O projektu
Systém pro pažení stavební jámy (SOE) je tvořen železobetonovými podzemními stěnami (D-stěnami), které jsou vzájemně spojeny vnitřním ocelovým rozpěrným systémem. Jde o dočasnou konstrukci, která umožňuje realizaci trvalého podzemního tělesa stanice, v němž metro jezdí a zastavuje. Těžištěm práce je návrh a posouzení prefabrikovaných ocelových přípojů, které tvoří toto dočasné rozepření.
Ocelové plechové prvky odpovídají normě CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13, třída 350W, a trubkové vzpěry odpovídají normě ASTM A252M-19, třída 3. Pokud jsou použity šroubované přípoje, využívají vysokopevnostní šrouby podle ASTM A490M. Ocel se vyrábí jak lokálně, tak v některých případech v zámoří, a poté se dopravuje na jednotlivá staveniště k montáži a zřízení. Společnost Grounded Engineering je projektantem odpovědným za projekt (Engineer of Record, EoR) pro dvě lokality a odpovídá za detailní řešení přípojů na další lokalitě.
Inženýrské výzvy
Boční zemní tlaky působící na systém SOE byly stanoveny pomocí diagramů zdánlivého zemního tlaku, aby bylo možné určit reprezentativní návrhové obálky. Tyto obálky společně s níže uvedenými podmínkami sloužily ke stanovení návrhových sil v přípojích pro osové zatížení, smyk a ohybový moment:
- Hydrostatický tlak
- Stavební přitížení
- Působení mrazu a teplotní účinky
- Zatížení dopravním zakrytím a portálovými jeřáby
- Mimořádná zatížení
- Excentrická zatížení
Vnitřní rozepření přenáší značnou osovou sílu, což znamená, že přípoje mezi prvky rozepření a podzemními stěnami jsou silně zatíženy. Společnost Grounded Engineering vypracovala počáteční návrhy s využitím technické mechaniky spolu s ustanoveními norem CSA S16, CSA S6, CSA A23.3 a AISC, kde to bylo relevantní. Tyto metody poskytly spolehlivý odhad únosnosti přípoje v prvním přiblížení, ale svou podstatou zjednodušují skutečné chování přípoje.
Kombinace složité geometrie, vysokých zatížení a interakce mezi ocelí a betonem způsobila, že několik jevů bylo obtížné určit ručním výpočtem. Patří sem přerozdělení napětí, koncentrace napětí, ohebnost plechů, páčící účinek, trojrozměrný tok zatížení, tuhost přípoje a lokální stabilita. Navíc předepsaná montážní excentricita 50 mm přidala momenty a deformace, které lze běžnými ručními výpočty zachytit jen obtížně.
Další rovinu přidala proveditelnost výstavby. Sestavy přípojů jsou rozměrné a složité, a bylo proto nutné ověřit výrobní tolerance, montážní vůle a možné kolize. A protože se podmínky na staveništi během výstavby neustále vyvíjely, tým potřeboval rychlý způsob, jak posoudit skutečné provedení a navrhnout praktická nápravná řešení, když došlo ke změně.
Řešení a výsledky
K řešení těchto přípojů použila společnost Grounded Engineering aplikaci IDEA StatiCa Connection pro ocelové styčníky a betonovou část převedla do aplikace IDEA StatiCa Detail. V aplikaci Connection byly pomocí metody CBFEM (Component-Based Finite Element Method) řešeny plechy, svary, šrouby a kotvení rozepření do podzemní stěny. Aplikace Detail pak sloužila k posouzení železobetonové oblasti, kde se tyto síly přenášejí do stěny.
Analýzy CBFEM doplnily tradiční výpočty, nikoli je nahradily. Zachytily chování, které ruční metody dokázaly pouze aproximovat, včetně trojrozměrných cest přenosu zatížení, deformace plechů, páčení, chování svarů a interakce mezi ocelí a železobetonem. Montážní excentricita 50 mm byla zahrnuta přímo do modelů, takže sekundární účinky a deformace přípojů související s tímto posunem bylo možné posoudit explicitně.
Je třeba zdůraznit, že analýza nenahradila inženýrský úsudek týmu. Poskytla týmu větší jistotu v návrhových předpokladech a upozornila na oblasti, kde bylo možné optimalizovat jednotlivé součásti přípoje. Konečný projektový balík tuto rovnováhu odráží: 115 stran ručních výpočtů doplněných 81 stranami výstupů z IDEA StatiCa.
Modely 3D pomohly také z hlediska proveditelnosti výstavby. Možnost prohlédnout si celou sestavu přípoje ve třech rozměrech umožnila týmu odhalit možné kolize a ověřit montážní tolerance dříve, než cokoli dorazilo na staveniště. Když se během výstavby objevily skutečné podmínky nebo změny provedené na staveništi, bylo možné tyto změny rychle posoudit, což pomohlo určit, zda jsou nutná nápravná opatření, a zároveň omezit dopad na harmonogram.
Pro koordinaci byly modely přípojů exportovány do formátů IFC a DWG, aby je bylo možné načíst do aplikace Revit spolu s ostatními daty projektu. Díky tomu měly týmy projekce, kreslení a výstavby společný 3D podklad každého přípoje, u něhož se často včas zachytí chyby a zbytečné žádosti o informace (RFI).
Společnost Grounded Engineering také uvedla, že software byl jen součástí celkového přínosu. Od úvodního zahájení až po průběžnou technickou podporu zůstával tým IDEA StatiCa pohotový a do projektu zapojený a další vývoj řízený zpětnou vazbou uživatelů učinil ze softwaru užitečného partnera po celou dobu návrhu.