建筑 IT 记者家入 龙太先生参加的 FORUM8 体验研讨会的报告。介绍各种UC-1技术研讨会，包括新产品。我们将提供产品概述和功能、体验内容、案例研究和使用示例、项目注释和建议以及产品的未来展望。

首先 我是建筑 IT 记者 家入 龙太。 FORUM8开发的3D动态非线性分析软件“Engineer's Studio®”可以通过弹塑性动态分析，准确判断出各种静、动载荷下的结构变形。 其特点是可以使用杆状“梁单元”和“平板单元”如墙壁和地板对结构进行建模，并且考虑到构件内部出现的材料屈服和裂缝，可以进行高精度分析。 实现这种精度的是“纤维元件”。 通过将每个构件视为更细的“纤维”的集合体，并在一个构件横截面中分别处理弹性状态部分和弯曲部分，进行超精密分析。	▲3次元动态的非线性解析软件“Engineer's Studio®”的操作画面

例如，在钢筋混凝土桥墩的情况下，有“覆盖混凝土”、“钢筋”和“核心混凝土”的混合物，它们根据横截面的位置具有不同的应力-应变关系（滞后），即使它们具有相同的横截面。 通过将“纤维元素”分配给这些部件中的每一个，可以在精确考虑横截面弯曲和轴向力波动的影响的同时进行分析。

▲ 纤维元素的图像。 同一截面的不同材料可以通过其各自的应力-应变曲线进行建模和分析。

Engineer's Studio® 中添加了许多功能，包括带有索单元的挂桥在内的大多数结构都进行了 3D 建模，可以进行精确的动态和静态分析。

在2010年由防灾科学研究所举办召开的“全尺寸桥梁抗震实验E-Defense、破坏分析竞赛”上，FORUM8和东京都市大学的吉川弘道教授，使用Engineer's Studio®一举获得首位，震撼了结构分析行业。

▲“E-Defense、全尺寸桥梁抗震试验破坏分析大赛”标本（左）及工程师工作室®分析模型（右）

▲ 考虑各构件非线性特性的位移计算结果

之后，Engineer's Studio® 也在不断进化发展。

例如，国土交通省在2018年1月生效的2017年公路桥梁规范中引入了“部分系数法”，以便对桥梁的安全性和性能进行详细设计，并设计使用年限为100年，以“耐久性能”为标准，规定应进行适当的维护保养。

这些内容在2017年9月中发布的Engineer's Studio® Ver.7中，将“土木构造二轴断面计算(部分系数法・H29道示基准)”作为插件发布。并且Engineer's Studio®面内，也将在12月对应“土木构造二轴断面计算(部分系数法・H29道示基准)”插件。

软件在计算能力和可用性方面也在不断更新。 2019 年 4 月发布的 Ver.9 支持包括前置后处理部分在内的 64 位处理，可以创建超大规模模型。 下图是一个平板元素模型，大约有13万个节点，最大内存消耗在9GB左右。

并且，为了可以随时获取最新的相关信息在Ver.9中加入了“网络帮助”功能。在Engineer's Studio®的操作画面上输入关键词，将会自动启动WEB浏览器，并现实搜索结果。

▲“E-Defense、全尺寸桥梁抗震试验破坏分析大赛”标本（左）及工程师工作室®分析模型（右）

▲ 在线帮助功能。 您可以从 Engineer's Studio & reg 的屏幕搜索最新的分析信息，并在 WEB 浏览器上查看结果。

然后，在 2021 年 7 月发布的 Ver.10 中，之前假设轴向力恒定，计算具有弯曲应变相对于弯矩的特性的“M-φ 元素”。可以进行计算，同时考虑到内部轴向力的波动。 因此，可以对刚架桥进行更精确的分析。

▲ 即使分析过程中轴向力发生变化，也可以使用对应的M-φ关系进行分析。

▲ 将分析时的轴向力波动应用于刚构桥的示例

通过这种方式，Engineer's Studio ® 中添加了许多功能，大多数结构，包括带有索单元的悬索桥，都可以在 3D 中建模，从而实现精确的动态和静态分析。并且根据用户需求准备了可选配置，从作为产品功能最大的最高级别的“Ultimate”，到不包括电缆元件的“Advanced”，再到只有静态分析的“Lite”。

▲ Engineer's Studio®有多种可选配置，以满足用户的需求。

体验内容

1月25日在FORUM8名古屋分社为主，在东京本社以及全国各分部举办了以线上用户为对象的“动态分析研讨会（现有/辅助）”。讲师由技术支援部的井上担当、上午9点半道下午4点半对产品的概要以及实际操作进行了说明。学习了Engineer's Studio®特有的操作。 在操作训练中，（1）现状分析和（2）加固分析假设在 1996 年之前建造的现有桥梁。 1996年修订的公路桥梁规范在1995年兵库县南部地震中遭受了大规模破坏，地震时的荷载值显着增加。 因此，在此之前建造的桥梁可能无法满足现行标准称为“二级地震”的大规模地震的抗震性能，因此需要及时加固。 这些情况在桥梁维修工作中其实很常见。	▲ 1 月 25 日以混合方式举办“动态分析研讨会（Existing / Reinforced）”。

本次研讨会中设定了一个高さ9.5m×宽7m×厚さ2.2m的直方体形状的单柱桥墩，并假定为已有桥墩。其结构是D25的轴向钢筋和D13的带状钢筋布置在距离桥墩表面120mm的盖板后面。

▲单柱桥墩的3D模型

▲桥墩的钢筋图

为了用 Engineer's Studio & reg 对这个钢筋混凝土桥墩进行 3D 建模，桥墩的主体是柱子的“M-φ 元件”，高度通过弹簧元件放置在上面。固定轴承，并生成一个模型，只连接了虚拟刚性构件。 此外，作为桥墩下端的“底座”是一个固定支点。

▲ Engineer's Studio®建模单柱桥墩时的支点及荷载情况

由于当横截面的弯矩超过弹性极限时，桥墩的基础会发生塑性变形，因此我们使用了一个通过“M-φ元素”表达非线性行为的模型。 该 M-φ 特性是根据公路桥梁规范设定的。 此外，衰减模型采用“Rayleigh衰减”。

通过将基于公路桥梁规范的“第二种地形用，类型2II”的标准加速度波形之一应用于该桥墩模型进行动态分析。 结果，桥墩主体在抗剪强度校核中为“NG”，桥墩下端基部在曲率校核中为“NG”。

▲ 应用于桥墩模型的输入地震运动加速度波形。 最大加速度为 619.1gal

▲ 桥墩主体在抗剪强度校核中完全呈现NG。

▲ 在曲率检查中，墩身为OK，但墩底为NG。

也就是说，现有的桥墩不符合现行标准的抗震能力，需要进行加固。 从下午 2:00 开始，使用对现有桥墩进行加固的模型进行“加固分析”。

加固方法是在现有桥墩外侧缠绕250mm厚的混凝土，并在其中放置D29轴心钢筋和D19条形钢筋，具有实心横截面。

▲ 现有桥墩外部采用 250 毫米厚的钢筋混凝土缠绕加固。

加固后的桥墩在Engineer's Studio & reg 再次建模分析时，墩身和墩座的剪应力校核和曲率校核均“OK”，确认加固效果。

▲ 加固后的抗剪强度校核结果。 整个码头都显示为“OK”

▲ 加固后的曲率检查。 桥墩基部也显示为“OK”

家入评语和建议

就在前几天，有消息称某县水管桥突然坍塌，造成大面积断水，但针对社会基础设施恶化的措施却处没有整备。 由于少子老龄化，财政状况逐年困难，为了使按旧标准设计建造的各种结构具有符合现行标准的承载能力，有必要精准的再现实际结构并进行解析。

不断更新的Engineer's Studio®兼容FORUM8的其他软件，如BIM/CIM软件“Allplan”和3DCAD“3DCAD Studio”等。也支持一般的BIM/CIM软件和IFC形式文件之间的数据交换。

因此，Engineer's Studio®可以地对水管桥、人行桥、下水道水箱、水闸等各种结构进行3D建模，并通过考虑加固方法，对制定具有高性价比的修复计划非常有用。

运用软件进行维护计划，从而节省大量的基础设施投资，正成为一种新的维持管理战略。

▲Engineer's Studio®的主要运用方向是修复水管桥（上）、水闸（下）等复杂结构，提供高性价比高的修复方案。