Proje hakkında
Kazı destek (SOE) sistemi, çelik iç payanda sistemiyle birbirine bağlanan betonarme diyafram duvarlardan (D-duvarlar) oluşmaktadır. Sistem geçici bir yapıdır ve metronun geçtiği ve durduğu kalıcı zemin altı istasyon kutusunun inşasını mümkün kılar. Buradaki odak noktası, bu geçici payanda sistemini oluşturan prefabrik çelik birleşimlerin tasarımı ve doğrulanmasıdır.
Çelik plaka elemanlar CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13, 350W sınıfına, boru payandalar ise ASTM A252M-19 Sınıf 3'e uygundur. Cıvatalı birleşimlerin kullanıldığı yerlerde ASTM A490M'ye uygun yüksek mukavemetli cıvatalar kullanılmaktadır. Çelik hem yerel olarak hem de bazı durumlarda yurt dışında üretilmekte, ardından montaj ve kurulum için her şantiyeye gönderilmektedir. Grounded Engineering iki lokasyonda Sorumlu Mühendis (EoR) olup diğer lokasyonda birleşim detaylandırmasından sorumludur.
Mühendislik zorlukları
SOE sistemine etkiyen yanal zemin basınçları, temsili tasarım zarflarını belirlemek için görünür zemin basıncı diyagramları kullanılarak hesaplandı. Bu zarflar ve aşağıdaki koşullar, eksenel yük, kesme kuvveti ve eğilme momenti için birleşim tasarım kuvvetlerini belirlemekte kullanıldı:
- Hidrostatik basınç
- İnşaat ek yükleri
- Donma etkisi ve ısıl etkiler
- Trafik döşemesi ve portal vinç yükleri
- Kazara yükler
- Eksantrik yükler
İç payanda sistemi önemli miktarda eksenel kuvvet taşır. Bu durum, payanda elemanları ile diyafram duvarlar arasındaki birleşimlerin yoğun biçimde yüklendiği anlamına gelir. Grounded Engineering, ilk tasarımları mühendislik mekaniği ile birlikte CSA S16, CSA S6, CSA A23.3 ve uygun olduğu yerlerde AISC hükümlerini kullanarak geliştirdi. Bu yöntemler birleşim kapasitesi için güvenilir bir birinci mertebe değerlendirmesi sağladı. Ancak doğaları gereği birleşimin gerçek davranışını basitleştirirler.
Karmaşık geometri, yüksek yükler ve çelik ile beton arasındaki etkileşimin bir araya gelmesi, çeşitli etkilerin el hesaplarıyla belirlenmesini zorlaştırdı. Gerilme yeniden dağılımı, gerilme yığılmaları, plaka esnekliği, kaldırma etkisi, üç boyutlu yük akışı, birleşim rijitliği ve yerel stabilite bu kapsamdadır. Ayrıca öngörülen 50 mm'lik inşaat eksantrikliği, geleneksel el hesaplarıyla kolayca yakalanamayan momentler ve deformasyonlar ekledi.
İnşa edilebilirlik ise başka bir katman ekledi. Birleşim düzenekleri büyük ve karmaşık olduğundan imalat toleransları, montaj boşlukları ve olası çakışmaların hepsinin kontrol edilmesi gerekti. Ayrıca saha koşulları inşaat sırasında sürekli değiştiği için ekibin, uygulanmış (as-built) konfigürasyonları hızlıca inceleyebilmesi ve bir değişiklik olduğunda pratik iyileştirme çözümleri üretebilmesi gerekiyordu.
Çözümler ve sonuçlar
Bu birleşimleri ele almak için Grounded Engineering, çelik birleşimler için IDEA StatiCa Connection'ı kullandı ve betonarme tarafını IDEA StatiCa Detail'e aktardı. Connection'da Bileşen Tabanlı Sonlu Elemanlar Yöntemi (CBFEM); plakaları, kaynakları, cıvataları ve payandanın diyafram duvara ankrajını ele aldı. Ardından Detail, bu kuvvetlerin duvara iletildiği betonarme bölgeyi doğrulamak için kullanıldı.
CBFEM analizleri geleneksel hesapların yerini almadı, onları tamamladı. El yöntemlerinin ancak yaklaşık olarak ifade edebildiği davranışları yakaladı. Bunlar arasında üç boyutlu yük yolları, plaka deformasyonu, kaldırma etkisi, kaynak davranışı ile çelik ve betonarme arasındaki etkileşim yer almaktadır. 50 mm'lik inşaat eksantrikliği doğrudan modellere dahil edildi. Böylece bu ötelenmeyle ilişkili ikincil etkiler ve birleşim deformasyonları açıkça incelenebildi.
Analizin ekibin mühendislik muhakemesinin yerini almadığını belirtmekte fayda var. Analiz, ekibe tasarım varsayımları konusunda ek güven verdi ve tek tek birleşim bileşenlerinin optimize edilebileceği alanları ortaya koydu. Nihai tasarım paketi bu dengeyi yansıttı: 115 sayfalık el hesabı, 81 sayfalık IDEA StatiCa çıktısıyla desteklendi.
3B modeller inşa edilebilirlik açısından da yardımcı oldu. Birleşim düzeneğinin tamamını üç boyutlu olarak inceleyebilmek, ekibin sahaya herhangi bir şey ulaşmadan önce olası çakışmaları tespit etmesini ve montaj toleranslarını kontrol etmesini sağladı. İnşaat sırasında uygulanmış durum koşulları veya saha değişiklikleri ortaya çıktığında bu değişiklikler hızlıca değerlendirilebildi. Bu da program üzerindeki etkiyi en aza indirirken iyileştirme önlemlerinin gerekli olup olmadığının belirlenmesine yardımcı oldu.
Koordinasyon için birleşim modelleri IFC ve DWG formatlarına aktarıldı. Böylece projenin diğer verileriyle birlikte Revit'e alınabildi. Bu, mühendislik, çizim ve inşaat ekiplerine her birleşim için üzerinde çalışabilecekleri ortak bir 3B referans sağladı. Hatalar ve gereksiz RFI'lar çoğu zaman burada erken aşamada yakalanır.
Grounded Engineering ayrıca yazılımın hikâyenin yalnızca bir parçası olduğunu belirtti. İlk başlangıç toplantısından süregelen teknik desteğe kadar IDEA StatiCa ekibi projeye karşı duyarlı ve ilgili kaldı. Kullanıcı geri bildirimleriyle yönlendirilen sürekli geliştirme de yazılımı tasarım süreci boyunca faydalı bir ortak haline getirdi.