Brigade, firmy Scanscot Technology to pakiet programów wykorzystujących metodę elementów skończonych służących do komputerowego wspomagania projektowania konstrukcji budowlanych, w tym przede wszystkim mostowych.
Rys. 1. Symulacja wznoszenia mostu metodą nasuwania podłużnego - Brigade/Plus
Rys. BudSoft
Brigade/Standard, pierwszy z pakietu programów znany dotąd jako Brigade, to efektywny program do projektowania mostów płytowo-belkowych. Brigade/Standard wyposażony jest tylko w opcje i narzędzia, które są potrzebne w trakcie procesu projektowania tego typu konstrukcji. Definicji modelu obliczeniowego dokonuje się bazując na geometrii konstrukcji, a nie jak w wielu innych programach, na siatce elementów skończonych. Pozwala to skupić uwagę projektanta na najważniejszych etapach projektowania konstrukcji mostowej.
Brigade/Standard wykorzystuje we wszystkich etapach tworzenia modelu zdefiniowaną na wstępie jego geometrię (niweletę, płytę pomostu, belki podłużne/poprzeczne i krawędziowe, ścianki poprzeczne, słupy, przyczółki...). Projektant skupia zatem uwagę tylko na danych geometrycznych konstrukcji mostu i nie musi troszczyć się o podział konstrukcji na elementy skończone, ich numerację, punkty przyłożenia obciążeń, sposób połączenia płyty z belkami, trasę kabli sprężających, itp. Graficzny interfejs użytkownika jest tak stworzony, aby maksymalnie uprościć pracę z programem i równocześnie zapewnić ciągłą kontrolę nad modelem mostu. Wizualizacja modelu w 3D na każdym etapie procesu modelowania konstrukcji mostu znacznie ułatwia pracę i kontrolę wprowadzanych danych.
Zdefiniowana na wstępie geometria służy następnie do automatycznego podziału na elementy skończone, który może być w każdej chwili modyfikowany bez konieczności uwzględniania renumeracji węzłów i/lub elementów. Program Brigade/Standard pozwala również na analizę konstrukcji sprężonych (płyty pomostowe, belki podłużne i poprzeczne). W analizie mostu sprężonego uwzględniane są efekty wywołane efektami krótkotrwałymi (tarcie i poślizg cięgien, sprężyste odkształcenie betonu) oraz długotrwałymi (skurcz i pełzanie betonu, relaksacja cięgien).
Obciążenia takie jak ciężar własny, parcie gruntu, osiadanie podpór, obciążenie termiczne, skurcz, obciążenia od hamowania i przyspieszania taboru, parcie wiatru, obciążenia ruchome itd. są definiowane w bardzo prosty i przejrzysty sposób, za pomocą wyboru odpowiednich zakładek i wypełniania okien dialogowych. Oferowane w Brigade/Standard wbudowane biblioteki różnych typów obciążeń ruchomych są zgodne z wieloma normami mostowymi (AASHTO, British Standard, Eurocode, normami skandynawskimi i polską normą obciążeń mostowych) i znacznie upraszczają definicję obciążeń oraz torów ruchu.
To co wyróżnia Brigade/Standard spośród innych programów do projektowania konstrukcji mostowych, to zastosowanie specjalnych algorytmów do wyznaczania najniekorzystniejszego położenia obciążenia ruchomego dla wybranych sił przekrojowych i ich kombinacji z innymi obciążeniami działającymi równocześnie. Algorytmy bazują na bardzo efektywnym algorytmie wyznaczania obwiedni sił przekrojowych wykorzystującym koncepcję powierzchni wpływu. Uwalnia to projektanta od żmudnych, często ręcznych, obliczeń związanych ze znajdowaniem obwiedni sił przekrojowych i ich kombinacji, co w przypadku konstrukcji mostowych stanowi zasadniczy etap analizy wyników.Warto zwrócić uwagę na łatwość, przejrzystość i różnorodność sposobów wizualizacji wyników analizy, które mogą być przedstawiane w formie 3D (mapy naprężeń, sił przekrojowych, przemieszczeń i reakcji rysowanych na geometrii konstrukcji) lub 2D (wykresy zmienności odpowiednich wielkości wzdłuż lub w poprzek mostu). Wyniki odnoszą się do podstawowych przypadków obciążeń jak i do obwiedni definiujących ekstrema dla różnych ich kombinacji.
Łatwość definiowania modelu konstrukcji mostu oraz efektywny generator obciążeń ruchomych i zastosowane algorytmy automatycznego znajdowania najniekorzystniejszego ich położenia czynią Brigade/Standard programem przodującym na rynku oprogramowania w inżynierii mostowej.
Z programem Brigade/Standard zintegrowany jest, znany i stosowany do rozwiązywania złożonych problemów inżynierskich, program metody elementów skończonych z Simulii - Abaqus. Gwarantuje to wiarygodność otrzymywanych wyników i dostęp do najnowszych osiągnięć w technologii metody elementów skończonych.
BRIGADE/PLUS
Brigade/Plus jest programem rozszerzającym zakres możliwości programu Brigade/Standard i jest przeznaczony do rozwiązywania złożonych zagadnień związanych z inżynierią mostową oraz wielu zagadnień spotykanych w inżynierii lądowej (nieliniowa analiza konstrukcji metalowych, betonowych, gruntów....). Brigade/Plus pozwala na przeprowadzanie analizy statycznej konstrukcji, zarówno liniowej jak i nieliniowej, wyznaczanie częstości drgań własnych, analizę dynamiczną liniową i nieliniową, wyznaczanie krytycznych mnożników obciążenia, analizę drgań harmonicznych, analizę modalną, analizę etapowego wznoszenia mostów (rys. 1), analizę współpracy gruntu i konstrukcji oraz analizę przepływów ciepła (ustalonych i nieustalonych). Zakres analiz nieliniowych obejmuje nieliniowe charakterystyki materiałowe, nieliniowość geometryczną i nieliniowości wynikające z zagadnień kontaktowych. Biblioteka elementów skończonych zawiera wszystkie elementy niezbędne do efektywnego modelowania nawet bardzo złożonych geometrii, tj. elementy kontynualne 1D, 2D i 3D, elementy powłokowe, membranowe, belkowe, kratownicowe, sprężyny, elementy sztywne. Możliwości programu Brigade/Plus można rozszerzać dodając nowe moduły do istniejących już funkcji programu. Na rys. 2 pokazano wyniki opracowanego przez Scanscot Technology i BudSoft modułu do analizy dynamicznej mostów, po których następuje przejazd pociągów z dużymi prędkościami (ponad 200 km/h). Biblioteka pojazdów szynowych zgodna ze standardami europejskimi, łatwa definicja składu pociągu przejeżdżającego przez obiekt mostowy, dostępne narzędzia do analizy wyników, pozwalają na niezwykle efektywne studiowanie problemów związanych z dopuszczeniem istniejących obiektów mostowych do nowych warunków ich eksploatacji (pociągi poruszające się z dużymi prędkościami) jak i pomagają przy projektowaniu nowych obiektów mostowych.
Rys. 2. Przykład zastosowania Brigade/Plus do symulacji przejazdu przez most pociągu z dużą prędkością
Rys. BudSoft
W opracowaniu jest moduł do prowadzenia dowolnego sprężenia konstrukcji betonowych, w tym mostów o dowolnym kształcie.
W Brigade/Plus zaimplementowany jest również moduł do wyznaczania najniekorzystniejszego położenia obciążenia ruchomego dla wybranych sił przekrojowych i ich kombinacji z innymi obciążeniami działającymi równocześnie, podobnie jak to jest w Brigade/Standard.
Z programem Brigade/Plus zintegrowany jest również program metody elementów skończonych ? Abaqus, co ponownie gwarantuje wiarygodność wyników analiz i dostęp do najnowszych osiągnięć w technologii nieliniowej metody elementów skończonych.