1.3 Donatı için tasarım araçları
İş akışı ve hedefler
CSFM'deki donatı tasarım araçlarının amacı, tasarımcıların donatı çubuklarının konumunu ve gerekli miktarını verimli bir şekilde belirlemesine yardımcı olmaktır. Bu süreçte kullanıcıya yardımcı olmak / rehberlik etmek için aşağıdaki araçlar mevcuttur: doğrusal hesap ve topoloji optimizasyonu.
Donatı tasarım araçları, yapının nihai doğrulamasında kullanılan modellerden daha basitleştirilmiş bünye modellerini dikkate alır. Bu nedenle, bu adımda donatının tanımlanması, nihai doğrulama adımında onaylanacak/iyileştirilecek bir ön tasarım olarak değerlendirilmelidir. Farklı donatı tasarım araçlarının kullanımı, Şekil 3'te gösterilen modelde açıklanacaktır; bu model, düzgün yayılı yüke maruz kalan değişken kesitli basit mesnetli bir kirişin bir ucundan oluşmaktadır.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Model used to illustrate the use of the reinforcement design tools.}}}\]
Doğrusal analiz
Doğrusal analiz, doğrusal elastik malzeme özelliklerini dikkate alır ve betonarme bölgedeki donatıyı ihmal eder. Bu nedenle, çekme ve basınç bölgelerinin konumları hakkında ilk bir fikir veren çok hızlı bir hesaptır. Böyle bir hesabın örneği Şekil 4'te gösterilmektedir.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4\qquad Results from the linear analysis tool for defining reinforcement layout}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}\]
Topoloji optimizasyonu
Topoloji optimizasyonu, belirli bir yük konfigürasyonu için verilen bir hacimde malzemenin en uygun dağılımını bulmayı amaçlayan bir yöntemdir. Idea StatiCa Detail'de uygulanan topoloji optimizasyonu, doğrusal sonlu eleman modeli kullanır. Her sonlu eleman, kullanılan malzeme miktarını temsil eden 0 ile %100 arasında bir göreli yoğunluğa sahip olabilir. Bu eleman yoğunlukları, optimizasyon problemindeki optimizasyon parametreleridir. Elde edilen malzeme dağılımı, sistemin toplam gerinim enerjisini en aza indiriyorsa verilen yük seti için en uygun olarak kabul edilir. Tanım gereği, en uygun dağılım aynı zamanda verilen yükler için mümkün olan en büyük rijitliğe sahip geometridir.
Yinelemeli optimizasyon süreci, homojen bir yoğunluk dağılımıyla başlar. Hesap, birden fazla toplam hacim oranı (%20, %40, %60 ve %80) için gerçekleştirilir; bu da kullanıcının en pratik sonucu seçmesine olanak tanır. Elde edilen şekil, basınç çubukları ve çekme elemanlarından oluşan kafes sistemlerinden meydana gelir ve verilen yük kombinasyonları için optimum şekli temsil eder (Şekil 5).
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5\qquad Results from the topology optimization design tool with 20\% and 40\% effective volume}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}\]