Efektywne projektowanie mostów

Rys. 1. Graficzny interfejs programu Brigade/Standard
Rys. BudSoft

Brigade to dwa programy. Pierwszy, Brigade/Standard jest bardzo efektywną aplikacją do projektowania mostów płytowo-belkowych, tak często spotykanych nad autostradami czy nad przeszkodami o niewielkiej rozpiętości. Brigade/Standard wyposażony jest tylko w te opcje i narzędzia, które są potrzebne w trakcie procesu projektowania tego typu konstrukcji. Definicji modelu obliczeniowego dokonuje się bazując na geometrii konstrukcji, a nie jak w wielu innych programach, na siatce elementów skończonych. Pozwala to skupić uwagę projektanta na najważniejszych etapach projektowania konstrukcji mostowej. Brigade/Standard wykorzystuje we wszystkich etapach tworzenia modelu zdefiniowaną na wstępie jego geometrię (niweletę, płytę pomostu, belki podłużne/poprzeczne i krawędziowe, ścianki poprzeczne, słupy, stopy fundamentowe, przyczółki). Projektant skupia zatem uwagę tylko na danych geometrycznych konstrukcji mostu i nie musi troszczyć się o podział konstrukcji na elementy skończone, ich numerację, punkty przyłożenia obciążeń, sposób połączenia płyty z belkami czy słupami, trasę kabli sprężających, itp. Graficzny interfejs użytkownika (rys. 1) jest tak stworzony, aby maksymalnie uprościć pracę z programem i równocześnie zapewnić ciągłą kontrolę nad modelem mostu.

Program Brigade/Standard pozwala również na analizę konstrukcji sprężonych (sprężone mogą być płyty pomostowe, belki podłużne i poprzeczne). W analizie mostu sprężonego uwzględniane są efekty wywołane stratami sił sprężających powstającymi doraźnie (tarcie i poślizg cięgien, sprężyste odkształcenie betonu) oraz działającymi długotrwale (skurcz i pełzanie betonu, relaksacja cięgien). Obciążenia takie jak ciężar własny, parcie gruntu, osiadanie podpór, obciążenie termiczne, skurcz, obciążenia od hamowania i przyspieszania taboru, parcie wiatru, obciążenia ruchome itd. są definiowane w bardzo prosty i przejrzysty sposób, za pomocą wyboru odpowiednich zakładek i wypełniania okien dialogowych. Projektowanie mostów wymaga sprawdzenia bezpieczeństwa konstrukcji poddanej działaniu obciążeń ruchomych (tzw. pojazdów umownych czy rzeczywistych, zarówno modelujących pojazdy samochodowe jak i pociągi czy tramwaje, a także obiekty nietypowe – np. wojskowe). Im więcej możliwości definicji własnych pojazdów (o wielu osiach, stałych lub zmiennych ich odległości) tym łatwiej spełnić nierzadko specjalne wymagania inwestora. Wizualizacja modelu w 3D na każdym etapie procesu modelowania konstrukcji mostu znacznie ułatwia pracę i kontrolę wprowadzanych danych. Zdefiniowana na wstępie geometria służy następnie do automatycznego podziału na elementy skończone, który może być w każdej chwili modyfikowany bez konieczności uwzględniania renumeracji węzłów i/lub elementów. Oferowane w Brigade/Standard wbudowane biblioteki różnych typów obciążeń ruchomych są zgodne z wieloma normami mostowymi (AASHTO, British Standard, Eurokod, normami skandynawskimi czy polską normą obciążeń mostowych), co znacznie upraszcza definicję obciążeń i torów ich ruchu.

To co wyróżnia Brigade/Standard od innych programów do wspomagania projektowania konstrukcji mostowych, to zastosowanie specjalnych algorytmów do wyznaczania najniekorzystniejszego położenia obciążeń ruchomych dla wybranych sił przekrojowych i ich kombinacji z innymi obciążeniami działającymi równocześnie. Algorytmy te bazują na bardzo efektywnym algorytmie wyznaczania obwiedni sił przekrojowych wykorzystującym koncepcję powierzchni wpływu. Uwalnia to projektanta od żmudnych, często ręcznych, obliczeń związanych ze znajdowaniem obwiedni sił przekrojowych i ich kombinacji, co w przypadku konstrukcji mostowych stanowi zasadniczy etap analizy wyników. Uwagę zwraca również łatwość, przejrzystość i różnorodność sposobów wizualizacji wyników analizy, które mogą być przedstawiane w formie 3D (mapy naprężeń, sił przekrojowych lub przemieszczeń oraz reakcji rysowanych na geometrii konstrukcji) lub 2D (wykresy zmienności odpowiednich wielkości wzdłuż lub w poprzek mostu). Wyniki mogą odnosić się do podstawowych przypadków obciążeń jak i do obwiedni definiujących ekstrema dla różnych ich kombinacji.

Łatwość definiowania konstrukcji mostu oraz efektywny generator obciążeń ruchomych i zastosowane algorytmy automatycznego znajdowania najniekorzystniejszego ich położenia czynią Brigade/Standard programem przodującym na rynku oprogramowania w inżynierii mostowej.


Rys. 2. Tworzenie modelu w Brigade/Plus
Rys. BudSoft

Brigade/Plus jest programem rozszerzającym zakres możliwości programu Brigade/Standard i jest przeznaczony do rozwiązywania bardziej złożonych zagadnień związanych z inżynierią mostową. W Brigade/Plus nie ma żadnego ograniczenia co do geometrii i typu konstrukcji mostowej (rys. 2). Program pozwala na przeprowadzanie analizy statycznej konstrukcji, zarówno liniowej jak i nieliniowej, wyznaczanie częstości drgań własnych konstrukcji, analizę dynamiczną liniową i nieliniową, wyznaczanie krytycznych mnożników obciążenia (analiza wyboczeniowa), analizę drgań harmonicznych, analizę modalną, analizę etapowego wznoszenia mostów, analizę współpracy gruntu i konstrukcji oraz analizę przepływów ciepła (ustalonych i nieustalonych). Zakres analiz nieliniowych obejmuje nieliniowe charakterystyki materiałowe, nieliniowość geometryczną i nieliniowości wynikające z zagadnień kontaktowych. Biblioteka elementów skończonych zawiera wszystkie elementy niezbędne do efektywnego modelowania nawet bardzo złożonych geometrii, w tym elementy kontynualne 1D, 2D i 3D, elementy powłokowe, membranowe, belkowe, kratownicowe, sprężyny, tłumiki i elementy nieodkształcalne. Możliwości programu Brigade/Plus stale się rozszerzają, można bowiem dodawać do niego nowe moduły, jak np. opracowany niedawno przez firmę BudSoft moduł przeznaczony do analizy dynamicznej mostów, po których następuje przejazd pociągów z dużymi prędkościami (większymi niż 200 km/h). Moduł ten pozwala na automatyczne generowanie obwiedni wielkości takich jak przyspieszenia, przemieszczenia czy siły przekrojowe, dla każdego pociągu przejeżdżającego z różnymi prędkościami.

Biblioteka pojazdów szynowych zgodna z normą europejską (pojazdy HSLM), łatwa definicja nowego składu pociągu przejeżdżającego przez obiekt mostowy, specjalne narzędzia do analizy wyników (obwiednie dla wielkości opisujących deformację sił przekrojowych wyznaczane dla różnych prędkości i różnych pociągów), pozwalają na niezwykle efektywne studiowanie problemów związanych z dopuszczeniem istniejących obiektów mostowych do nowych warunków ich eksploatacji (pociągi poruszające się z dużymi prędkościami), jak i pomagają przy projektowaniu nowych obiektów mostowych przeznaczonych dla tych pojazdów.