Midas Civil BIM bağlantısı – IDEA StatiCa BIM'de yük durumları ve kombinasyonlarının son işleme mantığı

Bu ek metin, konuların ayrıntılı olarak anlaşılması ve midas Civil – IDEA StatiCa içe aktarma işlemi sırasında standart dışı durumların çözülmesi için uygundur. Bu makale, midas Civil'den IDEA StatiCa BIM'e iç kuvvetlerin içe aktarılması konusunu kapsamlı biçimde ele alan üç makaleden oluşan bir serinin parçasıdır. Diğer iki makale şunlardır:

• Midas Civil BIM bağlantısı – hesap modelinin hazırlanması – Bu makale, BIM bağlantısıyla çalışma ilkelerini ve özellikle midas Civil'de hesap modelinin hazırlanmasına ilişkin yönergeleri tanımlamaktadır.
• Üç açıklıklı ardgermeli köprü tasarımı için Midas Civil BIM bağlantısı – Ardgermeli, üç açıklıklı, T-kirişli bir köprünün hesap modelinden elde edilen sonuçların IDEA StatiCa BIM'e aktarılmasına ilişkin pratik bir örnek.

1. midas Civil'de Kombinasyonlar

Midas Civil, Toplama (Add) ve Zarf (Envelope) tipi kombinasyonlarla çalışır. Her midas kullanıcısının bildiği gibi, kombinasyonlar daha sonra "katmanlar" olarak işlenir. Bir katmanda (N-1) tanımlanan her Toplama veya Zarf tipi kombinasyon, N katmanındaki bir Toplama veya Zarf tipi kombinasyonda birleştirilmiş öğeler kümesini tanımlamak için kullanılabilir. Standart SLS ve ULS kombinasyonları bu şekilde sırayla oluşturulur. Önemli olan husus, Zarf kombinasyonu içinde hiçbir zaman yük etkilerinin toplanmamasıdır. Bununla birlikte, maksimum ve minimum yük etkileri her zaman önceki katmanda tanımlanan belirli bir yük durumu ve yük kombinasyonu kümesinden değerlendirilir.

2. IDEA StatiCa BIM'de Kombinasyonlar

Şimdi, IDEA StatiCa BIM'de yük durumlarının kombinasyonlanmasının temel mantığını açıklayalım. BIM uygulaması dört temel kombinasyon türüyle çalışır:

• Eurocode (6.10)
• Eurocode (6.10 a,b)
• Envelope
• Linear

2.1. Yönetmeliğe bağlı kombinasyonlar

Yönetmeliğe bağlı kombinasyonlar, zarf kombinasyonlarıyla aynı şekilde davranır (aşağıya bakınız). Bununla birlikte, BIM uygulaması yük ve kombinasyon katsayılarını yönetmelik tanımına ve ilgili denklemlere göre otomatik olarak üretir. Eurocode için ULS kombinasyonlarında 6.10 veya 6.10a,b denklemleri, SLS karakteristik kombinasyonu için 6.14b denklemi, SLS sık kombinasyonu için 6.15b denklemi ve SLS yarı-kalıcı kombinasyon için 6.16b denklemi kullanılır. Ancak yük ve kombinasyon katsayıları, midas Civil'de tanımlanan kombinasyonlar içinde girilmektedir. Bu nedenle, midas Civil'den veri içe aktarılırken yönetmeliğe bağlı kombinasyonlar geçerli değildir. Bunlar, diğer programlardan IDEA StatiCa BIM'e iç kuvvetlerin aktarılması amacıyla mevcuttur.

2.2. Doğrusal kombinasyonlar

Yük durumlarının doğrusal kombinasyonu, basit bir toplama kombinasyonudur. Kombinasyondaki bireysel yük durumlarından elde edilen iç kuvvetler aritmetik olarak toplanır. Doğrusal kombinasyon, midas Civil'deki Toplama (Add) tipi kombinasyona eşdeğerdir.

2.3. Değişken yük durumlarından oluşan zarf kombinasyonları

Öte yandan, IDEA StatiCa BIM'deki Zarf tipi kombinasyonun anlamı ile midas Civil'deki Zarf tipi kombinasyonun anlamı, yük durumlarıyla çalışırken birbirinden önemli ölçüde farklıdır. IDEA StatiCa BIM'de yük durumlarının zarf kombinasyonu, bir kombinasyon kuralına ve yük durumlarının yük durumu gruplarına sınıflandırılmasına göre üretilen Doğrusal kombinasyonların zarfıdır. Dolayısıyla, Kombinasyon Zarfı içinde önce bir dizi bireysel toplanmış Doğrusal Kombinasyon üretilir. Ardından bu kümeden maksimum ve minimum değerler değerlendirilir; yani maksimum ve minimum zarfı elde edilir.

Daha önce de belirtildiği gibi, midas Civil'de iç kuvvetlerin değerleri örneğin hiçbir zaman Zarf tipi kombinasyon içinde toplanmaz. Bununla birlikte, maksimum ve minimum değerler her zaman doğrudan yük durumlarından ve kombinasyonlardan değerlendirilir. Ancak, IDEA StatiCa BIM'de Zarflar ve Yük Durumu Grupları doğru şekilde kullanıldığında, midas Civil'deki zarflarla aynı şekilde davranırlar. Bunu ilerleyen bölümlerde ayrıntılı olarak açıklayacağız.

Öncelikle, BIM uygulamasındaki Zarf Kombinasyonunun işlevini bir örnekle açıklayalım. Ancak bundan önce, Yük Durumu Grubu kavramını açıklamamız gerekmektedir. IDEA StatiCa BIM'de Zarf Kombinasyonları oluşturmak amacıyla, bireysel yük durumları Yük Durumu Grupları olarak adlandırılan kategorilere ayrılır. Her yük durumu grubunun ve dolayısıyla içindeki tüm yük durumlarının Tür adı verilen önemli bir parametresi vardır. Yük durumu grubunun Türü, durumlar arasındaki ilişkileri tanımlar ve böylece toplanmış doğrusal kombinasyonlarda (daha sonra zarfı oluşturan) neyin neyle kombinasyona gireceğini ve girmeyeceğini belirler.

 IDEA StatiCa BIM yedi grubu birbirinden ayırt eder:

• Kalıcı (Permanent)
• Standart (Standard)
• Münhasır (Exclusive)
• Yorulma, münhasır (Fatigue, exclusive)
• Kazasal, standart (Accidental, standard)
• Kazasal, münhasır (Accidental, exclusive)
• Sismik, münhasır (Seismic, exclusive).

Bu makalenin amaçları doğrultusunda yalnızca ilk üç grupla ilgileneceğiz.

Kalıcı tip grup

Kalıcı yük durumlarından elde edilen değerler her zaman doğrusal kombinasyona dahil edilir; dolayısıyla doğrusal kombinasyonların her birinde yer alır.

Standart tip grup

Standart tip gruptan yük durumları, bireysel alt-doğrusal kombinasyonlarda (zarfın daha sonra değerlendirildiği) tek başına, hepsi eş zamanlı olarak veya yalnızca bir alt kümesi şeklinde yer alabilir. Yük durumlarının "birlikte oluşmasının" tüm olası varyantları otomatik olarak üretilir.

Örnek no. 1: Standart tip değişken yük durumlarının zarfı

Standart tip yük durumu grubuna sınıflandırılmış iki değişken yük tipi yük durumu düşünelim. Aşağıdaki tablo farklı doğrusal kombinasyonları göstermektedir. Tablodan görülebileceği gibi, Standart tip durumunda zarf dört doğrusal alt kombinasyondan oluşacaktır.

Münhasır tip grup

Münhasır tip grubun yük durumları için, her doğrusal kombinasyonda gruptan yalnızca bir yük durumu kullanılır.

Örnek no. 2: Münhasır tip değişken yük durumlarının zarfı

Aynı Münhasır tip yük durumu grubuna dahil iki değişken yük tipi yük durumu düşünelim. Aşağıdaki tablo bireysel doğrusal kombinasyonları göstermektedir. Tablodan görülebileceği gibi, Münhasır tip grup durumunda zarf üç doğrusal alt kombinasyon içerecektir.

Zarf tipi kombinasyonu Münhasır tip gruptaki yük durumlarına uygularken, doğrusal alt kombinasyonların her biri yalnızca bir yük durumu içerir ve otomatik olarak ek bir sıfır, boş kombinasyon eklenir (buna daha sonra döneceğiz). midas Civil kullanıcısı açısından, Münhasır tip yük durumu grubuna zarf kombinasyonunun uygulanmasının, midas Civil'de aynı yük durumu grubuna Zarf kombinasyonunun uygulanmasıyla aynı sonucu verdiğini belirtmek son derece önemlidir. Kombinasyonların mantığı biraz farklı olsa da, kombinasyonların doğru şekilde kurulmasıyla IDEA StatiCa BIM'de kaynak midas Civil dosyasıyla özdeş sonuçlar elde edilmektedir.

Tamamlık adına şunu da eklemeliyiz: İki farklı Münhasır tip yük grubundan oluşan zarf kombinasyonu, midas Civil'deki Zarf kombinasyonuyla aynı şekilde çalışmayacaktır; çünkü doğrusal alt kombinasyonlarda birinci Münhasır tip gruptan yalnızca bir durum ve ikincisinden yalnızca bir durum eş zamanlı olarak yer alabilir. Bu nedenle, tek bir zarf kombinasyonu içinde tüm değişken yük durumlarının tek bir Münhasır tip grup içinde yer alması sağlanmalıdır.

2.4. Kalıcı ve değişken yük durumlarının karışık kümesinden oluşan zarf kombinasyonları 

IDEA StatiCa BIM yazılımında, kalıcı yük durumları her zaman zarf kombinasyonundaki değişken yük durumlarından elde edilen zarfa eklenir. BIM uygulaması bu mantığı, Scia Engineer gibi diğer programlarla uyumluluğu sağlamak amacıyla uygulamaktadır.

Buna karşın, midas Civil'deki Zarf kombinasyonu, dahil edilen yük durumlarının kalıcı mı yoksa değişken mi olduğundan bağımsız olarak, yük durumları kümesinden her zaman "saf zarf" (maksimum ve minimumun matematiksel değerlendirmesi; hiçbir şey eklenmez) olarak işlev görecektir. Dolayısıyla, aynı karışık yük durumu kümesinin zarf kombinasyonu, midas Civil'de IDEA StatiCa BIM'den farklı sonuçlar verecektir. Bunu bir örnekle açıklayacağız.

Örnek no. 3: Tek bir kombinasyonda değişken ve kalıcı yük durumlarının zarfı 

Şimdi üç yük durumu düşünelim. Yük durumları iki gruba atanmıştır. Birinci grup Kalıcı tipindedir ve LC 1 yük durumunu içermektedir. Diğer iki yük durumu olan LC 2 ve LC 3 değişkendir ve ikinci yük durumu grubuna, Standart veya Münhasır tipine atanmıştır. Aşağıdaki tablolar, BIM uygulamasında bu yük durumlarının bireysel doğrusal kombinasyonlarını, değişken yük durumlarının ikinci grubuna atanan türe bağlı olarak yeniden göstermektedir.

Tablodan açıkça görülmektedir ki, kalıcı yük durumu her doğrusal (toplama) alt kombinasyona dahil edilmektedir; zarfın daha sonra değerlendirildiği bu alt kombinasyonlardan oluşmaktadır. Bu durum, midas Civil'de kombinasyon oluşturmaya ilişkin şu kurala yol açmaktadır: Hem kalıcı hem de değişken yük durumlarının bulunduğu veya yalnızca kalıcı yük durumlarından oluşan bir yük durumu kümesinde Zarf kombinasyonları kullanmayın! Bu kurala kolaylıkla uyulabilir ve yine, midas Civil'de hesap modelinin doğru hazırlanmasıyla sonuçların özdeş olacağı geçerliliğini korumaktadır.

2.5. Aynı işaretli yük durumlarından oluşan zarf kombinasyonları

midas Civil ile BIM uygulaması arasındaki bir diğer fark, iç kuvvetler açısından aynı işarete sahip değişken yük durumları kümesinden zarfın değerlendirilmesinde ortaya çıkmaktadır. Başka bir deyişle, belirli bir kesitte bireysel yük durumlarından elde edilen iç kuvvetler her zaman aynı işarete sahiptir. Elbette işaret, yapının uzunluğu boyunca değişebilir.

Örneğin, aynı Münhasır tip grubunda üç yük durumundan oluşan bir grup düşünelim; bu yük durumları belirli bir kesitte şu moment değerlerine sahiptir: {20 kNm, 30 kNm, 40 kNm}. BIM uygulaması maksimum momenti 40 kNm, minimum momenti ise sıfır olarak değerlendirecektir. Bunun nedeni, daha önce gösterildiği gibi, değişken yüklerin zarf kombinasyonunu değerlendirirken yapıya hiçbir değişken yükün uygulanmadığı durumu temsil eden ek bir "boş", sıfır kombinasyonun dahil edilmesidir.

Öte yandan, midas Civil Zarf kombinasyonunu değerlendirirken kesinlikle matematiksel mantığı izler ve minimumu 20 kNm, maksimumu ise 40 kNm olarak değerlendirecektir. Başka bir deyişle, yapıya hiçbir yük durumunun uygulanmayabileceği değerlendirmesi kullanıcıya bırakılmıştır; kullanıcı bunu Zarf kombinasyonuna sıfır (boş) bir yük durumu ekleyerek kolaylıkla sağlayabilir. Bu durumda, IDEA StatiCa BIM ve midas Civil'deki Zarf kombinasyonundan elde edilen sonuçlar özdeş olacaktır. Elbette bu nadir bir durumdur; çünkü köprü analizinde değişken yüklerin çoğu Zarf kombinasyonu, bireysel kesitlerde farklı işaretlere sahip iç kuvvetlere sahip yük durumlarından oluşmaktadır (örn. Wind_Y+; Wind_Y-). Bu durumlarda, IDEA StatiCa BIM ve midas Civil'deki Zarf kombinasyonları özdeştir ve midas Civil'deki kombinasyona sıfır yük durumu eklenmesi gereksizdir. Yukarıdakilere dayanarak şu kural geçerlidir: midas Civil'deki Zarf kombinasyonundaki bireysel yük durumları tüm kuvvetleri aynı işaretle veriyorsa, Zarf kombinasyonuna sıfır yük durumu eklenmesi zorunludur.

2.6. Kombinasyonlar ve yük durumlarından oluşan doğrusal ve zarf kombinasyonları

BIM uygulaması kombinasyon kurallarını midas Civil'den benimsediğinden, daha önce tanımlandığı gibi (bir seviye aşağıda) doğrusal ve zarf kombinasyonlarını da midas Civil gibi gerçekleştirmelidir. Yük durumlarıyla çalışmanın aksine, kombinasyonlarla çalışırken doğrusal ve zarf kombinasyonlarının mantığı artık midas Civil'deki Toplama ve Zarf kombinasyonlarıyla özdeştir. Bu, kombinasyonlardan türetilen zarflar için BIM uygulamasının zarfı her zaman yalnızca matematiksel olarak (maksimum ve minimum etkiler) değerlendireceği anlamına gelir. Zarflar için artık standart veya münhasır tip gruplar arasında bir ayrım yapılmamaktadır.

Bölüm 2.4'e dayanarak okuyucu, midas Civil'den aktarılan bir Zarf kombinasyonunun, yani yük durumları ve kombinasyonlardan oluşan karışık bir eleman kümesinden oluşturulmuş bir kombinasyonun BIM uygulamasında nasıl değerlendirileceğini merak edebilir. Bunu yeniden bir örnekle açıklayalım.

Örnek no. 4: Kombinasyonlar ve Yük Durumu Kümesinden Oluşan Zarf

Aynı tipte olan LC 1, LC 2 ve LC 3 olmak üzere üç yük durumu düşünelim; dolayısıyla hepsi BIM uygulamasında tek bir münhasır yük grubunda yer almaktadır. Ayrıca midas Civil'de bir Toplama tipi kombinasyon C1 düşünelim. midas Civil'de {C1; LC1; LC2; LC3} kümesinden bir Zarf kombinasyonu C2_env tanımlanır. BIM uygulamasındaki C2_env Zarf kombinasyonu daha sonra yalnızca zarf olarak değerlendirilecektir, yani:

• maxC2 = max{C1; LC1; LC2; LC3} 
• minC2 = min{C1; LC1; LC2; LC3}

Zarf kümesinin münhasır bir yük grubundan ve kalıcı bir yük durumundan oluştuğu Bölüm 2.4'te açıklandığı gibi herhangi bir eleman toplamı gerçekleşmeyecektir.

Şimdi köprü analizinde sıkça karşılaşılan ve BIM uygulamasında zarf kombinasyonlarında kalıcı yüklerin işlenme biçiminin özellikleri nedeniyle soru işaretleri doğurabilecek başka bir yaygın kalıcı yük ve zarf çalışması durumunu inceleyelim. Örnek, kalıcı yükün alt ve üst değerlerinin dikkate alınmasını içermektedir; burada örneğin alt değer için katsayı 1,0, üst değer için ise yük katsayısı 1,0'dan büyüktür (genellikle 1,35 veya 0,85 x 1,35 = 1,15).

Örnek no. 5: Kalıcı yükün üst ve alt değerleri için zarfın dikkate alınması

midas Civil'de Ölü Yük için bir yük durumu, bir termal zarf kombinasyonu Temp_env ve bir hareketli yük zarfı MVL düşünelim. Tasarım yönetmeliğine (Eurocode) göre iki Nihai Sınır Durumu (ULS) yük kombinasyonunun dikkate alınması gerekmektedir:

•     1,0×Ölü yük + 0,9×Temp_env + 1,35×MVL
•   1,35×Ölü yük + 0,9×Temp_env + 1,35×MVL 

midas Civil ve IDEA StatiCa BIM'deki sonuçlarla eşleşecek şekilde kombinasyonları kurmanın iki doğru yolu vardır.

Birinci seçenek, midas Civil'de iki ayrı Toplama kombinasyonu oluşturmaktır; bunlar BIM uygulamasına doğrusal kombinasyonlar olarak aktarılacak ve böylece Bölüm 2.4'te açıklanan sorunlardan kaçınılacaktır.

Yukarıda belirtilen çözümün dezavantajı, midas Civil'de ULS Toplama kombinasyonlarının sayısının iki katına çıkmasına yol açmasıdır; bir kez 1,0 katsayısıyla, bir kez de 1,35 katsayısıyla. Bu nedenle kullanıcılar genellikle Ölü Yük için bir Zarf kombinasyonu hazırlayarak ilerler. Zarfı doğru şekilde oluşturmak için "yardımcı" Toplama kombinasyonları kullanılır ve kombinasyon kuralları şu şekilde olacaktır:

• Toplama kombinasyonu Dead_1.0 – Ölü yük yük durumu, katsayı 1,0
• Toplama kombinasyonu Dead_1.35 – Ölü yük yük durumu, katsayı 1,35
• Zarf kombinasyonu Dead_env – iki eleman: {Dead_1.0; Dead_1.35}

3. kombinasyon için kombinasyonlardan oluşan bir zarf kullanılmaktadır; dolayısıyla IDEA StatiCa BIM'de maksimum/minimum zarfı olarak doğru şekilde değerlendirilecektir. Bu durum, BIM uygulaması zarf kombinasyonunda toplanacak iki kalıcı durumdan zarf oluşturulacağı durumdan farklıdır. Dead_env daha sonra Midas Civil'de bir Toplama kombinasyonunda kullanılır; böylece ULS kombinasyonlarının sayısı birinci çözüme kıyasla yarıya indirilir.

 3. İnşaat Aşaması Analizinden elde edilen kalıcı tip yük durumlarıyla çalışma

Yukarıda açıklandığı gibi, BIM uygulamasında kalıcı tip yük durumlarıyla çalışmanın özgünlüğü, zarf kombinasyonunda bile her zaman aritmetik olarak toplanmalarıdır. Kalıcı yük durumlarının işlenmesinde başka bir sorun, midas Civil'de İnşaat Aşaması Analizi kullanılması durumunda ortaya çıkabilir. Bu durum aşağıdaki bölümde açıklanacaktır.

Örneğin midas Civil'de ardgermeli bir köprünün analizi iki adımda gerçekleştirilir:

• İnşaat aşaması – Ardgerme ve reolojik etkileri içeren inşaat aşaması analizi.
• İnşaat sonrası aşama (Post CS veya Tamamlanmış aşama) – Tamamlanmış yapının sonlu eleman modelinde değişken yüklerin (sıcaklık, rüzgar, trafik, oturma vb.) statik analizi.

Aşağıdaki yük durumları inşaat aşaması analizinin sonuçlarıdır:

• Ölü yük
• Montaj yükü
• Tendon Birincil
• Tendon İkincil
• Sünme İkincil
• Rötre İkincil

Örneğin, kalıcı yükler yalnızca bir yük durumuna, yani inşaatın sonundaki tüm aşamalardan kümülatif kalıcı yükleri temsil eden Ölü yük durumuna dahil edilir – son aşama. Öte yandan, IDEA StatiCa BIM'e aktarıldıktan sonra kümülatif ölü yük durumu, inşaat aşamalarına göre artımlı durumlara bölünür – her aşamanın başlangıcı için bir ve sonu için bir tane. Bu işlem, BIM uygulamasının yapının aşamalı hesabını "yeniden oluşturabilmesi" ve örneğin ardgerme prosedürünü ile IDEA StatiCa RCS kontrolü için başlangıç kesit durumunu doğru şekilde kurabilmesi amacıyla yapılmaktadır. IDEA StatiCa BIM'deki bireysel artımlı durumlar, aşamanın başlangıcı (İlk adım) için DL<aşama adı>[F] ve sonu (Son adım) için DL<aşama adı>[L] olarak adlandırılır. Bu durumların tamamı, aşağıdaki görselde gösterildiği gibi Ölü yük adlı bir yük durumu grubunda toplanır.

Benzer şekilde, diğer yük durumları (Tendon Birincil, Tendon İkincil vb.) IDEA StatiCa BIM'de bölünür ve içe aktarmanın ardından ilgili yük durumu gruplarına atanır. İnşaat Aşaması Analizi sonuçlarını temsil eden bu grupların tamamı Kalıcı tipindedir. BIM uygulamasındaki bireysel durumlar, midas Civil'den içe aktarılan kombinasyonlara otomatik olarak atanır. Örneğin, midas Civil kombinasyonunda 1,35 katsayısıyla kümülatif Ölü yük durumunun kullanıldığı yerde, IDEA StatiCa BIM'de bu durum otomatik olarak DL<aşama adı>[F] ve DL<aşama adı>[L] bireysel durumlarının tüm grubuyla, hepsi 1,35 katsayısıyla değiştirilir.

Ancak, PostCS analizinden bir yük durumunun (değişken yükler – sıcaklık, rüzgar vb.) BIM uygulamasına aktarıldıktan sonra yanlışlıkla Kalıcı tipine atanması durumunda bir sorun ortaya çıkmaktadır. Bu durum en sık, midas Civil'de bir PostCS yük durumu için Ölü yük veya KULLANICI tipinin yanlış ayarlanması halinde meydana gelir. IDEA StatiCa BIM bu kalıcı yük durumlarını İnşaat Aşaması Analizinin sonuçları olarak değerlendirir ve bunları aşamalı inşaatın bireysel adımlarını temsil eden kombinasyonlarda "bulmaya" çalışır. Orada bulunmadıklarından, IDEA StatiCa BIM bunları nereye yerleştireceğini bilemez ve kesit kontrolü gerçekleştirirken şu hata mesajını üretir: "Bu kombinasyon, içerdiği kalıcı yük durumları inşaat aşamalarında tanımlanan kalıcı yük durumlarıyla örtüşmediğinden kesit tasarımı için uygulanamaz."

Bu hatalar, midas Civil'de bireysel yük durumları için türlerin doğru şekilde ayarlanmasıyla kolaylıkla önlenebilir. Bu, kalıcı yük durumlarının (Kalıcı yük durumu) yalnızca İnşaat Aşaması Analizi için kullanılması gerektiği ve Post CS analizi için değişken yük durumlarının (Geçici yük durumu) kullanılması gerektiği anlamına gelir. Bu durumda, IDEA StatiCa BIM'e aktarmanın ardından kalıcı tip yalnızca aşamalı inşaatın sonuçları için ayrılmış olacak ve yukarıda açıklanan sorunlar yaşanmayacaktır.