Sillan maatukien rakennesuunnittelun automatisointi : parametrinen rakennesuunnittelu

Abstract

Opinnäytetyössä selvitettiin mahdollisuuksia sillan massiivisen teräsbetonisen maatuen rakennesuunnittelun automatisointiin. Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Ramboll Finland Oy. Työssä luotiin parametrisesti toimiva rakennesuunnittelutyökalu sillan maanvaraisille maatuille ja lopputuotteena saatiin rakennelaskelmaraporttiin tarvittavat dokumentit. Opinnäytetyössä luodun suunnittelutyökalun tarkka rakenne on luottamuksellista tietoa, joten sitä ei esitellä työssä yksityiskohtaisesti.

Opinnäytetyössä luotiin onnistuneesti pintamallia lähtötietona käyttävä algoritmipohja, jolla saadaan selvitettyä maatuelle aiheutuvat rasitukset ja muodonmuutokset. Rasituksista tehtiin myös taivutusmitoitus maatuen eri rakenneosille. Työkalua tarvitsee vielä testata projektityössä, minkä jälkeen siitä saadaan muokattua käyttäjäystävällinen työkalu rakennesuunnittelijoille. Työkalu toteutettiin käyttämällä FEM-ohjelmistoa Sofistik, NURBS-pohjaista Rhino-pintamallinnusohjelmaa ja sen visuaalisen ohjelmoinnin lisäosaa Grasshopperia.

Kirjallisuustutkimuksessa esitetään maatukityypit, niiden perustamistavat, geoteknisen suunnittelun perusteet sekä maatuen rakennesuunnittelun perusteet. Tapaustutkimuksessa käsitellään käytettyjen ohjelmistojen perusteet, niiden tehtävät työkalun luonnissa, automatisoinnin teoriaa ja soveltamista rakennesuunnittelussa. Lisäksi omassa kappaleessaan käsitellään työssä luodun algoritmipohjan rakennetta sekä toimintaa pintapuolisesti.

Työkalua testattiin testipintamallilla ja testikuormilla, jolloin ei päästä tarkastelemaan todellista tapausta. Tulevat projektit toimivat työkalulle todellisina testeinä, jolloin sen käyttömukavuutta ja toimivuutta päästään arvioimaan. Työkalun ympärille tullaan varmasti jatkokehittämään omia osioitaan, kuten maatuen mallinnustyökalu, mahdollisuus tehdä rakennesuunnittelu paalutetuille perustuksille sekä yhtenäistetään suunnitelmien dokumentointi. Näin ollen maatuen automatisointiprosessi saadaan toimimaan luotettavammin alusta loppuun ja suunnitelmien laatu paranee.

This master thesis was started to explore different possibilities to perform structural design of bridge abutments by parametric design and automation. This thesis was commissioned by Ramboll Finland Oy. The main objective was to create algorithm based parametric structural design tool for bridge abutments. The design tool is confidential therefore it is not presented in detail.

In this study an algorithm template that uses a surface model as an input value and execute structural analysis by parametric inputs was successfully created. The generated action effects are used to perform the bending design of the slab elements. The design tool still needs testing in projects so it can be developed into a user-friendly tool for structural engineers. It was created with FEM-software Sofistik, NURBS based Rhino CAD software and its visual programming add-on called Grasshopper.

Various types of bridge abutments, foundations, basics of geotechnical design and abutment design are presented in the literature survey. Used pieces of software, programs, a theory of automation and its application in structural design are presented in the case study. The Created design tool, its structure and performance are presented in an own chapter.

The Design tool was tested with a fictitious surface model and loads. Therefore, all the effects of a real-world case could not be studied. Future projects will act as real tests for the tool, allowing for the evaluation of its ease of use and functionality. There will be development on algorithm-based tools, which are working in conjunction with this tool. For example, a parametric modelling tool for the abutment surface model and the possibility to use pile foundation. Further development will increase the level of automation in the design process, as well as its reliability. This will also work to increase the quality of the designs.