Teräsbetonisen ulokkeellisen laattatiesillan algoritmiavusteinen suunnittelu

Abstract

Siltahankkeen esi- ja yleissuunnitteluvaiheessa olennaisena osana on eri siltavaihtoehtojen vertailu, jotta löydetään edellytykset kokonaistaloudelliselle siltaratkaisulle. Suunnittelun jokaisella kierroksella kuluu aikaa tuotetun tiedon havainnollistamiseen ja tulosten arviointiin. Tässä diplomityössä tutkittiin teräsbetonisen ulokelaattasillan algoritmiavusteista suunnittelua ja algoritmiavusteisen suunnittelun soveltuvuutta siltahankkeen esi- ja yleissuunnitteluvaiheeseen. Työn tavoitteena oli laatia vuokaavio kuvaamaan valitun siltatyypin algoritmiavusteista suunnittelua ja laatia suunnitteluohjetta noudattava algoritmi. Algoritmin avulla tuotetun geometriamallin avulla tavoiteltiin luotettavampaa määrätietoa, selkeämpää käsitystä siltaratkaisun kustannustasosta ja tehokkuutta siltavaihtoehtojen vertailuun.

Käytetyt tutkimusmenetelmät olivat kirjallisuus-, haastattelu- ja tapaustutkimus. Kirjallisuustutkimuksen pääasiallisena lähteenä ja rajauksena toimi teräsbetonisen ulokelaattasillan suunnittelua varten vuonna 2017 laadittu suunnitteluohje. Haastattelututkimuksella selvitettiin siltojen tietomalliohjeen käynnissä olevaa päivitystyötä. Algoritmi laadittiin Rhinoceros 3D -ohjelman visuaalisella ohjelmointiympäristö Grasshopperilla. Algoritmin tuottama geometriamalli muodostettiin Tekla Structures -ohjelmaan Grasshopper-Tekla Live Link -komponenteilla.

Työn tuloksena syntyivät valitun siltatyypin geometriamallin toteuttavan algoritmin toimintaperiaatetta ja logiikkaa kuvaavat vuokaaviot. Vuokaaviot laadittiin rakenneosakohtaisesti ja lähes ohjelmistoriippumattomiksi. Työssä algoritmiin laadittu osuus vuokaavioista toteuttaa päällysrakenteista kansirakenteen ja reunapalkit sekä alusrakenteista pilarit. Algoritmi validoitiin vertailemalla algoritmin tuottamaa geometriamallia kahden toteutetun siltahankkeen IFC-malleihin. Algoritmin avulla tuotettu geometria oli pääosin yhteneväinen toteutuneiden siltaratkaisujen suhteen. Algoritmiavusteisen suunnittelun todettiin soveltuvan esi- ja yleissuunnitteluvaiheeseen.

An essential part of the pre- and general design phase is to compare different bridge options for finding the most cost-effective bridge solution. In the design iteration process, each step requires time for illustrating the information produced and evaluate the results. In this master's thesis, the algorithm-based design of a type typical for concrete bridge in Finland and the applicability of algorithm-based design to the pre- and general design phase of a bridge project were investigated. The aim of the work was to create a flowchart of the algorithm-based design of the selected bridge type and an algorithm following the design guideline. The algorithm-based geometry model aims at more reliable quantity data, a clearer understanding of the cost level of the bridge solution and efficiency for comparing bridge alternatives.

The research methods used were literature, interview and case study. The main source and delineation of the literature review was the design guide prepared in 2017 for the design of selected bridge type. The interview study took into account the ongoing updating of the bridge information-modeling guide. The algorithm was developed with the visual programming environment Grasshopper of Rhinoceros 3D. The geometry model generated by the algorithm was formed in Tekla Structures with Grasshopper-Tekla Live Link components.

Flowcharts describing the operating principle and logic of the algorithm to generate the geometry model of the selected bridge type were created. Flowcharts were based on a component-by-component approach and are almost software-independent. The part of the algorithm developed in the work implements the bridge deck, the felloe guards and the pillars. The algorithm was validated by comparing the geometry model produced by the algorithm with the IFC models of the two implemented bridge projects. The geometry produced by the algorithm was largely consistent with respect to the implemented bridge solutions. Algorithm-based design was found to be suitable for the pre- and general design phase.