A projektről
A munkagödör-támasztó (SOE) rendszer vasbeton résfalakból (D-wall) épül fel, amelyeket belső acél dúcrendszer köt össze. Ideiglenes szerkezet, amely lehetővé teszi a végleges, terepszint alatti állomásszerkezet megépítését, ahol a metró közlekedik és megáll. A hangsúly itt az ideiglenes dúcolást alkotó előregyártott acél kapcsolatok tervezésén és ellenőrzésén van.
Az acél lemezelemek megfelelnek a CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13 szabványnak, 350W jelű acélminőség, a csődúcok pedig az ASTM A252M-19 szabvány 3. fokozatának. A csavarozott kapcsolatok ASTM A490M szabványnak megfelelő nagyszilárdságú csavarokat használnak. Az acélszerkezetet részben helyben, részben – egyes esetekben – tengerentúlon gyártják, majd az egyes helyszínekre szállítják összeszerelésre és szerelésre. A Grounded Engineering két helyszínen felelős tervező (Engineer of Record, EoR), a másik helyszínen pedig a kapcsolatok részletképzéséért felel.
Mérnöki kihívások
Az SOE rendszerre ható oldalirányú földnyomásokat látszólagos földnyomás-diagramokkal határozták meg, hogy reprezentatív méretezési burkológörbéket kapjanak. Ezeket a burkológörbéket az alábbi hatásokkal együtt használták a kapcsolatok normálerő, nyíróerő és hajlítónyomaték szerinti méretezési erőinek meghatározásához:
- Hidrosztatikus nyomás
- Építési többletterhek
- Fagyhatás és hőhatások
- Forgalmi födém- és portáldaru-terhek
- Rendkívüli terhek
- Külpontos terhek
A belső dúcolás jelentős normálerőt visz át, ezért a dúcelemek és a résfalak közötti kapcsolatok erősen igénybe vannak véve. A Grounded Engineering a kezdeti terveket a műszaki mechanika, valamint a CSA S16, CSA S6, CSA A23.3 és – ahol alkalmazható – az AISC előírásainak felhasználásával dolgozta ki. Ezek a módszerek megbízható első közelítést adtak a kapcsolatok teherbírására, de természetüknél fogva egyszerűsítik a kapcsolat tényleges viselkedését.
Az összetett geometria, a nagy terhek, valamint az acél és a beton kölcsönhatása miatt több hatást is nehéz volt kézi számítással pontosan meghatározni. Ide tartozik a feszültség-átrendeződés, a feszültségkoncentrációk, a lemezek rugalmassága, a feszítő hatás, a háromdimenziós erőlefutás, a kapcsolat merevsége és a lokális stabilitás. Ezen felül az előírt 50 mm-es építési külpontosság olyan nyomatékokat és alakváltozásokat okozott, amelyeket hagyományos kézi számításokkal nem egyszerű figyelembe venni.
A kivitelezhetőség újabb szempontot jelentett. A kapcsolati szerelvények nagyok és összetettek, ezért ellenőrizni kellett a gyártási tűréseket, a szerelési szabad távolságokat és a lehetséges ütközéseket. Mivel a helyszíni körülmények az építés során folyamatosan változtak, a csapatnak gyorsan kellett tudnia megvizsgálni a megvalósult konfigurációkat, és gyakorlatias javítási megoldásokat kidolgozni, ha valami módosult.
Megoldások és eredmények
E kapcsolatok vizsgálatához a Grounded Engineering az IDEA StatiCa Connection programot használta az acél kapcsolatokhoz, a beton oldalt pedig az IDEA StatiCa Detail programba vitte át. A Connection alkalmazásban a komponensalapú végeselem-módszer (CBFEM) kezelte a lemezeket, a hegesztéseket, a csavarokat és a dúcolás résfalba történő lehorgonyzását. A Detail alkalmazást ezután a vasbeton tartomány ellenőrzésére használták, ahol az erők átadódnak a falnak.
A CBFEM elemzések kiegészítették a hagyományos számításokat, nem pedig helyettesítették azokat. Olyan viselkedést is megragadtak, amelyet a kézi módszerek csak közelíteni tudtak, például a háromdimenziós erőútvonalakat, a lemezek alakváltozását, a feszítő hatást, a hegesztések viselkedését, valamint az acél és a vasbeton kölcsönhatását. Az 50 mm-es építési külpontosságot közvetlenül beépítették a modellekbe, így az eltolásból adódó másodlagos hatások és kapcsolati alakváltozások explicit módon vizsgálhatók voltak.
Érdemes megjegyezni, hogy az elemzés nem helyettesítette a csapat mérnöki ítélőképességét. Nagyobb megbízhatóságot adott a méretezési feltevésekhez, és rávilágított azokra a területekre, ahol az egyes kapcsolati komponensek optimalizálhatók. A végleges tervdokumentáció ezt az egyensúlyt tükrözte: 115 oldalnyi kézi számítást 81 oldalnyi IDEA StatiCa kimenet támasztott alá.
A 3D modellek a kivitelezhetőség terén is segítettek. Azáltal, hogy a teljes kapcsolati szerelvényt három dimenzióban lehetett vizsgálni, a csapat még azelőtt azonosíthatta a lehetséges ütközéseket és ellenőrizhette a szerelési tűréseket, hogy bármi a helyszínre került volna. Amikor az építés során megvalósult állapotok vagy helyszíni módosítások merültek fel, ezeket gyorsan ki lehetett értékelni, ami segített eldönteni, hogy szükség van-e javító intézkedésekre, miközben az ütemezésre gyakorolt hatás minimális maradt.
Az összehangolás érdekében a kapcsolati modelleket IFC és DWG formátumba exportálták, így azokat a projekt többi adatával együtt be lehetett vinni a Revitbe. Ez közös 3D hivatkozást biztosított a tervezői, a rajzoló és a kivitelező csapatok számára az egyes kapcsolatokhoz, ahol gyakran már korán kiderülnek a hibák és a felesleges RFI-k.
A Grounded Engineering azt is megjegyezte, hogy a szoftver csak a történet egy része volt. A kezdeti indítástól a folyamatos technikai támogatásig az IDEA StatiCa csapata végig reagáló és elkötelezett maradt a projekt iránt, a felhasználói visszajelzések alapján folytatott fejlesztések pedig hasznos partnerré tették a szoftvert a tervezés során.