Hem Teknik Automatisk projektering av stödmur

Automatisk projektering av stödmur

Automur
Applikationen startas från Tekla Structures.

Stödmurar kan låta som en enkel konstruktion men projekteringen är tidskrävande. Nu har WSP utvecklat en applikation som heter AutoMur som automatiskt utför arbetshandlingsskedet. En stödmur är nu bara ett knapptryck bort.

Text: Daron Omed, WSP Bro & Vattenbyggnad.

En automatisk projektering av en stödmur som ska uppfylla Trafikverkets norm Krav Brobyggande (TDOK 2016:0204) kräver en genomtänkt process av utformning och redovisning av konstruktionen. Fullständig redovisning av modell eller ritning och konstruktionsberäkningar samt tillhörande beskrivningar ska sändas till myndigheten för granskning och godkännande. Dessa handlingar skall även förvaltas i förvaltningssystemet BaTMan (Bridge and Tunnel Management).

Att uppfylla samtliga krav för en relativt enkel konstruktion är tidskrävande i förhållande till uppdragets storlek men processen måste följas oavsett. Att automatisera projekteringen enligt myndighetskrav och samtidigt se till att en god nivå på användarvänlighet erhålls kräver ett genomtänkt flödesschema.

Resultatflik i AutoMur
Resultatflik i AutoMur.

AutoMur är en applikation som har utvecklats som en plug-in till 3D-modelleringsprogrammet Tekla Structures som utifrån angivna indata utför konstruktionsberäkning och skapar en armerad stödmursmodell, det vill säga automatiskt utför arbetshandlingsskedet. Applikationen startas från programmet och tar emot indata i form av: geometri och fyllnadshöjder, materialparametrar för grundläggning och motfyllning, exponeringsklasser, val av grundläggning, val av trafik samt överlast.

Daron Omed
Textförfattaren Daron Omed.

När dessa parametrar har matats in återger applikationen resultat avseende stabilitet (stjälpning, glidning och markens bärighet) och armeringsbehov för samtliga av stödmurens delar. Användaren anger därefter sitt val av armeringsdimensioner och s-avstånd, för varje del av stödmuren tills beräknat behov är uppfyllt. När armeringsvalet är gjort genereras en armerad modell i programmet samt en fullständig beräkningsrapport med ett knapptryck.

Applikationen har en bred flexibilitet när det gäller geometri; varierande höjder på muren och bredder på bottenplattan kan anges, muren kan utformas med olika tjocklekar vid murkrön och inspänningssnitt och bottenplattan kan utformas med lutande överyta. Även bottenplattans ändar kan roteras i plan och behöver inte vara vinkelräta mot muren. Beräkningen tar hänsyn till samtliga variationer och anpassas efter geometrin.

Användar- och teorimanual och buggrapportering återfinns i applikationen
Användar- och teorimanual samt buggrapportering återfinns i applikationen.

Motfyllnad kan luta mot eller från muren och som leder till att jordtrycket ökas eller reduceras med hänsyn till släntens lutning. Samtliga egentyngder beräknas baserat på ett scenario med hög grundvattennivå (angiven av användaren) och ett scenario med grundvattennivå under konstruktionen för att täcka in de olika situationer som kan uppstå med avseende på vattennivå. Utifrån användarens val av exponeringsklass, säkerhetsklass och livslängdsklass föreslår applikationen automatiskt beräkningsparametrar för betongmaterialet såsom spricksäkerhetsfaktorer, vattencementtal, tillåten sprickvidd och täckande betongskikt, allt utifrån gällande normer.

“Samtliga ändringar som utförs i gränssnittet uppdateras i beräkning och modell utan fördröjning.”

Laster baseras på egentyngder av den geometri som anges samt de värde på överlast av trafik som användaren uppgett i gränssnittet. Stabilitetsberäkningarna baseras på de data som anges avseende materialdensitet, friktionsvinkel, lerans skjuvhållfasthet (vid grundläggning på lera) och/eller bergets hållfasthet (vid grundläggning på berg). Samtliga lastnedräkningar och lastkombinationer utförs automatiskt och därefter erhålls resultat av stabilitet samt resultat av armeringsbehov för stödmurens samtliga delar.

Beräkning av armeringsbehov inkluderar böjning i brott- och bruksgränstillstånd samt minimiarmering med hänsyn till tvärsnittsförhållande och gjutetappslängd. Tvärsnittens tvärkraftskapacitet kontrolleras och eventuellt behov redovisas. Vid val av armering finns varningsmeddelanden inprogrammerade i fall användaren anger en otillåten utformning, till exempel om angivet s-avstånd överskrider 300 mm för vägtrafik/200 mm för järnvägstrafik eller om en armeringsdimension mindre än 16 mm anges i bottenplattans underkant då detta inte uppfyller kraven enligt Krav Brobyggande. Även geometriska begränsningar kan generera varningsmeddelanden, till exempel om bockningsradien blir för stor för tvärsnittshöjden.

Applikationen består av tre delar; beräkning, modell samt ett gränssnitt som integrerar dessa två delar. Programmeringen är mestadels utförd med C# (C-Sharp) och Visual Basic. Indata som anges i gränssnittet styr både konstruktionsberäkning och Teklamodell. Varje ändring av indata som användaren gör genererar en uppdatering av både beräkning och modell. Som exempel genererar en ändring av valda armeringsdimensioner omedelbara omberäkningar av sprickvidder i bruksgränstillstånd och av skarv- och förankringslängder. Skarv- och förankringslängderna uppdateras direkt i modellen baserat på de nya framräknade värdena.

Om murens delar har en längd som är mer än tolv meter skarvas järnen i modellen automatiskt med hänsyn till standardiserad leveranslängd (12 m). Samtliga ändringar som utförs i gränssnittet uppdateras i beräkning och modell utan fördröjning. Det gör det enkelt för användaren att på kort tid prova olika varianter av utformning samt att optimera mängder för en hög utnyttjandegrad om så önskas.

Modellen i Tekla innehåller även information om de ingående konstruktionsdelarna och skiljer sig därmed inte från en modell som skulle ha skapats manuellt direkt i Tekla. Betongelementen är kodade till den hållfasthetsklass som erhålls utifrån konstruktionsberäkningarna och armeringen är kodad med information om dess egenskaper och kvalité. Ingående delar i Teklamodellen är inte låsta så vid behov kan manuella anpassningar göras på samma vis som i en vanlig modelleringssituation.

Den här möjligheten skiljer sig ifrån andra parametriska modeller skapade med exempelvis Grasshopper där ändringsmöjligheter kan vara begränsade. På detta vis är man inte helt begränsad till applikationens ramar och kan utföra specialanpassningar, det kan vara exempelvis ursparingar i betongen eller anslutning till en annan konstruktion m.m. En modell med dessa egenskaper kan användas som byggmodell i till exempel Navis Work som ofta används för 3D-leveranser.

Modellen kan också användas för att på kort tid skapa 2D-ritningar i Tekla eftersom all information för att skapa mått samt littera för armering finns i modellen. I utvecklingsplanen finns även automatiskt upprättande av 2D-ritningar eftersom leverans i 2D fortfarande spås vara aktuellt ett antal år framöver tills 3D-leveranser är etablerade fullt ut hos beställare och entreprenörer.

Utöver modellen genererar applikationen också en beräkningsrapport som uppfyller kraven enligt Krav brobyggande, kap A.3.5.2, där uppställning av beräkningsrapporten ska vara enligt följande:

Beräkningen ska förses med innehållsförteckning, kapitelindelning och sidnumrering.
Beräkningen ska vara tydligt upprättad och försedd med figurer, förklarande text, hänvisningar och uppgifter om lastantaganden etc. i sådan omfattning att den lätt kan följas och kontrolleras.

För beräkningssätt, formler, antaganden eller tabellvärden som inte är allmänt kända ska en förklaring, härledning eller litteraturhänvisning lämnas.

Rapporten som genereras från applikationen uppfyller samtliga krav och innehåller allmän text om konstruktionen, beskrivning och skiss av geometrin, lastnedräkning och lastkombinering, stabilitetsberäkning, dimensionering av bottenplatta och mur med hänsyn till böjning och tvärkraft i brott- och bruksgränstillstånd, beräkning av skarv- och förankringslängder, kontroll av minimiarmering och armeringsskiss.

Applikationen innehåller även buggrapportering, användarmanual där det beskrivs hur applikationen ska användas steg för steg samt en fullständig teorimanual där hela beräkningsprocessen är beskriven i detalj med samtliga formler och hänvisningar till normer och standarder.