1.3 Donatı tasarım araçları

İş akışı ve hedefler

CSFM'deki donatı tasarım araçlarının amacı, tasarımcıların donatı çubuklarının konumunu ve gerekli miktarını verimli bir şekilde belirlemesine yardımcı olmaktır. Kullanıcıya bu süreçte yardımcı olmak / rehberlik etmek için aşağıdaki araçlar mevcuttur: doğrusal hesaplama ve topoloji optimizasyonu.

Donatı tasarım araçları, yapının nihai doğrulaması için kullanılan modellere kıyasla daha basitleştirilmiş bünye modellerini dikkate alır. Bu nedenle, bu adımdaki donatı tanımı, nihai doğrulama adımında onaylanacak/iyileştirilecek bir ön tasarım olarak değerlendirilmelidir. Farklı donatı tasarım araçlarının kullanımı, Şekil 3'te gösterilen ve düzgün yayılı yüke maruz kalan, değişken derinlikli basit mesnetli bir kirişin bir ucundan oluşan modelde tasvir edilecektir.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Model used to illustrate the use of the reinforcement design tools.}}}$$

Doğrusal analiz

Doğrusal analiz, doğrusal elastik malzeme özelliklerini dikkate alır ve beton bölgesindeki donatıyı ihmal eder. Bu nedenle, çekme ve basınç alanlarının konumları hakkında ilk fikir veren çok hızlı bir hesaplamadır. Böyle bir hesaplamanın örneği Şekil 4'te gösterilmiştir.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4\qquad Results from the linear analysis tool for defining reinforcement layout}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}$$

Topoloji optimizasyonu

Topoloji optimizasyonu, belirli bir yük konfigürasyonu için verilen bir hacimde malzemenin en uygun dağılımını bulmayı amaçlayan bir yöntemdir. Idea StatiCa Detail'de uygulanan topoloji optimizasyonu, doğrusal bir sonlu eleman modeli kullanır. Her sonlu eleman, kullanılan malzemenin göreceli miktarını temsil eden %0 ile %100 arasında bir göreceli yoğunluğa sahip olabilir. Bu eleman yoğunlukları, optimizasyon probleminde optimizasyon parametreleridir. Ortaya çıkan malzeme dağılımı, sistemin toplam gerinim enerjisini minimize ediyorsa, verilen yük seti için optimal olarak kabul edilir. Tanım gereği, optimal dağılım aynı zamanda verilen yükler için mümkün olan en büyük rijitliğe sahip geometridir.

Yinelemeli optimizasyon süreci, homojen bir yoğunluk dağılımıyla başlar. Hesaplama, kullanıcının en pratik sonucu seçmesine olanak tanıyan birden çok toplam hacim oranı (%20, %40, %60 ve %80) için gerçekleştirilir. Ortaya çıkan şekil, basınç çubukları ve çekme çubuklarından oluşan kafes sistemlerinden meydana gelir ve verilen yük durumları için optimum şekli temsil eder (Şekil 5).

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5\qquad Results from the topology optimization design tool with 20\% and 40\%  effective volume}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}$$