建築 IT 記者家入 龍太先生參加的 FORUM8 體驗研討會的報告。介紹各種UC-1技術研討會，包括新產品。我們將提供產品概述和功能、體驗內容、案例研究和使用示例、專案注釋和建議以及產品的未來展望。

首先 我是建築 IT 記者 家入 龍太。 FORUM8開發的3D動態非線性分析軟體「Engineer's Studio®」可以透過彈塑性動態分析，準確判斷出各種靜、動載荷下的結構變形。 其特點是可以使用杆狀「梁單元」和「平板單元」如牆壁和地板對結構進行建模，並且考慮到構件內部出現的材料屈服和裂縫，可以進行高精度分析。 實現這種精度的是「纖維元件」。 透過將每個構件視為更細的「纖維」的集合體，並在一個構件橫斷面中分別處理彈性狀態部分和彎曲部分，進行超精密分析。	▲3次元動態的非線性解析軟體「Engineer's Studio®」的操作畫面

例如，在鋼筋混凝土橋墩的情況下，有「覆蓋混凝土」、「鋼筋」和「核心混凝土」的混合物，它們根據橫斷面的位置具有不同的應力-應變關係（滯後），即使它們具有相同的橫斷面。 透過將「纖維元素」分配給這些部件中的每一個，可以在精確考慮橫斷面彎曲和軸向力波動的影響的同時進行分析。

▲ 纖維元素的圖像。 同一斷面的不同材料可以透過其各自的應力-應變曲線進行建模和分析。

Engineer's Studio® 中添加了許多功能，包括帶有索單元的掛橋在內的大多數結構都進行了 3D 建模，可以進行精確的動態和靜態分析。

在2010年由防災科學研究所舉辦召開的「全尺寸橋樑抗震實驗E-Defense、破壞分析競賽」上，FORUM8和東京都市大學的吉川弘道教授，使用Engineer's Studio®一舉獲得首位，震撼了結構分析行業。

▲「E-Defense、全尺寸橋樑抗震試驗破壞分析大賽」標本（左）及工程師工作室®分析模型（右）

▲ 考慮各構件非線性特性的位移計算結果

之後，Engineer's Studio® 也在不斷進化發展。

例如，國土交通省在2018年1月生效的2017年公路橋樑規範中引入了「部分係數法」，以便對橋樑的安全性和性能進行詳細設計，並設計使用年限為100年，以「耐久性能」為標準，規定應進行適當的維護保養。

這些內容在2017年9月中發佈的Engineer's Studio® Ver.7中，將“土木構造二軸斷面計算(部分係數法・H29道示基準)”作為外掛程式發佈。並且Engineer's Studio®面內，也將在12月對應「土木構造二軸斷面計算(部分係數法・H29道示基準)」外掛程式。

軟體在計算能力和可用性方面也在不斷更新。 2019 年 4 月發佈的 Ver.9 支援包括前置後處理部分在內的 64 位處理，可以建立超大規模模型。 下圖是一個平板元素模型，大約有13萬個節點，最大記憶體消耗在9GB左右。

並且，為了可以隨時獲取最新的相關資訊在Ver.9中加入了“網路説明”功能。在Engineer's Studio®的操作畫面上輸入關鍵字，將會自動啟動WEB流覽器，並現實搜索結果。

▲「E-Defense、全尺寸橋樑抗震試驗破壞分析大賽」標本（左）及工程師工作室®分析模型（右）

▲ 線上說明功能。 您可以從 Engineer's Studio & reg 的螢幕搜索最新的分析資訊，並在 WEB 流覽器上查看結果。

然後，在 2021 年 7 月發佈的 Ver.10 中，之前假設軸向力恒定，計算具有彎曲應變相對於彎矩的特性的「M-φ 元素」。可以進行計算，同時考慮到內部軸向力的波動。 因此，可以對剛架橋進行更精確的分析。

▲ 即使分析過程中軸向力發生變化，也可以使用對應的M-φ關係進行分析。

▲ 將分析時的軸向力波動應用於剛構橋的示例

透過這種方式，Engineer's Studio ® 中添加了許多功能，大多數結構，包括帶有索單元的懸索橋，都可以在 3D 中建模，從而實現精確的動態和靜態分析。並且根據使用者需求準備了可選配置，從作為產品功能最大的最高級別的「Ultimate」，到不包括電纜元件的「Advanced」，再到只有靜態分析的「Lite」。

▲ Engineer's Studio®有多種可選配置，以滿足使用者的需求。

體驗內容

1月25日在FORUM8名古屋分社為主，在東京本社以及全國各分部舉辦了以線上使用者為物件的“動態分析研討會（現有/輔助）”。講師由技術支援部的井上擔當、上午9點半道下午4點半對產品的概要以及實際操作進行了說明。學習了Engineer's Studio®特有的操作。 在操作訓練中，（1）現狀分析和（2）加固分析假設在 1996 年之前建造的現有橋樑。 1996年修訂的公路橋樑規範在1995年兵庫縣南部地震中遭受了大規模破壞，地震時的荷載值顯著增加。 因此，在此之前建造的橋樑可能無法滿足現行標準稱為「二級地震」的大規模地震的抗震性能，因此需要及時加固。 這些情況在橋樑維修工作中其實很常見。	▲ 1 月 25 日以混合方式舉辦「動態分析研討會（Existing / Reinforced）」。

本次研討會中設定了一個高さ9.5m×寬7m×厚さ2.2m的直方體形狀的單柱橋墩，並假定為已有橋墩。其結構是D25的軸向鋼筋和D13的帶狀鋼筋佈置在距離橋墩表面120mm的蓋板後面。

▲單柱橋墩的3D模型

▲橋墩的鋼筋圖

為了用 Engineer's Studio & reg 對這個鋼筋混凝土橋墩進行 3D 建模，橋墩的主體是柱子的「M-φ 元件」，高度透過彈簧元件放置在上面。固定軸承，並生成一個模型，只連接了虛擬剛性構件。 此外，作為橋墩下端的「底座」是一個固定支點。

▲ Engineer's Studio®建模單柱橋墩時的支點及荷載情況

由於當橫斷面的彎矩超過彈性極限時，橋墩的基礎會發生塑性變形，因此我們使用了一個透過「M-φ元素」表達非線性行為的模型。 該 M-φ 特性是根據公路橋樑規範設定的。 此外，衰減模型採用「Rayleigh衰減」。

透過將基於公路橋樑規範的「第二種地形用，類型2II」的標準加速度波形之一應用於該橋墩模型進行動態分析。 結果，橋墩主體在抗剪強度校核中為「NG」，橋墩下端基部在曲率校核中為「NG」。

▲ 應用於橋墩模型的輸入地震運動加速度波形。 最大加速度為 619.1gal

▲ 橋墩主體在抗剪強度校核中完全呈現NG。

▲ 在曲率檢查中，墩身為OK，但墩底為NG。

也就是說，現有的橋墩不符合現行標準的抗震能力，需要進行加固。 從下午 2:00 開始，使用對現有橋墩進行加固的模型進行「加固分析」。

加固方法是在現有橋墩外側纏繞250mm厚的混凝土，並在其中放置D29軸心鋼筋和D19條形鋼筋，具有實心橫斷面。

▲ 現有橋墩外部採用 250 毫米厚的鋼筋混凝土纏繞加固。

加固後的橋墩在Engineer's Studio & reg 再次建模分析時，墩身和墩座的剪應力校核和曲率校核均「OK」，確認加固效果。

▲ 加固後的抗剪強度校核結果。 整個碼頭都顯示為「OK」

▲ 加固後的曲率檢查。 橋墩基部也顯示為「OK」

家入評語和建議

就在前幾天，有消息稱某縣水管橋突然坍塌，造成大面積斷水，但針對社會基礎設施惡化的措施卻處沒有整備。 由於少子老齡化，財政狀況逐年困難，為了使按舊標準設計建造的各種結構具有符合現行標準的承載能力，有必要精准的重現實際結構並進行解析。

不斷更新的Engineer's Studio®相容FORUM8的其他軟體，如BIM/CIM軟體“Allplan”和3DCAD“3DCAD Studio」等。也支援一般的BIM/CIM軟體和IFC形式檔之間的資料交換。

因此，Engineer's Studio®可以地對水管橋、人行橋、下水道水箱、水閘等各種結構進行3D建模，並透過考慮加固方法，對制定具有高性價比的修復計畫非常有用。

運用軟體進行維護計畫，從而節省大量的基礎設施投資，正成為一種新的維持管理戰略。

▲Engineer's Studio®的主要運用方向是修復水管橋（上）、水閘（下）等複雜結構，提供高性價比高的修復方案。