Rectangular Pier Column

Owned by Halil Yasavul (Unlicensed)
Last updated: May 28, 2019
9 min read

Bir yapısal sistemde kolonlar, eksensel ve eksantrik yüklemelere karşı direnen dikey elemanlardır. Kolonların görevi üst yapıdan aldıkları yükü temele aktarmaktır. 

Extends

Kolon objesi oluşturulurken, ParamML'deki "Extends" komutundan faydalanılmıştır. Extends, konsept açısından Java, C#, Ruby gibi nesneye yönelik programlama dillerindeki "Inheritance" kavramına benzemektedir. Extends içerisine yazdığımız objelere parent obje, yarattığımız objeye ise child obje diyebiliriz. Parent objeler, child objenin içerisine olduğu gibi gelir. Amaç parent obje ile gelen kodu "override" ederek, parent objelerin özelliklerini taşıyan, özgün bir child obje oluşturmaktır.

Objeleri oluştururken Extends kullanmamın avantajları:

  • Bir çok objede kullanılacak bir kod parent obje olarak oluşturulup, extends ile çağrıldığında, zaman ve enerjiden tasarruf edilmiş olur. 
  • Aynı parent objeler kullanılarak oluşturulan child objeler benzer özelliklere sahip olduklarından, objelere daha hakim olunur.
  • Child obje içerisinde yapılan her şey o obje içerisinde kalır, parent objede bir değişiklik olmadğı için tekrar tekrar kulanılabilir.
  • Bir projede doğru çalıştığından emin olunan bir parent obje kullanıldığında, projede ortaya çıkacak sorunlar azaltılmış olur. 

Rectangular Pier Column için düşünecek olursak:

Extends 
<O N="TXS_RectangularPierColumn" T="Project" Extends="[Base_SubColumn,Base_SubUnits,Base_SubFoundRef]" Category="Substructure Components" TransAlignRule="Right">

Obje Linkleri:

Rectangular Pier Column  : https://openbrim.org/objid1xe1mlb66xwh0tcfm3052.libobj

Base_SubColumn             : https://openbrim.org/objidhib85e6m5dd3x809wcrec.libobj

Base_SubUnits                 : https://openbrim.org/objidk0ckggly319oh04s9ja2i.libobj

Base_SubFoundRef         : https://openbrim.org/objidlusuphcg46l8t9rh1xvmm.libobj

"Base_SubColumn", "TXS_SubUnits" ve "Base_SubFoundRef" parent objelerdir, "TXS_RectangularPierColumn" ise parent objelerden türetilmiş bir child objedir.

Base_SubUnits

TXS_SubUnits objesi içerisinde köprü objeleri oluşturulurken kullanılan birim sistemi mevcuttur. Her projenin başında tekrar tekrar birim sistemi tanımlamaktansa, "TXS_SubUnits" objesi extend edilerek zamandan ve kod kalabalığından tasarruf edilmiş olur.

Base_SubColumn

Türü ne olursa olsun tüm kolonların bazı ortak parametreleri vardır. Bunlar kolonun konumu ve temel üst kotu gibi parametrelerdir. Şuan var olan ve gelecekte oluşturulabilecek tüm kolon objelerinde bu parametrelerin olmasını bekleriz. Kolonlara dair ortak bilgi ve parametreler her kolon objesi için yazılmak yerine "Base_SubColumn" objesi içinde tanımlanmıştır. Bir kolon objesi yaratmak için "Base_SubColumn" objesi kullanıldığında, hem zaman tasarrufu yapılmış olur, hem de oluşturulan objeler kontrol altına alınmış olur.

Base_SubFoundRef 

OpenBrIM içerisinde objeler birbirleriyle iletişim halindedir. Köprü elemanları kendilerini birbirlerinin konumuna göre yerleştirir. Kolon, kendini başlık kirişi göre yerleştirir. Temel ise kendini kolona göre yerleştirir. Kendini kolonun altına yerleştirebilmesi için, temel objesine konum bilgisi verilmelidir. Bu bilgi kolonun altına bir referans çizgisi(refline) çizerek verilir. Konum bilgisi oluşturulduktan sonra, temel objesinin bu bilgiye ulaşmasını sağlamak gereklidir. App üzerinden temel objesi yaratmak istediğimizde, hangi objenin altına geleceğini seçmemiz gerekir. Peki, temel hangi objenin altına yerleşmelidir? Tabii ki temele referans çizgisi veren objenin altına yerleşmelidir. Bu davranışı sağlamak için "Base_SubFoundRef" parent objesi, kolon yaratılırken extend edilir ve temel objesi oluşturulurken temelin referans alacağı obje inputunun türü "Base_SubFoundRef" yapılır.

Parametreler   

Base_SubColumn Inputları 
<P N="sbcr" V="HPC" T="Base_SubColumnRef" Role="Input" D="Pier Cap" Category="Location" />
<O T="ParamInfo" Min="1" Max="1" Required="1" Pick="1" Param="sbcr" />
<P N="LocY" V="30" D="Transverse Offset" Role="Input" Category="Location" UT="Length" UC="StructU" />
<P N="LocZ" V="-600"  D="Top elevation of foundation" Role="Input" Category="Location" UT="Length" UC="DR_PropU1" />


TXS_RectangularPierColumn Inputları 
<O N="Pier Geometry" T="Group">
	<P N="ColW" V="132" D="Width of pier" Role="Input" Category="Geometry" UT="Length" UC="PropU1" />
	<P N="ColT" V="80" D="Length of pier" Role="Input" Category="Geometry" UT="Length" UC="PropU1" />
</O>
<O N="Material" T="Group">
	<P N="PierMaterial" V="NULL" T="Material" D="Pier Material" Role="Input" Category="Material" />
</O>


  • Alt yapı (sbcr)

Kolonun hangi alt yapı objesinin altına geleceğini belirler. Input'un türü "Base_SubColumnRef" olarak belirlenmiştir. Kütüphanede oluşturulan bir objenin türünün "Base_SubColumnRef" olabilmesi için, ya obje "Base_SubColumnRef" olmalıdır ya da "Base_SubColumnRef" objesini extend etmelidir. "Base_SubColumnRef" kolona referans çizgisi veren objelerin bir parent objesidir. Tüm bu ifadeler "Kolonun referans alarak kendini yerleştireceği obje, kolona referans çizgisi veren bir obje olmalıdır." anlamına gelir.  Bu örnekte inputun değeri HPC olarak belirlenmiştir. HPC private içinde gelen bir Hammerhead Pier Cap objesidir.

  • Y konumu (LocY)

Kolonun, enine konumudur. Kolonun referans çizgisi üzerindeki konumu olarak da düşünülebilir. Pozitif veya negatif input değerlerine göre kolon sağa veya sola yerleştirilir.

  • Temel üst kotu (LocZ)

Temel yüzeyinin yüksekliğidir. Bu değer alignment fonksiyonlarından etkilenmez, global z koordinatıdır.

  • Kolon Genişliği (ColW)

Kolon genişliğini belirleyen parametredir. 

  • Kolon Kalınlığı (ColT)

Kolon kalınlığını belirleyen parametredir.

  • Kolon Malzemesi (PierMaterial)

Kolonun malzemesini belirleyen parametredir.


3D Geometri

Geometry 
<O N="View 3D" T="Group" Alignment="ObjAlignment" X="CenterCoord[0]" Y="LocY" RZ="-sbcr.rot" Color="#979595" AlignH="Orient" AlignV="Warp" AlignT="Ignore">
        <O N="RectangularPier" T="Group">
            <O T="Volume">
                <O T="Surface">
                    <O T="Point" X="-ColW/2" Y="-ColT/2" Z="CenterCoord[2]" />
                    <O T="Point" X="-ColW/2" Y="-ColT/2" Z="LocZ" AlignT="Fixed" AlignV="Fixed" />
                    <O T="Point" X="-ColW/2" Y="ColT/2" Z="LocZ" AlignT="Fixed" AlignV="Fixed" />
                    <O T="Point" X="-ColW/2" Y="ColT/2" Z="CenterCoord[2]" />
                </O>
                <O T="Surface">
                    <O T="Point" X="ColW/2" Y="-ColT/2" Z="CenterCoord[2]" />
                    <O T="Point" X="ColW/2" Y="-ColT/2" Z="LocZ" AlignT="Fixed" AlignV="Fixed" />
                    <O T="Point" X="ColW/2" Y="ColT/2" Z="LocZ" AlignT="Fixed" AlignV="Fixed" />
                    <O T="Point" X="ColW/2" Y="ColT/2" Z="CenterCoord[2]" />
                </O>
            </O>
        </O>
    </O>

Kolonun 3d geometrisi başlık kirişinin altındaki kolon referans çizgisine göre oluşturulur. Objeye atanan alignment (ObjAlignment) kodun başka bir kısmında, kolonun referans alacağı alt yapı objesinin alignment'ı olarak belirlenmiştir. AlignH parametresi "Orient" olarak tanımlanarak obje yatay eksende alignment'a sokulmuştur. AlignV parametresi "Warp" olarak tanımlanarak, obje alignment'ın düşey eksendeki koordinatlarına göre konumlandırılmıştır.  AlignT parametresi "Ignore" olarak tanımlanarak, cross-slope'tan gelen yükseklik değerinden etkilenmemesi sağlanmıştır.

CenterCoord parametresi, kolonun merkez koordinatını verir. Kolon referans çizgisinin Y noktasının LocY'ye eşit olduğu yerdeki koordinatlardan oluşan bir listedir. Bu parametre tüm kolon objeleri için ortak olduğundan Base_SubColumn objesi içerisinde hesaplanır ve exportlanır.  

CenterCoord 
<P N="CenterCoord" V="onliney(toglobal(sbcr.ColumnRefline),LocY)" />

Kolonun Z eksenindeki dönme açısı, altına geldiği yapının dönme açısına eşitlenmiştir. Bu işlem 3D Geometri kod segmenti içerisinde RZ="-sbcr.rot" komutuyla yapılmıştır.


Finite Element Model

Kolon geometrisi kalınlık ve genişlik (ColT ve ColW) inputları kullanılarak oluşturulmuştur. Kolonun alt yüzeyindeki noktalar oluşturulurken AlignT ve AlignV parametreleri "Fixed" olarak belirlenmiştir. Kolonun alt yüzeyinin yüksekliği, temelin üst yüzeyinin yüksekliğine eşittir. Yani bu noktaların alignmentın yüksekliğiyle bir bağlantısı yoktur. LocZ, noktaların global Z koordinatıdır. 

Rectangular Column FEM 
 <O N="FEM" T="Group">
        <O N="FEProperties" T="Group">
            <O N="RigidMat" T="Material">
                <P N="E" V="29000" D="Modulus of Elasticity" />
                <P N="G" V="11200" D="Shear Modulus" />
                <P N="d" V="0" D="Unit Weight" />
            </O>
            <O N="RigidSec" T="Section" w="240" h="240" Ax="w * h" Ay="(5/6)*Ax" Az="Ay" b="(w .GT. h ? h : w)" J="1000000000" Iy="h * w * w * w / 12" Iz="w * h * h * h / 12" Izy="0" a="(w .GT. h ? w : h)">
                <P N="Material" V="RigidMat" T="Material" />
            </O>
            <O N="RectangularPierSec" T="Section">
                <P N="Material" V="PierMaterial" T="Material" />
                <O T="Shape">
                    <O T="Point" X="ColW/2" Y="ColT/2" />
                    <O T="Point" X="-ColW/2" Y="ColT/2" />
                    <O T="Point" X="-ColW/2" Y="-ColT/2" />
                    <O T="Point" X="ColW/2" Y="-ColT/2" />
                </O>
            </O>
        </O>
        <O N="Column" T="Group" Alignment="ObjAlignment" AlignH="Orient" AlignV="Warp" AlignT="Ignore">
            <O N="P_Node1" T="Node" Z="LocZ" X="CenterCoord[0]" Y="CenterCoord[1]" AlignV="Fixed">
                <P N="Tx" V="-1" />
                <P N="Ty" V="-1" />
                <P N="Tz" V="-1" />
                <P N="Rx" V="-1" />
                <P N="Ry" V="-1" />
                <P N="Rz" V="-1" />
            </O>
            <P N="RTopZ" V="alignV(ObjAlignment,CenterCoord[0],CenterCoord[1])" />
            <P N="LLength" V="(CenterCoord[2]+RTopZ-LocZ)/mesh" />
            <O N="PierFERep" T="Repeat" S="0" E="mesh-1" I="1" CTRL="index" index="0">
                <O N="P_Node2" T="Node" Z="LocZ+(index+1)*LLength" Y="CenterCoord[1]" X="CenterCoord[0]" AlignV="Fixed" />
                <O N="PierFE" T="FELine" BetaAngle="PI">
                    <P N="Node1" V="iif(index.EQ. 0, P_Node1,PierFERep[index-1].P_Node2)" T="Node" />
                    <P N="Node2" V="P_Node2" T="Node" />
                    <P N="Section" V="PierSec" T="Section" />
                </O>
            </O>
            <O N="P_Node2" T="Node" Z="CenterCoord[2]" X="CenterCoord[0]" Y="CenterCoord[1]" />
            <O N="PierFE" T="FELine">
                <!-- beta angle? -->
                <P N="Node1" V="P_Node1" T="Node" />
                <P N="Node2" V="P_Node2" T="Node" />
                <P N="Section" V="RectangularPierSec" T="Section" />
            </O>
            <P N="colTopPt" V="onliney(toglobal(sbcr.PedestalRefLine), x.LocY)" />
            <P N="colBotPt" V="onliney(toglobal(sbcr.ColumnRefline), x.LocY)" />
            <O N="P_Node3" T="Node" Z="colTopPt[2]" Y="LocY" X="CenterCoord[0]" />
            <O N="PierFE" T="FELine">
                <P N="Node1" V="PierFERep[E].P_Node2" T="Node" />
                <P N="Node2" V="P_Node3" T="Node" />
                <P N="Section" V="RigidSec" T="Section" />
            </O>
        </O>
    </O>

Kolonların sonlu elemanlar geometrisi, merkez noktası hizasında istenilen sayıda ve eşit uzunlukta dikey feline objesinin birleştirilmesiyle oluşturulur. RigidSec objesi kolona yukarıdan gelen yükü aktarması için yaratılan bir rigid kesittir. FeProperties objesi içerisinde rigid kesitin malzeme özellikleri tanımlanmıştır. RectangularPierSec kolonun sahip olduğu kesittir. Column objesi içerisinde kolonun sonlu eleman geometrisi oluşturulmuştur. Öncelikle kolonun tabanını temsil eden P_Node1 tanımlanır. Bu node her yönde hareket ve dönmeye karşı sınırlandırılmıştır. 

Kolon objesinin sonlu eleman modeli için kullanıcıdan mesh sayısı inputu alınır. Kodun içerisindeki "LLength" parametresi kullanıcıdan alınan input kadar sayıdaki eşit uzunluktaki feline'ların her birinin uzunluğudur. Kolonun alt ve üst yüzeyleri arasındaki yükseklik farkının mesh sayısına bölünmesi ile bulunur. Kolonun alt yüzeyinin yüksekliği LocZ parametresine eşittir. Kolon üst yüzeyinin yüksekliği ise kolonun merkezinin alignment içindeki yüksekliğiyle alignment'ın o noktadaki yüksekliğinin toplamına eşittir. Kolonun meshlenme işlemi repeat fonksiyonu ile gerçekleştirilir. Her feline objesi için Node2, Node1'den LLength kadar yüksektedir. Bir feline'ın Node2'si bir sonraki feline'ın Node1'idir. Daha sonra kolona yük aktarımı yapıcak rigid kesite sahip feline tanımlanır. 

colTopPt ve colBotPT parametreleri kolonun merkez hizasında kolon referans çizgisi ve pedestal referans çizgisi üzerindeki noktaların koordinatlarıdır. 

Export

Export 
<O T="Export">
	<O N="Reference_Lines" T="Group" Override="1">
		<O T="ActiveOnly" Alignment="ObjAlignment" X="CenterCoord[0]" Y="LocY" RZ="-sbcr.rot" Color="#979595" AlignH="Orient" AlignV="Ignore" AlignT="Ignore">
			<O N="FootingRefline" T="Volume">
				<O N="P1" T="Point" Z="LocZ" Y="ColT/2" X="0" AlignT="Fixed" AlignV="Fixed" />
				<O N="P2" T="Point" Z="LocZ" Y="-ColT/2" X="0" AlignT="Fixed" AlignV="Fixed" />
			</O>
		</O>
	</O>
</O>

Kolon objesi altına yerleşecek olan temel objeleri için referans çizgisi oluşturur. App'te oluşturulan bir modelde referans çizgisinin kodun içine gelmesi için exportlanması gerekir. (bkz Export Objesi). 

Private

Kolon objesinin yerleştirilebilmesi için, "Base_SubColumnRef" türünde bir objeye ihtiyaç vardır. Kütüphane içerisinde kolon objesini oluşturmak amacıyla private içinde başlık kirişi objesi çağrılmıştır. Obje App'e çağrıldığında private içindeki kod App'e gitmeyeceği için başlık kirişi objesi bir sorun çıkarmayacaktır. Private içindeki kod objenin bir parçası değildir sadece obje üzerinde çalışabilmek için gereklidir. (bkzPrivate Objesi)