Kết nối các chuyên gia xây dựng và thiết kế cầu đường với BIM

Trong thiết kế và thi công cầu đường, ngoài việc thiết kế mô hình, phối hợp công việc và quản lý thi công, các chuyên gia trong ngành còn phải hoàn thành rất nhiều công đoạn công phu khác. Ví dụ, những bản phân tích kết cấu sẽ đòi hỏi kinh nghiệm của các kỹ sư cầu đường lành nghề thực hiện, cùng với sự hỗ trợ từ các chuyên gia để giải quyết những thử thách đặc biệt như các vấn đề về địa lý và nền móng, tạo ứng suất hay kỹ thuật xử lý địa chấn. Tuy nhiên, những công việc này thường nằm ngoài quy trình làm việc BIM truyền thống nên không hoàn toàn nhận được những lợi ích mà BIM có thể mang lại trong việc nâng cao hiệu suất, hiệu quả giao tiếp và cộng tác. 

Do đó, việc có thể sử dụng quy trình BIM như một quy trình lập kế hoạch được tích hợp đầy đủ, bao gồm các phân tích, đánh giá kết cấu chi tiết và cho phép tất cả các nhóm liên kết trong một dự án là đặc biệt quan trọng. Công cụ BIM Allplan Bridge đã giải quyết được vấn đề này bằng cách cung cấp các chức năng như phân tích kết cấu và đánh giá độ bền, từ đó khai thác thêm nhiều lợi ích từ phương án BIM cho tất cả các bên tham gia vào dự án.  

© ALLPLAN

Lợi ích khi tiếp cận BIM để tích hợp

Phân tích kết cấu hiệu quả

Các mô hình 3D chi tiết không phù hợp với những bản phân tích kết cấu, cần nhiều sự đơn giản hóa để làm được. Các kỹ sư kết cấu sẽ thực hiện phân tích này bằng cách xem xét những mối quan hệ liên quan và độ chính xác cần thiết của các tính toán. Do đó, công việc thiết kế chủ yếu được thực hiện bởi các kỹ sư cầu đường với 2 quy trình riêng biệt: thiết kế kiến trúc và mô hình sử dụng BIM, cũng như tạo dựng mô hình phân tích kết cấu. 

Ta có thể tránh được việc mô hình hóa trùng lặp này bằng cách tự động tạo mô hình kết cấu có liên quan từ mô hình kiến trúc. Chức năng này có thể được tìm thấy trong Allplan Bridge, cho phép người dùng giữ quyền kiểm soát đối với mô hình đã tạo và thực thi các sai lệch so với mô hình kiến trúc. Hai mô hình này sẽ được liên kết với nhau, vì vậy bất kỳ sửa đổi nào trong mô hình đều sẽ được cập nhật ngay lập tức trong mô hình kết cấu. 

© ALLPLAN

Cải thiện mô phỏng công trình 

© ALLPLAN

Kết cấu cầu cuối cùng cũng như quá trình xây dựng chính là hai thứ chi phối khả năng chịu tải. Vì thế, trong Allplan Bridge, quá trình xây dựng trong mô hình BIM được đưa vào mô hình phân tích tự động như một mốc thời gian để thực hiện các tính toán tĩnh cần thiết. Bằng cách mô phỏng quá trình xây dựng, ta có thể xem xét ứng suất do quá trình lắp dựng theo từng giai đoạn, cũng như ứng suất phụ thuộc vào thời gian do độ biến dạng của thép dự ứng lực. Đối với các cầu bê tông có ứng suất trước, người dùng cũng có thể tìm thấy các thao tác như thiết kế cốt lõi hình và quá trình căng để giảm thiểu tổn thất ứng suất trước.  

Điều kiện và sự kết hợp tải trọng chính xác 

Các tải trọng như trọng lượng của công trình, ứng suất trước hoặc tĩnh tải đặt thêm sẽ được tự động xem xét trong bản mô phỏng xây dựng. Tuy nhiên, một số tác động của các tải trọng khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của cầu và chúng ta sẽ cần đến các công cụ đặc biệt, chẳng hạn như dự báo tác động của động đất. Chúng đã được bao gồm trong Allplan Bridge. 

Tính toán tải trọng giao thông của cầu theo tiêu chuẩn thiết kế là một quá trình phức tạp. Trong Allplan Bridge, ta có thể tiến hành điều này bằng cách đánh giá các liên quan đến làn đường. Và để làm được, ta cần phải xác định các làn đường chính xác dọc theo bề mặt cầu và được xác định trong mô hình cầu. Khi tính toán tải trọng giao thông trên một làn đường nhất định, các loại tải trọng theo quy định của mã thiết kế sẽ được đặt tự động dọc theo làn đường ở các vị trí liên quan. Kết quả cho ra giá trị các tải trọng khác nhau trên các làn đường khác nhau sẽ là tải trọng đặt thêm. Phần mềm sẽ tổng hợp kết quả của các nhóm làn đường khác nhau cho ra tải trọng giao thông cuối cùng.  

Đối với các vùng hay xảy ra động đất, ta cần phải thực hiện phân tích động lực học để xác định tác động của các tình huống này. Allplan Bridge sử dụng phương pháp Response Spectrum (phản ứng quang phổ) đa chế độ để đánh giá tác động của tải trọng địa chấn.

Giải pháp bao gồm 2 nhiệm vụ riêng biệt trong quy trình tính toán, trước hết là xác định các chế độ liên quan của hệ kết cấu bằng cách sử dụng sơ đồ lặp không gian nhỏ theo Bathe và thứ hai là đánh giá phản ứng quang phổ đã quy định trong mã thiết kế.  

© ALLPLAN

Thiết kế và thẩm định kết cấu

Allplan Bridge cải thiện mức độ hiệu quả và hiệu lực của cả quá trình thiết kế và BIM. Sau khi các phân tích kết cấu được thực hiện, các kỹ sư cần phải thực hiện những bài kiểm tra chất lượng dựa trên mã thiết kế liên quan đến trạng thái giới hạn khả năng sử dụng (Serviceability Limit State – SLS) cũng như trạng thái giới hạn độ bền (Ultimate Limit State – ULS). Allplan Bridge có tất cả các công cụ thông minh để tính toán số liệu các bài kiểm tra này và chuyên sâu hơn, ví dụ như các tính toán phức tạp trong suốt tuổi thọ của cầu và nghiên cứu khả năng chịu cắt của cầu bê tông dự ứng lực.  

© ALLPLAN

Ví dụ, cầu bê tông dự ứng lực có nhiều giai đoạn lắp dựng, do đó cần phải có sự phân tích và kiểm tra kỹ lưỡng kết cấu. Lịch sử quá trình xây dựng và các tác động dẫn đến hiện tượng biến dạng là nguyên nhân gây ra sự tái phân bố ứng suất trên cả mặt cắt ngang và kết cấu của cầu. Trạng thái ứng suất ngay sau khi hoàn thành công trình (trạng thái ứng suất ban đầu) được sử dụng để tính toán độ bền uốn cuối cùng, cũng như kiểm tra độ mỏi và khả năng sử dụng. Việc tính toán độ bền uốn là rất phức tạp, đòi hỏi tích phân của ứng suất trên diện tích mặt cắt và phân tích phi tuyến tính các phương trình cân bằng của mặt cắt. 

Cầu bê tông dự ứng lực cũng cần phải được khảo sát khả năng chịu biến dạng. Về phương diện này, tiêu chuẩn Eurocode được thiết lập dựa trên mô hình giàn có góc thay đổi. Các kỹ sư phải đưa ra những điều chỉnh nhất định đối với một số điều khoản của Eurocode về thiết kế bê tông dự ứng lực liên quan đến (i) mối quan hệ giữa cường độ cắt và cánh tay đòn chịu uốn, và (ii) tính toán lực kéo trong cốt thép dọc do lực cắt.  

Đối với trường hợp kiểm tra SLS (chẳng hạn như giới hạn ứng suất, chiều rộng vết nứt, điều kiện nén và kiểm soát độ võng), việc sử dụng phương pháp ứng suất ban đầu thậm chí còn cần thiết hơn trong kiểm tra ULS vì trạng thái ứng suất ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến kết quả. Theo tiêu chuẩn Eurocode, các điều kiện về khả năng sử dụng chi phối thiết kế mặt cắt ngang vì kết cấu phải chịu tải trọng khai thác trong phần lớn tuổi thọ của nó. Do đó, việc kiểm tra này đặc biệt quan trọng và không được bỏ qua hoặc thay thế bằng việc đánh giá khả năng cuối cùng của kết cấu. 

Thiết kế kết cấu tinh gọn 

Allplan Bridge là giải pháp thiết kế cầu tích hợp đầu tiên trên thế giới, lập bản đồ quy trình BIM hoàn chỉnh cho các dự án cầu. Nó không chỉ hợp lý hóa một loạt các nhiệm vụ phân tích kết cấu mà còn giúp cải thiện sự liên kết giữa các nhóm bằng cách tích hợp các tính năng truyền thống riêng biệt cùng với các hoạt động phân tích kết cấu vào quy trình thiết kế. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể công sức, thời gian và tiền bạc, đồng thời cung cấp cho các kỹ sư những công cụ cần thiết để tạo ra nhiều sự sáng tạo và đổi mới hơn trong các dự án của họ. 

Trải nghiệm ngay phiên bản Allplan Bridge 2023 hoàn toàn miễn phí!

Nguồn: Integrating Engineering Specialists into Bridge Design with BIM

Shopping Basket