Midas Civil BIM link – przygotowanie modelu obliczeniowego
Niniejszy artykuł definiuje zasady pracy z łączem BIM między midas Civil a IDEA StatiCa, a w szczególności wytyczne dotyczące prawidłowego przygotowania modelu obliczeniowego w midas Civil w celu zapewnienia sprawnego importu sił wewnętrznych przy minimalnych korektach i sprawdzeniach w aplikacji IDEA StatiCa BIM. Artykuł jest częścią serii trzech artykułów kompleksowo omawiających zagadnienie importu sił wewnętrznych do IDEA StatiCa BIM. Zalecamy zapoznanie się z tym tekstem jako pierwszym. Dwa kolejne artykuły to:
- Midas Civil BIM link for design of three-span post-tensioned bridge – Praktyczny przykład importu wyników z modelu obliczeniowego sprężonego, trójprzęsłowego mostu z dźwigarami teowymi do IDEA StatiCa BIM.
- Midas Civil BIM link – logic of load cases and combinations postprocessing in IDEA StatiCa BIM – Artykuł definiuje zasady pracy z łączem BIM, a w szczególności wytyczne dotyczące przygotowania modelu obliczeniowego w midas Civil.
Aplikacja IDEA StatiCa BIM została zaprojektowana w celu połączenia sprawdzeń normowych IDEA StatiCa (w szczególności RCS app) z programami do analizy metodą elementów skończonych (MES) stosowanymi do analizy globalnej: Scia Engineer, Axis, midas Civil i midas Gen. Niniejszy artykuł skupia się jednak wyłącznie na integracji z midas Civil. Aplikacja IDEA StatiCa BIM pełni rolę translatora złożonych danych z midas Civil na potrzeby oceny w RCS app. Kluczową funkcją jest automatyczny import wyników analizy etapów budowy wykonanej w midas Civil, uwzględniający efekty reologiczne, sprężanie kablami itp.
IDEA StatiCa BIM importuje z midas Civil:
- Geometrię modelu, przekroje i charakterystyki materiałowe
- Parametry sprężania – właściwości i układ cięgien
- Wyniki analizy etapów budowy
- Wyniki analizy po zakończeniu etapów budowy (temperatura, obwiednie obciążeń ruchomych, nierównomierne osiadanie itp.)
- Reguły kombinacji i współczynniki
Aplikacja IDEA StatiCa BIM nie może bezpośrednio importować obwiedniowych efektów sił z midas Civil, ponieważ do prawidłowej oceny sprężonego przekroju w RCS app konieczne jest rozdzielenie efektów sprężania, obciążeń stałych i zmiennych. Dlatego IDEA StatiCa BIM pracuje z poszczególnymi przypadkami obciążeń i ponownie tworzy ich kombinacje zgodnie z regułami kombinacji pobranymi z midas Civil. Aby zapewnić prawidłowy transfer danych, podczas przygotowywania modelu obliczeniowego w midas Civil należy przestrzegać kilku zasad. Zasady te zostaną opisane krok po kroku poniżej.
Logika pracy z przypadkami obciążeń w IDEA StatiCa BIM oraz wyznaczania kombinacji obwiedniowych różni się od tej stosowanej w midas Civil. Jest podobna do logiki pracy z kombinacjami, na przykład w Scia Engineer. Jednak dzięki przestrzeganiu kilku prostych zasad, ponownie tworzone kombinacje w aplikacji BIM prowadzą do identycznych wyników sił wewnętrznych jak w midas Civil. Logika ta jest opisana bardziej szczegółowo w osobnym artykule zatytułowanym Midas Civil BIM link – import of internal forces and combinations to IDEA StatiCa. Do rutynowego korzystania z aplikacji BIM szczegółowe zapoznanie się z tą logiką nie jest konieczne – wystarczy przestrzegać zasad opisanych poniżej. Jednak w przypadku niestandardowych zadań lub rozbieżności sił wewnętrznych między midas Civil a IDEA StatiCa BIM, zrozumienie zasad działania aplikacji BIM jest istotne. Ponadto czytelnikowi staną się jaśniejsze podstawy koncepcyjne stojące za prostymi zasadami opisanymi w tym artykule.
1. Nie używaj znaków diakrytycznych w midas Civil
Eksport danych z midas Civil wykorzystuje pliki *.mid i *.mct. Kropki i przecinki są używane jako separatory poszczególnych danych w tych plikach. Kropki i przecinki w nazwach poszczególnych elementów modelu (przypadki obciążeń, kombinacje, przekroje itp.) mogą zaburzać tę strukturę. Akcenty, przecinki i ogólnie znaki diakrytyczne mogą powodować problemy podczas importu danych do aplikacji BIM. Dlatego zalecamy nieużywanie znaków diakrytycznych przy nazywaniu poszczególnych elementów modelu w midas Civil.
2. Wskaźniki do określania typu kombinacji SGN lub SGU
W midas Civil kombinacje wprowadza się w zakładce Load Combination -> General. W midas Civil użytkownik zazwyczaj rozróżnia typ kombinacji po jej nazwie, jednak informacja o tym, czy jest to np. kombinacja SGN czy SGU-char, jest niedostępna w danych importowanych z midas Civil. Jednak do prawidłowej oceny stanów granicznych przekroju aplikacja BIM, a następnie RCS app, muszą rozróżniać kombinacje. Klasyfikację tę można wykonać ręcznie w aplikacji BIM po imporcie w Combination Manager. Niemniej jednak, zgodnie z poniższą tabelą, bardziej odpowiednie i efektywne jest dodanie wskaźników rozróżniających kombinacje bezpośrednio w midas Civil w polu Description. Kombinacje bez wskaźników są automatycznie traktowane jako kombinacje SGN.
3. Konsekwentne rozróżnianie stałych i zmiennych przypadków obciążeń w midas Civil
Dla prawidłowego działania aplikacji BIM z importowanymi przypadkami obciążeń konieczne jest właściwe rozróżnienie stałych i zmiennych przypadków obciążeń w midas Civil za pomocą parametru Type dla każdego przypadku obciążenia. Przypadki obciążeń ustawione w midas Civil z typem odpowiadającym obciążeniom stałym (Permanent Loads Case) są importowane do aplikacji BIM jako stałe przypadki obciążeń (dokładniej, grupa przypadków obciążeń, do której należą, jest typu stałego). Przypadki obciążeń ustawione w midas Civil z typem odpowiadającym obciążeniom zmiennym (Transient Loads Case) są importowane do aplikacji BIM jako zmienne przypadki obciążeń. Lista poszczególnych typów stałych i zmiennych jest pokazana na poniższym rysunku.
4. Nie używaj stałych przypadków obciążeń w kombinacjach obwiedniowych w midas Civil
Midas Civil i aplikacja BIM stosują nieco odmienną logikę podczas pracy ze stałymi przypadkami obciążeń. W midas Civil kombinacja typu Envelope nie rozróżnia stałych ani zmiennych przypadków obciążeń; po prostu matematycznie wyznacza maksymalną i minimalną obwiednię ze zdefiniowanego zestawu przypadków obciążeń.
Z drugiej strony, w aplikacji BIM podczas wyznaczania kombinacji obwiedniowej ze zdefiniowanego zestawu przypadków obciążeń zawierającego zarówno stałe, jak i zmienne przypadki obciążeń, efekty stałych przypadków obciążeń są zawsze dodawane do obwiedni utworzonej przez pozostałe zmienne przypadki obciążeń. Prowadzi to do rozbieżności sił wewnętrznych między midas Civil a IDEA StatiCa BIM. Jednak różnice te w wyznaczaniu obwiedni można łatwo uniknąć w midas Civil poprzez nieużywanie stałych przypadków obciążeń w kombinacjach obwiedniowych razem z obciążeniami zmiennymi. Reguła ta dotyczy wyłącznie stałych przypadków obciążeń.
5. Używaj wyłącznie stałych przypadków obciążeń w analizie etapów budowy
Podczas stosowania etapowego wznoszenia konstrukcji w midas Civil (Construction Stage Analysis) ważne jest uwzględnienie sposobu obsługi importowanych stałych przypadków obciążeń. Wszystkie przypadki obciążeń wynikające z analizy etapów budowy (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) są automatycznie importowane do aplikacji BIM jako stałe przypadki obciążeń, a aplikacja traktuje je jako część wyników etapowego wznoszenia konstrukcji. Problem pojawia się, gdy przypadkowi obciążenia, który nie jest częścią analizy etapów budowy w midas Civil, zostanie błędnie przypisany typ odpowiadający stałym przypadkom obciążeń (np. Dead load, USER itp.). Aplikacja BIM importuje ten przypadek obciążenia jako typ stały i próbuje go „umieścić" wśród wyników etapowego wznoszenia konstrukcji. Jednak nie wie, gdzie go pozycjonować, ponieważ nie był częścią zdefiniowanej analizy etapów budowy w midas Civil. Aplikacja BIM wyświetli wówczas następujący komunikat przed wykonaniem sprawdzenia normowego przekroju: „The combination is not applicable for cross-section design because the permanent load cases contained in this combination do not correspond with permanent load cases defined in the construction stages."
Ponownie, problemów tych można łatwo uniknąć, konsekwentnie rozróżniając stałe i zmienne przypadki obciążeń w midas Civil za pomocą parametru Type (zgodnie z opisem w punkcie 3) oraz używając stałych przypadków obciążeń wyłącznie w ramach analizy etapów budowy. Dlatego istotne jest unikanie stosowania w midas Civil typów dla zmiennych przypadków obciążeń (analiza PostCS), które są importowane do aplikacji BIM jako stałe przypadki obciążeń. Częstym błędem jest na przykład używanie typu USER, który jest zawsze importowany jako stały przypadek obciążenia i tym samym powoduje problemy opisane w poprzednim akapicie.
Ponadto aplikacja BIM posiada narzędzie do sprawdzania spójności stałych przypadków obciążeń w ocenianych kombinacjach z etapami budowy w midas Civil. Dostęp do niego można uzyskać poprzez zakładkę Assessment 1D, klikając przycisk Check of combinations.
6. Konfiguracja grup przypadków obciążeń i sprawdzenie po imporcie
Wszystkie przypadki obciążeń importowane do aplikacji BIM są automatycznie dzielone na tzw. grupy przypadków obciążeń. Grupy te służą do wyznaczania kombinacji obwiedniowych i zapewniają prawidłowe działanie aplikacji BIM; należy przestrzegać zasad zdefiniowanych poniżej.
Wyniki analizy etapów budowy (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) są importowane jako cząstkowe przypadki obciążeń (dla początku i końca każdego etapu). Są one automatycznie przypisywane do identycznie nazwanych grup przypadków obciążeń, które zawsze mają ustawiony typ stały. Proces ten odbywa się automatycznie.
Wyniki analizy PostCS (zmienne przypadki obciążeń) są również automatycznie przypisywane do odpowiednich grup przypadków obciążeń, odpowiadających typowi ustawionemu dla przypadków obciążeń w midas Civil – patrz punkt 3 niniejszego artykułu. Dla prawidłowego przetwarzania przypadków obciążeń w kombinacjach obwiedniowych w aplikacji BIM ważne jest, aby wszystkie przypadki obciążeń w jednej kombinacji obwiedniowej znajdowały się w tej samej grupie przypadków obciążeń i aby grupa miała ustawiony typ Exclusive. Po imporcie zaleca się sprawdzenie, czy wszystkie grupy zmiennych przypadków obciążeń mają ustawiony typ Exclusive.
Nieprawidłowe przypisanie typu przypadku obciążenia w midas Civil zostanie zilustrowane na przykładzie kombinacji obwiedniowej Temperature, która wyznacza obwiednię sił wewnętrznych z dwóch przypadków obciążeń:
- TG+ – Nierównomierna zmiana temperatury +
- TG- – Nierównomierna zmiana temperatury -
Przeanalizujmy sytuację, w której przypadkowi obciążenia TG+ zostaje błędnie przypisany typ Temperature (T) w midas Civil, a przypadkowi obciążenia TG- typ Temperature gradient (TPG). Ta nieścisłość nie wpłynie na wyniki kombinacji w midas Civil i obwiednia będzie prawidłowa. Jednak po imporcie do aplikacji BIM przypadki obciążeń zostaną umieszczone w dwóch (!) różnych grupach przypadków obciążeń, obu typu Exclusive. Obwiednia Temperature zaimportowana z midas Civil zostanie wyznaczona w aplikacji BIM jako suma przypadków obciążeń TG+ i TG-. Przyczyna tego zachowania jest szczegółowo wyjaśniona w tym artykule.
7. Włącz opcję Additional steps w ustawieniach etapów budowy
Podobnie jak aplikacja BIM odtwarza obwiednie obciążeń zmiennych, odtwarza również wyniki analizy etapowego wznoszenia konstrukcji z cząstkowych wyników midas Civil. Dlatego konieczne jest eksportowanie wyników z midas Civil na końcu każdego etapu (ustawienie domyślne) oraz na początku każdego etapu. Aby aplikacja BIM posiadała kompletne informacje do „odtworzenia etapowego wznoszenia konstrukcji", opcja „Additional steps" musi być zaznaczona w oknie dialogowym ustawień etapowego wznoszenia konstrukcji (Load -> Construction stage -> Define C.S.) dla wszystkich etapów. Jeśli ta opcja nie jest włączona, dodatkowe kroki dla etapu zostaną utworzone w IDEA StatiCa BIM, ale wartości sił wewnętrznych nie zostaną wypełnione.
8. Dodawanie zerowego przypadku obciążenia do kombinacji obwiedniowej w midas Civil
Podczas wyznaczania kombinacji obwiedniowej midas Civil ściśle stosuje logikę matematyczną i wyznacza wartość minimalną jako matematycznie najniższą wartość, a wartość maksymalną jako matematycznie najwyższą wartość ze zdefiniowanego zestawu przypadków obciążeń.
Natomiast aplikacja BIM automatycznie uwzględnia sytuacje, w których żadne obciążenie zmienne nie jest przyłożone do konstrukcji podczas wyznaczania kombinacji obwiedniowej obciążeń zmiennych. Przy wyznaczaniu obwiedni z przypadków obciążeń o efektach (w danym przekroju konstrukcji!) tego samego znaku, np. dodatniego, aplikacja BIM wyznaczy maksymalną wartość dodatnią jako maksimum i zero jako minimum – co oznacza, że żadne obciążenie zmienne nie jest przyłożone do konstrukcji.
Jeśli poszczególne przypadki obciążeń w kombinacji obwiedniowej w midas Civil dają siły tego samego znaku, konieczne jest dodanie zerowego (pustego) przypadku obciążenia do kombinacji obwiedniowej. Uwzględnia to również sytuację, w której żaden zmienny przypadek obciążenia z grupy zmiennych przypadków obciążeń w kombinacji obwiedniowej w midas Civil nie jest przyłożony do konstrukcji. Zapewnia to spójność wyników między midas Civil a aplikacją BIM.
Jeśli kombinacja obwiedniowa daje wartości maksymalne i minimalne o przeciwnych znakach w poszczególnych przekrojach (zdecydowana większość przypadków), dodawanie zerowego przypadku obciążenia do kombinacji obwiedniowej jest zbędne.
9. Uwzględnienie współczynników rsup i rinf w sprawdzeniu SGU
Sprawdzenia stanów granicznych użytkowalności (SGU) w IDEA StatiCa RCS automatycznie uwzględniają wpływ współczynników rinf i rsup zdefiniowanych w EN 1992-1-1; 5.10.9 (1) dla efektów sprężania. Dlatego nie jest konieczne uwzględnianie tych współczynników podczas tworzenia kombinacji SGU w midas Civil. Gdyby te współczynniki zostały zastosowane w midas Civil, zostałyby zastosowane po raz drugi w RCS app.
Jednak oczywiste jest, że podczas projektowania mostu inżynier konstruktor musi obliczać i wyświetlać, na przykład, obwiednie naprężeń normalnych w skrajnych włóknach przekroju już w midas Civil. Dlatego przed eksportem do aplikacji BIM konieczne jest dezaktywowanie tych kombinacji SGU, zawierających współczynniki rinf i rsup.
Alternatywą jest import kombinacji SGU wraz ze współczynnikami, ale w RCS app ustawienie wartości współczynników ring i group na 1,0. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w artykule How the fators rinf and rsup are considered for SLS combinations.
10. Sprawdzenie obwiedni między midas Civil a IDEA StatiCa BIM
Weryfikacja poprawności importowanych obciążeń do IDEA StatiCa BIM jest zawsze wysoce zalecana. Można to łatwo wykonać poprzez porównanie obwiedni sił wewnętrznych między midas Civil a IDEA StatiCa BIM (aplikacja BIM). Na przykład standardową procedurą w midas Civil jest to, że jedna „końcowa" kombinacja obwiedniowa stanów granicznych nośności (SGN) łączy wszystkie cząstkowe kombinacje SGN, dlatego zawsze zaleca się, po imporcie, porównanie tej końcowej obwiedni z „odtworzonymi" wynikami w aplikacji BIM.
Jednak przy porównywaniu obwiedni dla modelu obliczeniowego z etapowym (zespolonym) przekrojem beton-beton pojawia się różnica między midas Civil a IDEA StatiCa BIM dotycząca uwzględnianego środka ciężkości przekroju przy wyznaczaniu momentów gnących. Program midas Civil odnosi wszystkie siły wewnętrzne (w tym efekty sprężania) do środka ciężkości aktualnie aktywowanego przekroju. W IDEA StatiCa BIM siły wewnętrzne są przeliczane do środka ciężkości przekroju końcowego przez cały czas etapowego wznoszenia konstrukcji. Ta różnica w punkcie odniesienia, do którego wyznaczane są momenty gnące i ich obwiednie, naturalnie wpływa na wyniki. Dlatego dla przekrojów etapowych konieczne jest porównywanie, na przykład, obwiedni sił poprzecznych między midas Civil a aplikacją BIM. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w artykule Composite Cross-sections - Different Internal Forces in midas Civil and IDEA StatiCa.