Bài viết này xác định các nguyên tắc làm việc với liên kết BIM giữa midas Civil và IDEA StatiCa, đặc biệt là các hướng dẫn để chuẩn bị đúng mô hình tính toán trong midas Civil nhằm đảm bảo quá trình nhập nội lực diễn ra suôn sẻ với ít điều chỉnh và kiểm tra nhất trong ứng dụng IDEA StatiCa BIM. Bài viết là một phần trong loạt ba bài viết đề cập toàn diện vấn đề nhập nội lực vào IDEA StatiCa BIM. Chúng tôi khuyến nghị đây là bài đầu tiên cần nghiên cứu. Hai bài tiếp theo là:
- Midas Civil BIM link for design of three-span post-tensioned bridge - Ví dụ thực tế về việc nhập kết quả từ mô hình tính toán của cầu dầm T ba nhịp ứng lực trước vào IDEA StatiCa BIM.
- Midas Civil BIM link – logic of load cases and combinations postprocessing in IDEA StatiCa BIM – Bài viết này xác định các nguyên tắc làm việc với liên kết BIM và đặc biệt là các hướng dẫn chuẩn bị mô hình tính toán trong midas Civil.
Ứng dụng IDEA StatiCa BIM được thiết kế để kết nối các kiểm tra của IDEA StatiCa (đặc biệt là RCS app) với các chương trình Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA) dùng cho phân tích tổng thể: Scia Engineer, Axis, midas Civil và midas Gen. Tuy nhiên, bài viết này chỉ tập trung vào tích hợp với midas Civil. Ứng dụng IDEA StatiCA BIM đóng vai trò là bộ chuyển đổi dữ liệu phức tạp từ midas Civil để đánh giá trong RCS app. Tính năng quan trọng là nó tự động nhập kết quả của phân tích giai đoạn thi công được thực hiện trong midas Civil, bao gồm các hiệu ứng lưu biến và ứng lực trước, v.v.
IDEA StatiCa BIM nhập từ midas Civil:
- Hình học mô hình, tiết diện ngang và đặc trưng vật liệu
- Các thông số ứng lực trước – đặc tính và bố trí cáp DƯL
- Kết quả Phân tích Giai đoạn Thi công
- Kết quả phân tích Sau Giai đoạn Thi công (nhiệt độ, bao tải trọng di động, lún không đều, v.v.)
- Quy tắc và hệ số tổ hợp
Ứng dụng IDEA StatiCa BIM không thể nhập trực tiếp các hiệu ứng lực bao từ midas Civil vì để đánh giá đúng tiết diện ngang ứng lực trước trong RCS app, cần phải tách biệt các hiệu ứng của ứng lực trước, tải trọng thường xuyên và tải trọng biến đổi. Do đó, IDEA StatiCa BIM làm việc với các trường hợp tải trọng riêng lẻ và thực hiện lại các tổ hợp theo quy tắc tổ hợp lấy từ midas Civil. Để đảm bảo truyền dữ liệu chính xác, cần tuân theo một số nguyên tắc khi chuẩn bị mô hình tính toán trong midas Civil. Các nguyên tắc này sẽ được mô tả từng bước dưới đây.
Logic làm việc với các trường hợp tải trọng trong IDEA StatiCa BIM và đánh giá các tổ hợp bao khác với logic trong midas Civil. Nó tương tự như logic làm việc với các tổ hợp, ví dụ trong Scia Engineer. Tuy nhiên, bằng cách tuân theo một vài nguyên tắc đơn giản, các tổ hợp được thực hiện lại trong BIM app sẽ cho kết quả nội lực giống hệt như trong midas Civil. Logic này được mô tả chi tiết hơn trong một bài viết riêng có tiêu đề Midas Civil BIM link – import of internal forces and combinations to IDEA StatiCa. Đối với việc sử dụng thông thường của BIM app, không cần nghiên cứu chi tiết và chỉ cần tuân theo các nguyên tắc được nêu dưới đây là đủ. Tuy nhiên, khi xử lý các tác vụ bất thường hoặc sự khác biệt về nội lực giữa midas Civil và IDEA StatiCa BIM, việc hiểu các nguyên tắc của BIM app là quan trọng. Ngoài ra, các khái niệm cơ bản đằng sau các nguyên tắc đơn giản trong bài viết này sẽ trở nên rõ ràng hơn với người đọc.
1. Không sử dụng dấu phụ trong midas Civil
Xuất dữ liệu từ midas Civil sử dụng các tệp *.mid và *.mct. Dấu chấm và dấu phẩy được dùng làm dấu phân cách cho từng dữ liệu trong các tệp này. Dấu chấm và dấu phẩy trong tên của các thực thể mô hình riêng lẻ (trường hợp tải trọng, tổ hợp, tiết diện ngang, v.v.) có thể phá vỡ cấu trúc này. Dấu trọng âm, dấu phẩy và nói chung là các dấu phụ có thể gây ra sự cố khi nhập dữ liệu vào BIM app. Do đó, chúng tôi khuyến nghị không sử dụng dấu phụ khi đặt tên cho các thực thể mô hình riêng lẻ trong midas Civil.
2. Chỉ số nhận dạng để xác định loại tổ hợp ULS hoặc SLS
Trong midas Civil, các tổ hợp được nhập trong tab Load Combination -> General. Trong midas Civil, người dùng thường phân biệt loại tổ hợp theo tên của nó, nhưng thông tin về việc đó là tổ hợp ULS hay SLS-char chẳng hạn lại bị thiếu trong dữ liệu nhập từ midas Civil. Tuy nhiên, để đánh giá đúng các trạng thái giới hạn của tiết diện ngang, BIM app và sau đó là RCS app cần phân biệt giữa các tổ hợp. Việc phân loại này có thể được thực hiện thủ công trong BIM app sau khi nhập trong Combination Manager. Tuy nhiên, theo bảng dưới đây, việc thêm các chỉ số để phân biệt các tổ hợp trực tiếp trong midas Civil trong trường Description sẽ phù hợp và hiệu quả hơn. Các tổ hợp không có chỉ số sẽ tự động được coi là tổ hợp ULS.
3. Phân biệt nhất quán giữa các trường hợp tải trọng thường xuyên và biến đổi trong midas Civil
Để BIM app hoạt động đúng với các trường hợp tải trọng được nhập, cần phân biệt đúng giữa các trường hợp tải trọng thường xuyên và biến đổi trong midas Civil bằng cách sử dụng tham số Type cho mỗi Load Case. Các trường hợp tải trọng được thiết lập trong midas Civil với loại tương ứng với tải trọng thường xuyên (Permanent Loads Case) sẽ được nhập vào BIM app dưới dạng trường hợp tải trọng thường xuyên (chính xác hơn là nhóm trường hợp tải trọng mà chúng thuộc về có loại thường xuyên). Các trường hợp tải trọng được thiết lập trong midas Civil với loại tương ứng với tải trọng biến đổi (Transient Loads Case) sẽ được nhập vào BIM app dưới dạng trường hợp tải trọng biến đổi. Danh sách các loại thường xuyên và biến đổi riêng lẻ được hiển thị trong hình ảnh sau.
4. Không sử dụng các trường hợp tải trọng thường xuyên trong tổ hợp Envelope trong midas Civil
Midas Civil và BIM app sử dụng logic hơi khác nhau khi làm việc với các trường hợp tải trọng thường xuyên. Trong midas Civil, tổ hợp loại Envelope không phân biệt giữa các trường hợp tải trọng thường xuyên hay biến đổi; nó chỉ đơn giản đánh giá toán học bao lớn nhất và nhỏ nhất từ tập hợp các trường hợp tải trọng đã xác định.
Mặt khác, trong BIM app, khi đánh giá tổ hợp bao từ một tập hợp các trường hợp tải trọng bao gồm cả trường hợp tải trọng thường xuyên và biến đổi, các hiệu ứng của các trường hợp tải trọng thường xuyên luôn được cộng thêm vào bao được tạo bởi các trường hợp tải trọng biến đổi khác. Điều này dẫn đến sự khác biệt về nội lực giữa midas Civil và IDEA StatiCa BIM. Tuy nhiên, những khác biệt trong đánh giá bao này có thể dễ dàng tránh được trong midas Civil bằng cách không sử dụng các trường hợp tải trọng thường xuyên trong các tổ hợp loại bao cùng với tải trọng biến đổi. Quy tắc này chỉ áp dụng cho các trường hợp tải trọng thường xuyên.
5. Chỉ sử dụng các trường hợp tải trọng thường xuyên trong Phân tích Giai đoạn Thi công
Khi sử dụng thi công theo giai đoạn trong midas Civil (Construction Stage Analysis), điều quan trọng là phải xem xét cách xử lý các trường hợp tải trọng thường xuyên được nhập. Tất cả các trường hợp tải trọng xuất phát từ Phân tích Giai đoạn Thi công (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) sẽ tự động được nhập vào BIM app dưới dạng trường hợp tải trọng thường xuyên, và ứng dụng coi chúng là một phần của kết quả thi công theo giai đoạn. Vấn đề phát sinh nếu một trường hợp tải trọng không phải là một phần của Phân tích Giai đoạn Thi công trong midas Civil bị gán nhầm loại tương ứng với các trường hợp tải trọng thường xuyên (chẳng hạn như Dead load, USER, v.v.). BIM app nhập trường hợp tải trọng này dưới dạng loại thường xuyên và cố gắng "đặt" nó vào trong kết quả thi công theo giai đoạn. Tuy nhiên, nó không biết vị trí nào để đặt trường hợp tải trọng vì nó không phải là một phần của Phân tích Giai đoạn Thi công đã xác định trong midas Civil. BIM app sau đó sẽ hiển thị thông báo sau trước khi thực hiện kiểm tra tiêu chuẩn tiết diện ngang: "The combination is not applicable for cross-section design because the permanent load cases contained in this combination do not correspond with permanent load cases defined in the construction stages."
Một lần nữa, những vấn đề này có thể dễ dàng tránh được bằng cách phân biệt nhất quán giữa các trường hợp tải trọng thường xuyên và biến đổi trong midas Civil bằng cách sử dụng Type (như mô tả trong đoạn số 3) và chỉ sử dụng các trường hợp tải trọng thường xuyên trong Phân tích Giai đoạn Thi công. Do đó, điều cần thiết là tránh sử dụng các loại trong midas Civil cho các trường hợp tải trọng biến đổi (phân tích PostCS) mà được nhập vào BIM app dưới dạng trường hợp tải trọng thường xuyên. Một lỗi phổ biến, ví dụ, là sử dụng loại USER, loại này luôn được nhập dưới dạng trường hợp tải trọng thường xuyên và do đó gây ra các vấn đề được mô tả trong đoạn trước.
Ngoài ra, BIM app có công cụ để kiểm tra tính nhất quán của các trường hợp tải trọng thường xuyên trong các tổ hợp được đánh giá với các giai đoạn thi công trong midas Civil. Có thể truy cập điều này thông qua tab Assessment 1D bằng cách nhấp vào nút Check of combinations.
6. Thiết lập nhóm trường hợp tải trọng và kiểm tra sau khi nhập
Tất cả các trường hợp tải trọng được nhập vào BIM app sẽ tự động được chia thành các nhóm trường hợp tải trọng. Các nhóm này đánh giá các tổ hợp bao và đảm bảo chức năng hoạt động đúng của BIM app; các quy tắc được xác định dưới đây phải được tuân theo.
Kết quả của Phân tích Giai đoạn Thi công (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) được nhập dưới dạng các trường hợp tải trọng từng phần (cho đầu và cuối mỗi giai đoạn). Chúng được tự động gán vào các nhóm trường hợp tải trọng có tên giống nhau, luôn được đặt thành loại thường xuyên. Quá trình này diễn ra tự động.
Kết quả của phân tích PostCS (các trường hợp tải trọng biến đổi) cũng được tự động gán vào các nhóm trường hợp tải trọng tương ứng, tương ứng với loại được đặt cho các trường hợp tải trọng trong midas Civil – xem đoạn 3 của bài viết này. Để xử lý đúng các trường hợp tải trọng trong các tổ hợp bao trong BIM app, điều quan trọng là tất cả các trường hợp tải trọng trong một tổ hợp Envelope phải nằm trong cùng một nhóm trường hợp tải trọng và nhóm đó phải được đặt thành loại Exclusive. Sau khi nhập, nên kiểm tra xem tất cả các nhóm trường hợp tải trọng biến đổi có được đặt loại Exclusive hay không.
Việc gán sai loại trường hợp tải trọng trong midas Civil sẽ được minh họa bằng ví dụ về tổ hợp Envelope Temperature, đánh giá bao nội lực từ hai trường hợp tải trọng:
- TG+ – Thay đổi nhiệt độ không đều +
- TG- – Thay đổi nhiệt độ không đều -
Hãy phân tích tình huống trong đó trường hợp tải trọng TG+ được gán nhầm loại Temperature (T) trong midas Civil, và trường hợp tải trọng TG- được gán loại Temperature gradient (TPG). Sự không chính xác này sẽ không ảnh hưởng đến kết quả của tổ hợp trong midas Civil, và bao sẽ đúng. Tuy nhiên, sau khi nhập vào BIM app, các trường hợp tải trọng sẽ được đặt vào hai (!) nhóm trường hợp tải trọng khác nhau, cả hai đều thuộc loại Exclusive. Tổ hợp bao Temperature được nhập từ midas Civil sẽ được đánh giá trong BIM app là tổng của các trường hợp tải trọng TG+ và TG-. Lý do cho hành vi này được giải thích chi tiết trong bài viết này.
7. Bật Additional steps trong cài đặt giai đoạn thi công
Cũng như BIM app tái tạo lại các bao của tải trọng biến đổi, nó cũng tái tạo lại kết quả của phân tích thi công theo giai đoạn từ các đầu ra từng phần của midas Civil. Do đó, cần xuất kết quả từ midas Civil vào cuối mỗi giai đoạn (cài đặt mặc định) và vào đầu mỗi giai đoạn. Để đảm bảo BIM app có đầy đủ thông tin để "tái tạo thi công theo giai đoạn", tùy chọn "Additional steps" phải được chọn trong hộp thoại cài đặt thi công theo giai đoạn (Load -> Construction stage -> Define C.S.) cho tất cả các giai đoạn. Nếu tùy chọn này không được bật, các bước bổ sung cho giai đoạn sẽ được tạo trong IDEA StatiCa BIM, nhưng các giá trị nội lực sẽ không được điền vào.
8. Thêm trường hợp tải trọng không vào tổ hợp Envelope trong midas Civil
Khi đánh giá tổ hợp Envelope, midas Civil tuân theo logic toán học nghiêm ngặt và đánh giá giá trị nhỏ nhất là giá trị thấp nhất về mặt toán học và giá trị lớn nhất là giá trị cao nhất về mặt toán học từ tập hợp các trường hợp tải trọng đã xác định.
Ngược lại, BIM app tự động tính đến các tình huống khi không có tải trọng biến đổi nào được áp dụng lên kết cấu khi đánh giá tổ hợp Envelope của tải trọng biến đổi. Khi đánh giá bao từ các trường hợp tải trọng có hiệu ứng (tại tiết diện cụ thể của kết cấu!) cùng dấu, ví dụ dương, BIM app sẽ đánh giá giá trị dương lớn nhất là giá trị lớn nhất và không là giá trị nhỏ nhất – nghĩa là không có tải trọng biến đổi nào được áp dụng lên kết cấu.
Nếu các trường hợp tải trọng riêng lẻ trong tổ hợp Envelope trong midas Civil tạo ra các lực cùng dấu, cần thiết phải thêm một trường hợp tải trọng không (rỗng) vào tổ hợp Envelope. Điều này cũng xem xét rằng không có trường hợp tải trọng biến đổi nào có thể được áp dụng lên kết cấu từ nhóm các trường hợp tải trọng biến đổi trong tổ hợp Envelope trong midas Civil. Nó đảm bảo tính nhất quán của kết quả giữa midas Civil và BIM app.
Nếu tổ hợp Envelope cho giá trị lớn nhất và nhỏ nhất có dấu ngược nhau tại các tiết diện riêng lẻ (đại đa số các trường hợp), thì không cần thiết phải thêm trường hợp tải trọng không vào tổ hợp Envelope.
9. Xem xét các hệ số rsup và rinf cho đánh giá SLS
Các kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) trong IDEA StatiCa RCS tự động tính đến ảnh hưởng của các hệ số rinf và rsup được xác định trong EN 1992-1-1; 5.10.9 (1) cho các hiệu ứng của ứng lực trước. Do đó, không cần thiết phải xem xét các hệ số này khi tạo các tổ hợp SLS trong midas Civil. Nếu các hệ số này được áp dụng trong midas Civil, chúng sẽ được áp dụng lần thứ hai trong RCS app.
Tuy nhiên, rõ ràng là khi thiết kế cầu, kỹ sư cần tính toán và hiển thị, ví dụ, các bao ứng suất pháp tại các thớ biên của tiết diện ngay trong midas Civil. Do đó, trước khi xuất sang BIM app, cần phải vô hiệu hóa các tổ hợp SLS này, bao gồm các hệ số rinf và rsup.
Một phương án thay thế là nhập các tổ hợp SLS, bao gồm các hệ số, nhưng trong RCS app, đặt các giá trị của hệ số ring và group thành 1.0. Thông tin thêm về vấn đề này có thể được tìm thấy trong bài viết How the fators rinf and rsup are considered for SLS combinations.
10. Kiểm tra bao giữa midas Civil và IDEA StatiCa BIM
Việc xác minh tính chính xác của các tải trọng được nhập vào IDEA StatiCa BIM luôn được khuyến nghị cao. Điều này có thể dễ dàng thực hiện bằng cách so sánh các bao nội lực giữa midas Civil và IDEA StatiCa BIM (BIM app). Ví dụ, quy trình tiêu chuẩn trong midas Civil là một tổ hợp Envelope "cuối cùng" duy nhất của Trạng thái Giới hạn Cực hạn (ULS) kết hợp tất cả các tổ hợp ULS từng phần, và do đó luôn nên, sau khi nhập, so sánh bao cuối cùng này với kết quả "được tái tạo" trong BIM app.
Tuy nhiên, khi so sánh các bao cho mô hình tính toán với tiết diện bê tông-bê tông theo giai đoạn (hỗn hợp), sự khác biệt giữa midas Civil và IDEA StatiCa BIM phát sinh liên quan đến trọng tâm tiết diện được xem xét để đánh giá mô men uốn. Chương trình Midas Civil liên hệ tất cả nội lực (bao gồm cả hiệu ứng ứng lực trước) với trọng tâm của tiết diện đang được kích hoạt hiện tại. Trong IDEA StatiCa BIM, nội lực được tính lại theo trọng tâm của tiết diện cuối cùng trong suốt quá trình thi công theo giai đoạn. Sự khác biệt về điểm tham chiếu, mà tại đó mô men uốn và các bao của chúng được đánh giá, tự nhiên ảnh hưởng đến kết quả. Do đó, đối với các tiết diện theo giai đoạn, cần so sánh, ví dụ, các bao lực cắt giữa midas Civil và BIM app. Thông tin thêm về vấn đề này có thể được tìm thấy trong bài viết Composite Cross-sections - Different Internal Forces in midas Civil and IDEA StatiCa.