O projekcie
Projekt obejmował projektowanie i weryfikację szczegółu konstrukcyjnego żelbetowego, stanowiącego część większego systemu infrastrukturalnego.
Wiadukt (zbudowany w latach 1974–1977) składa się ze sprężonych dźwigarów skrzynkowych (rozpiętości od 26,5 do 38 metrów) z masywnym sprężonym poprzecznikiem opartym na filarach. Filary te będą wymieniane etapami podczas budowy. W tym celu wiadukt jest podnoszony za pomocą tymczasowego systemu podparcia (masywnych spawanych dźwigarów stalowych na wieżach rusztowaniowych) i siłowników hydraulicznych. Istniejące filary są odciążane i rozbierane, po czym budowane są nowe, dłuższe filary, tak aby można było obniżyć poziom terenu.
Układ pierwotny
Układ nowy
Widok izometryczny i przekrój poprzeczny tymczasowego podparcia (fragment planu: Frutiger AG)
Konstrukcja była poddana znacznym siłom skupionym, co prowadziło do złożonych rozkładów naprężeń w objętości betonu. Elementy betonowe zostały zaprojektowane zgodnie z Eurocode 2, ze szczególną uwagą poświęconą:
- Lokalnym strefom wprowadzania sił
- Zakotwienia i przenoszeniu obciążeń między elementami konstrukcyjnymi
- Rozmieszczeniu zbrojenia w strefach nieciągłości (D-regions)
Ze względu na geometrię i warunki obciążenia zachowania konstrukcji nie można było opisać za pomocą prostej teorii belki. Zamiast tego wymagane było zrozumienie przepływu sił oparte na modelu Strut-and-tie, aby zapewnić odpowiednie zaprojektowanie zarówno pól ściskanych betonu, jak i rozciąganych prętów zbrojeniowych.
Przekrój poprzeczny dźwigara mostowego przedstawiający porównanie rozkładu sił w istniejącej konstrukcji (góra) i podczas budowy (dół)
Kluczową zaletą IDEA StatiCa była możliwość jawnego modelowania każdego pojedynczego elementu zbrojenia i bezpośredniej analizy jego naprężeń.
Victor Zahn
Inżynier projektu – Emch+Berger AG Bern
Szwajcaria
Wyzwania inżynierskie
Jednym z głównych wyzwań projektu była weryfikacja złożonych stanów naprężeń w żelbecie, szczególnie w strefach, gdzie:
- Siły były wprowadzane na stosunkowo małych powierzchniach
- Wiele ścieżek przenoszenia obciążeń oddziałuje w ograniczonej objętości betonu
- Zagęszczenie zbrojenia stwarzało potencjalne problemy z wykonalnością
Tradycyjne podejścia projektowe oparte na uproszczonych modelach Strut-and-tie zapewniały wstępne koncepcyjne zrozumienie, lecz brakowało im dokładności potrzebnej do ostatecznej weryfikacji. Ręczne opracowanie udoskonalonych modeli Strut-and-tie byłoby niezwykle czasochłonne i podatne na konserwatywne założenia, co mogłoby prowadzić do nieefektywnego rozmieszczenia zbrojenia.
Kolejną krytyczną kwestią była potrzeba wyraźnego wykazania zgodności z wymaganiami Eurokodu. Ze względu na znaczenie konstrukcji projekt musiał być przejrzysty, identyfikowalny i łatwy do przeglądu przez wszystkich interesariuszy projektu.
Rozwiązania i wyniki
Aby sprostać tym wyzwaniom, firma EMCH+BERGER AG Bern wdrożyła IDEA StatiCa Detail, wykorzystując metodę CSFM (Compatible Stress Field Method) do analizy rzeczywistego zachowania szczegółu żelbetowego.
Podejście to pozwoliło inżynierom na:
- Modelowanie dokładnej geometrii elementu betonowego
- Bezpośrednie przyłożenie realistycznych kombinacji obciążeń do modelu
- Zdefiniowanie rozmieszczenia zbrojenia odzwierciedlającego praktyczne ograniczenia wykonawcze
Zamiast polegać na wyidealizowanych ścieżkach sił, analiza oparta na Metodzie Elementów Skończonych zapewniła wyraźną wizualizację:
- Trajektorii głównych naprężeń ściskających w betonie
- Stopnia wykorzystania poszczególnych prętów zbrojeniowych
- Szerokości rys i poziomów naprężeń w stanach granicznych użytkowalności i nośności
Umożliwiło to iteracyjne udoskonalanie rozmieszczenia zbrojenia, osiągając projekt, który był zarówno efektywny konstrukcyjnie, jak i wykonalny. Strefy krytyczne mogły być wzmacniane dokładnie tam, gdzie było to potrzebne, bez zbędnego nadmiernego zbrojenia w innych miejscach.
Oprogramowanie wygenerowało również przejrzyste i kompleksowe wyniki, w tym sprawdzenia stopnia wykorzystania i graficzne reprezentacje naprężeń, co znacznie uprościło proces weryfikacji i komunikację z recenzentami.
Wnioski
Dzięki zastosowaniu IDEA StatiCa Detail firma EMCH+BERGER AG Bern mogła wyjść poza uproszczone założenia projektowe i oprzeć krytyczne decyzje na realistycznym odwzorowaniu zachowania konstrukcji. Metoda ta zapewniła pewność co do bezpieczeństwa i wydajności szczegółu betonowego, przy jednoczesnym zachowaniu efektywnego i ekonomicznego projektu.
Projekt ten pokazuje, jak zaawansowane narzędzia numeryczne mogą wspierać inżynierów w rozwiązywaniu złożonych problemów żelbetowych, szczególnie w projektach infrastrukturalnych, gdzie dokładność, przejrzystość i zgodność z normami są niezbędne.
Wypróbuj IDEA StatiCa za darmo
Rozpocznij okres próbny już dziś i skorzystaj z 14 dni pełnego dostępu oraz usług bezpłatnie.
Rozpocznij bezpłatny okres próbny
