepšená stavební simulace

Konečná konstrukce mostu i postup výstavby řídí nosné chování. Proto je v Allplan Bridge proces výstavby v BIM modelu automaticky odvozen do analytického modelu jako časová osa pro provedení nezbytných statických výpočtů. Při simulaci konstrukčního procesu je bráno v potaz napětí způsobená fázovou montáží a také časově závislé chování způsobené dotvarováním, smršťováním a relaxací předpínací oceli. U mostů z předpjatého betonu jsou také zahrnuty činnosti, jako je návrh geometrie předpínací výztuže a harmonogramu napínání, aby se minimalizovaly ztráty předpětím.

© ALLPLAN

Přesné nakládací podmínky a kombinace

Zatížení jako vlastní tíha, předpětí nebo superponovaná mrtvá zatížení jsou automaticky brána v potaz v simulaci konstrukce. Účinek různých zatížení, jako jsou například dopady zemětřesení, která budou aplikována po dobu životnosti mostu, však často vyžaduje specialisty. Ty jsou součástí Allplan Bridge.

Výpočet dopravního zatížení mostu v souladu s projektovými normami je sofistikovaný proces. V Allplan Bridge je toho dosaženo vyhodnocením vlivových čar souvisejících s jízdními pruhy. Pro tento účel jsou v modelu mostu definovány pomyslné jízdní pruhy podél povrchu mostu. Pro výpočet dopravního zatížení na určitém jízdním pruhu jsou vzory zatížení (nazývané zátěžové vlaky), jak je definováno v konstrukčním předpisu, automaticky umístěny podél jízdního pruhu do příslušné polohy. Hodnoty vyplývající z různých zatížení vlaků a na různých pruzích jízdní soupravy se superponují. Kombinací výsledků různých možných sad jízdních pruhů se získá konečná suma dopravního zatížení.

V oblastech citlivých na zemětřesení musí být provedena dynamická analýza, aby se určil dopad těchto událostí. Allplan Bridge používá k vyhodnocení účinků seismického zatížení vícerežimovou metodu spektra odezvy. Řešení se skládá ze 2 samostatných úloh ve výpočtovém postupu, za prvé určení příslušných přirozených režimů konstrukčního systému pomocí podprostorového iteračního schématu podle Bathea a za druhé vyhodnocení spektra odezvy předepsaného v konstrukčním předpisu.

© ALLPLAN

Konstrukce a posouzení

Allplan Bridge zlepšuje efektivitu jak celého návrhu, tak BIM procesu. Po provedení statického výpočtu musí být provedeny průkazné posudky v souladu s příslušným návrhovým předpisem pro mezní stav použitelnosti (SLS) a také mezní stav únosnosti (ULS). Allplan Bridge obsahuje inteligentní nástroje pro výpočet těchto posudků a mnoho dalšího, například pro provádění složitých výpočtů po celou dobu životnosti mostu a zkoumání smykové odolnosti mostů z předpjatého betonu.

Mosty z předpjatého betonu mají mnoho fází montáže a provozu, ve kterých musí být konstrukce analyzována a kontrolována. Historie konstrukce a účinky dotvarování a smršťování způsobují redistribuci napětí jak na průřez, tak na statiku mostu. Stav namáhání bezprostředně po dokončení stavby (počáteční stav napjatosti) se používá pro výpočet mezní únosnosti v ohybu, jakož i pro kontrolu únavy a použitelnosti. Výpočet odolnosti v ohybu je složitý, vyžaduje integraci napětí na ploše průřezu a nelineární analýzu rovnic rovnováhy průřezu.

U mostů z předpjatého betonu musí být rovněž zkoumána únosnost ve smyku. Za tímto účelem je norma Eurocode založena na modelu příhradového nosníku s proměnným úhlem. Určité úpravy nebo interpretace ustanovení Eurokódu jsou potřebné pro navrhování předpjatého betonu s ohledem na vztah mezi pevností ve smyku a ramenem páky v ohybu a na výpočet tahové síly v podélné výztuži způsobené smykem.

Pro případ SLS posudků (jako je omezení napětí, šířka trhlin, dekompresní stav a kontrola průhybu) je použití metody počátečního napěťového stavu ještě důležitější než u posudků ULS, protože počáteční stav napětí významně ovlivňuje výsledky. V souladu s normou Eurocode se návrh průřezu řídí podmínkami použitelnosti, protože konstrukce je po většinu své životnosti vystavena provoznímu zatížení. Proto je tato kontrola obzvláště důležitá a neměla by být ignorována nebo nahrazena posouzením únosnosti konstrukce.

© ALLPLAN

Zjednodušený konstrukční návrh

Allplan Bridge je první integrované řešení pro návrh mostů na světě, které mapuje kompletní proces BIM pro projekty mostů. Nejenže zjednodušuje širokou škálu úloh strukturální analýzy, ale také pomáhá zlepšit spolupráci mezi celým týmem integrací tradičně samostatných disciplín a činností strukturální analýzy do pracovního postupu návrhu. To šetří značné úsilí, čas a peníze a poskytuje inženýrům nástroje, které potřebují k zavedení větší kreativity a inovací do svých projektů.