1.3 Donatı için tasarım araçları

İş akışı ve hedefler

CSFM içindeki donatı tasarım araçlarının amacı, tasarımcıların donatı çubuklarının konumunu ve gerekli miktarını verimli bir şekilde belirlemesine yardımcı olmaktır. Kullanıcıya bu süreçte yardımcı olmak / yol göstermek için şu araçlar mevcuttur: doğrusal hesap ve topoloji optimizasyonu.

Donatı tasarım araçları, yapının nihai doğrulamasında kullanılan modellere kıyasla daha basitleştirilmiş malzeme modellerini dikkate alır. Bu nedenle, bu adımda donatının tanımlanması bir ön tasarım olarak değerlendirilmeli ve nihai doğrulama adımında teyit edilmeli/iyileştirilmelidir. Farklı donatı tasarım araçlarının kullanımı, düzgün yayılı yük etkisindeki, değişken yüksekliğe sahip basit mesnetli bir kirişin bir ucundan oluşan ve Şekil 3'te gösterilen model üzerinde açıklanacaktır.

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

Doğrusal analiz

Doğrusal analiz, doğrusal elastik malzeme özelliklerini dikkate alır ve betonarme bölgedeki donatıyı ihmal eder. Bu nedenle çok hızlı bir hesaptır ve çekme ile basınç bölgelerinin konumları hakkında ilk fikri verir. Bu tür bir hesaba örnek 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 hacim içinde malzemenin en uygun dağılımını bulmayı amaçlayan bir yöntemdir. Idea StatiCa Detail içinde uygulanan topoloji optimizasyonu, doğrusal bir sonlu eleman modeli kullanır. Her sonlu elemanın, kullanılan göreli malzeme miktarını temsil eden, %0 ile %100 arasında değişen bir göreli yoğunluğu olabilir. Bu eleman yoğunlukları, optimizasyon probleminin optimizasyon parametreleridir. Elde edilen malzeme dağılımı, sistemin toplam şekil değiştirme enerjisini minimize ediyorsa, verilen yük takımı için en uygun dağılım olarak kabul edilir. Tanım gereği, en uygun dağılım aynı zamanda verilen yükler için mümkün olan en yüksek rijitliğe sahip geometridir.

İteratif optimizasyon süreci homojen bir yoğunluk dağılımıyla başlar. Hesap, birden fazla toplam hacim oranı (%20, %40, %60 ve %80) için gerçekleştirilir; bu da kullanıcının en pratik sonucu seçmesine olanak tanır. Elde edilen şekil, basınç çubukları ve çekme çubuklarından oluşan kafes sistemlerden meydana gelir ve verilen yük durumları için en uygun şekli temsil eder (Şekil 5).

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

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