Giới thiệu dự án
Hệ chống đỡ hố đào (SOE) được xây dựng từ các tường vây bê tông cốt thép (tường D) liên kết với nhau bằng hệ giằng chống thép bên trong. Đây là kết cấu tạm thời, cho phép thi công hộp ga ngầm vĩnh cửu, nơi tàu điện ngầm vận hành và dừng đỗ. Trọng tâm của phần này là thiết kế và kiểm tra các liên kết thép lắp ghép sẵn tạo nên hệ giằng chống tạm thời đó.
Các cấu kiện bản thép tuân thủ CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13, cấp 350W, và các thanh chống ống tuân thủ ASTM A252M-19 Cấp 3. Tại các vị trí sử dụng liên kết bu lông, liên kết này dùng bu lông cường độ cao tuân thủ ASTM A490M. Thép được chế tạo trong nước và, trong một số trường hợp, ở nước ngoài, sau đó được vận chuyển đến từng công trường để lắp ráp và dựng. Grounded Engineering là Kỹ sư chịu trách nhiệm thiết kế (EoR) tại hai vị trí và chịu trách nhiệm triển khai chi tiết liên kết tại vị trí còn lại.
Thách thức kỹ thuật
Áp lực đất ngang tác dụng lên hệ SOE được xác định bằng các biểu đồ áp lực đất biểu kiến để thiết lập các đường bao thiết kế đại diện. Các đường bao này, cùng với các điều kiện dưới đây, được dùng để xác định nội lực thiết kế của liên kết gồm lực dọc trục, lực cắt và mô men uốn:
- Áp lực thủy tĩnh
- Hoạt tải phụ thêm trong thi công
- Tác động của băng giá và hiệu ứng nhiệt
- Tải trọng từ sàn giao thông và cần trục cổng
- Tải trọng sự cố
- Tải trọng lệch tâm
Hệ giằng chống bên trong chịu lực dọc trục rất lớn, do đó các liên kết giữa các cấu kiện giằng chống và tường vây chịu tải nặng. Grounded Engineering đã xây dựng các thiết kế ban đầu bằng cơ học kỹ thuật kết hợp với các quy định của CSA S16, CSA S6, CSA A23.3 và AISC khi áp dụng được. Các phương pháp này cho kết quả sơ bộ đáng tin cậy về khả năng chịu lực của liên kết, nhưng về bản chất chúng đơn giản hóa ứng xử thực tế của liên kết.
Sự kết hợp giữa hình học phức tạp, tải trọng lớn và tương tác giữa thép với bê tông khiến việc xác định một số hiệu ứng bằng tính tay trở nên khó khăn. Phân bố lại ứng suất, tập trung ứng suất, độ mềm của bản thép, hiệu ứng lực bẩy, đường truyền tải trọng ba chiều, độ cứng liên kết và ổn định cục bộ đều thuộc nhóm này. Ngoài ra, độ lệch tâm thi công quy định 50 mm làm phát sinh thêm mô men và biến dạng mà các phép tính tay thông thường khó có thể mô tả được.
Khả năng thi công bổ sung thêm một lớp phức tạp. Các cụm liên kết có kích thước lớn và phức tạp, nên dung sai chế tạo, khoảng hở khi dựng lắp và khả năng xung đột đều phải được kiểm tra. Và vì điều kiện hiện trường liên tục thay đổi trong quá trình thi công, nhóm thiết kế cần một cách nhanh chóng để xem xét các cấu hình hoàn công và đưa ra các giải pháp khắc phục khả thi khi có thay đổi.
Giải pháp và kết quả
Để giải quyết các liên kết này, Grounded Engineering đã sử dụng IDEA StatiCa Connection cho các nút liên kết thép và chuyển phần bê tông sang IDEA StatiCa Detail. Trong Connection, phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện (CBFEM) được dùng để phân tích các bản thép, đường hàn, bu lông và phần neo của hệ giằng chống vào tường vây. Sau đó, Detail được dùng để kiểm tra vùng bê tông cốt thép nơi các lực này truyền vào tường.
Các phân tích CBFEM bổ sung cho các tính toán truyền thống chứ không thay thế chúng. Các phân tích này nắm bắt được ứng xử mà các phương pháp tính tay chỉ có thể xấp xỉ, bao gồm đường truyền tải trọng ba chiều, biến dạng của bản thép, lực bẩy, ứng xử của đường hàn và tương tác giữa thép với bê tông cốt thép. Độ lệch tâm thi công 50 mm được đưa trực tiếp vào các mô hình, nhờ đó các hiệu ứng thứ cấp và biến dạng liên kết gắn với độ lệch này có thể được xem xét một cách tường minh.
Cần lưu ý rằng phân tích không thay thế phán đoán kỹ thuật của nhóm thiết kế. Nó mang lại cho nhóm thêm độ tin cậy đối với các giả định thiết kế và chỉ ra những vị trí mà từng thành phần liên kết có thể được tối ưu hóa. Bộ hồ sơ thiết kế cuối cùng phản ánh sự cân bằng đó, với 115 trang tính tay được bổ trợ bởi 81 trang kết quả từ IDEA StatiCa.
Các mô hình 3D cũng hỗ trợ ở khía cạnh khả năng thi công. Việc quan sát toàn bộ cụm liên kết trong không gian ba chiều giúp nhóm phát hiện các xung đột tiềm ẩn và kiểm tra dung sai dựng lắp trước khi bất kỳ cấu kiện nào được đưa ra hiện trường. Khi phát sinh điều kiện hoàn công hoặc các điều chỉnh tại hiện trường trong quá trình thi công, những thay đổi này có thể được đánh giá nhanh chóng, giúp xác định có cần biện pháp khắc phục hay không đồng thời hạn chế tác động đến tiến độ.
Để phối hợp, các mô hình liên kết được xuất sang IFC và DWG để có thể đưa vào Revit cùng với các dữ liệu còn lại của dự án. Điều đó mang lại cho các nhóm thiết kế, triển khai bản vẽ và thi công một tham chiếu 3D chung của từng liên kết để làm việc, và đây thường là nơi các sai sót cùng những RFI không cần thiết được phát hiện sớm.
Grounded Engineering cũng lưu ý rằng phần mềm chỉ là một phần của câu chuyện. Từ buổi khởi động ban đầu cho đến hỗ trợ kỹ thuật liên tục, đội ngũ IDEA StatiCa luôn phản hồi nhanh và đồng hành sát sao với dự án, và quá trình phát triển liên tục dựa trên phản hồi của người dùng đã khiến phần mềm trở thành một đối tác hữu ích trong suốt quá trình thiết kế.
IDEA StatiCa đã trở thành một phần không thể thiếu trong quy trình thiết kế liên kết của dự án này. Khả năng mô hình hóa và phân tích các liên kết ba chiều phức tạp đã bổ sung cho các tính toán kỹ thuật thông thường của chúng tôi và mang lại thêm độ tin cậy cho các thiết kế. Bên cạnh đó, sự hỗ trợ từ đội ngũ IDEA StatiCa đã giúp chúng tôi áp dụng phần mềm hiệu quả vào một số bài toán thiết kế liên kết khó nhất của dự án.
Scott Wylie
Kỹ sư dự án – Kỹ thuật thực tiễn
Canada
