워크플로우 및 목표
CSFM의 철근 설계 도구의 목표는 설계자가 철근의 위치와 필요한 양을 효율적으로 결정할 수 있도록 돕는 것입니다. 이 과정에서 사용자를 돕기 위해 / 안내하기 위해 다음 도구들을 사용할 수 있습니다: 선형 계산 및 위상 최적화.
철근 설계 도구는 구조물의 최종 검증에 사용되는 모델보다 더 단순화된 구성 모델을 고려합니다. 따라서 이 단계에서의 철근 정의는 최종 검증 단계에서 확인/보완되어야 할 사전 설계로 간주해야 합니다. 다양한 철근 설계 도구의 사용은 그림 3에 나타난 모델에서 설명되며, 이 모델은 등분포 하중을 받는 가변 깊이의 단순 지지보 한쪽 끝으로 구성됩니다.
Fig. 3Model used to illustrate the use of the reinforcement design tools.
선형 해석
선형 해석은 선형 탄성 재료 특성을 고려하며 콘크리트 영역의 철근을 무시합니다. 따라서 이는 매우 빠른 계산으로, 인장 및 압축 영역의 위치에 대한 초기 통찰을 제공합니다. 이러한 계산의 예가 그림 4에 나와 있습니다.
Fig. 4Results from the linear analysis tool for defining reinforcement layout
(red: areas in compression, blue: areas in tension).
위상 최적화
위상 최적화는 특정 하중 구성에 대해 주어진 체적 내에서 재료의 최적 분포를 찾는 것을 목표로 하는 방법입니다. Idea StatiCa Detail에 구현된 위상 최적화는 선형 유한요소 모델을 사용합니다. 각 유한요소는 사용된 재료의 상대적인 양을 나타내는 0에서 100%까지의 상대 밀도를 가질 수 있습니다. 이러한 요소 밀도는 최적화 문제에서 최적화 매개변수입니다. 결과적으로 도출된 재료 분포는 시스템의 총 변형률 에너지를 최소화하는 경우 주어진 하중 세트에 대해 최적인 것으로 간주됩니다. 정의에 따르면, 최적 분포는 주어진 하중에 대해 가능한 가장 큰 강성을 가지는 형상이기도 합니다.
반복적인 최적화 과정은 균질한 밀도 분포에서 시작합니다. 계산은 여러 총 체적 비율(20%, 40%, 60%, 80%)에 대해 수행되며, 이를 통해 사용자는 가장 실용적인 결과를 선택할 수 있습니다. 결과 형상은 스트럿과 타이로 구성된 트러스로 이루어지며, 주어진 하중 조건에 대한 최적 형상을 나타냅니다(그림 5).
Fig. 5Results from the topology optimization design tool with 20% and 40% effective volume
(red: areas in compression, blue: areas in tension).
