Delegovaný návrh přípoje v průmyslových ocelových konstrukcích potrubních stojanů

Weldment Design, kterou v roce 2019 založil Corbin Collier, byla firmou St. George Steel pověřena provedením delegované analýzy přípojů pro ocelový systém potrubního stojanu sloužící projektu USA Rare Earth Magnet Manufacturing Project. Průmyslový systém stojanu měl délku téměř 800 lineárních stop, výšku 28 stop a byl navržen firmou Hatch (EOR) s výkresovou dokumentací od Cronus Steel Detailing.

Cílem společnosti Weldment Design bylo ověřit, že všechny konstrukční přípoje vyztužení splňují požadavky normy AISC a jsou konstrukčně dostatečné pomocí spolehlivé a transparentní metody ověření.

Konstrukce a návrh

• Celková délka: ~800 lineárních stop
• Výška: ~28 stop
• Typ rámu: Typický průmyslový potrubní stojan sestávající z momentových rámů, ztužených rámů a vícepolových modulů
• Prvky: Válcované nosníky s širokými přírubami a sloupy nesoucí potrubní žlaby a procesní potrubí
• Typy přípojů: Převážně smykové přípoje, prodloužené smykové plechy, vyztužené plechy a konfigurace s přídavnými podložnými plechy
• Zatížení: Svislé, vodorovné, zatížení potrubím a soustředěná zatížení v úrovních žlabů
• Návrhový základ: AISC 360 a příslušné průmyslové návrhové normy

Obrázek 1. Umístění přípoje (C1 až C15, C17)

Použití IDEA StatiCa na projektu

Weldment Design použila IDEA StatiCa s metodou CBFEM k provedení komplexního návrhu a ověření přípojů napříč fázemi projektu. Corbin a jeho tým modelovali přípoje v samostatné verzi softwaru. Celkem bylo navrženo 20 různých přípojů pomocí operačních nástrojů IDEA StatiCa, které umožňují modelování jak standardních, tak nestandardních přípojů.

Hlavní typy ocelových přípojů byly:

Přípoj nosník-nosník pomocí úhelníku

Přípoj nosníku ke sloupu (stojina nebo pásnice) pomocí úhelníků

Vodorovné ztužující styčníkové plechy

Rozšířené žiletky

Patní deska s ztužujícími prvky

Svislé ztužení a vyztužení stojiny sloupu

Geometrie a nastavení modelu

• Modely IFC od zpracovatele výkresové dokumentace umožnily přesnou rekonstrukci geometrie prvků a rozhraní přípojů.
• Podrobné modelování zachytilo těsné prostorové podmínky typické pro potrubní stojany, kde se sbíhají žlaby, ztužidla a sekundární ocelové prvky.
• Skupiny přípojových rodin byly použity k rychlé analýze opakujících se detailů ve více polích.

Přístup k analýze

• Komponentová metoda konečných prvků (CBFEM) umožnila společnosti Weldment Design simulovat skutečné silové toky ve složitých styčnících – což je obtížné při použití tradičních vzorců.
• Mezní stavy ocelových přípojů byly ověřeny v IDEA StatiCa, protože jsou explicitně modelovány při provádění MKP analýzy:
  • Smyk, otlačení a únosnost svaru
  • Skupinové vytržení, přetržení oslabeného průřezu
  • Lokální boulení stojiny sloupu / plastifikace stojiny
  • Boulení plechu a výkonnost výztuhy
  • Rozdělení zatížení přes šrouby, plechy a svary

Obrázek 2. Přípoj obousměrného svislého ztužidla. Celkový pohled na normové posouzení a kontura ekvivalentních napětí v IDEA StatiCa

Upřesnění návrhu a koordinace

• IDEA StatiCa byla použita k porovnání prodloužených smykových plechů oproti standardním smykovým žiletkám, přičemž bylo identifikováno, kde je nutné přidat délku nebo přídavné podložné plechy pro splnění únosnosti.
• Tým zachoval detaily preferované výrobcem všude, kde to bylo možné, iterativní úpravou rozměrů plechů, svarů a rozmístění šroubů přímo v 3D modelu.
• Soubory IDEA StatiCa Viewer byly sdíleny s EOR a výrobcem, což umožnilo přehlednou vizuální komunikaci bez nutnosti vlastnit proprietární software.

Obrázek 3. Online prohlížeč IDEA StatiCa zobrazující jeden přípoj z projektu

Závěr

Bylo potvrzeno, že všechny přípoje na stojanu délky ~800 stop splňují požadavky normy AISC.
Kritické mezní stavy byly identifikovány a řešeny v rané fázi pomocí vizuálních a transparentních výstupů CBFEM.

Celý rozsah delegovaného návrhu ve více fázích byl dokončen přibližně za tři týdny – umožnilo to:

• Sdílené soubory IFC
• Skupinování přípojů
• Vizuální koordinace na základě modelu

Protože analýza jasně ukázala, kde byly detaily výrobce přijatelné a kde byly nutné úpravy, bylo přepracování omezeno na minimum a změny ve výrobní dokumentaci byly minimální.

Vizualizace CBFEM, diagramy silového toku a anotované 3D modely pomohly odstranit nejasnosti, které průmyslové projekty obvykle zpomalují.

Výsledek: EOR přijal dokumentaci při prvním předložení bez připomínek.

Projekt ukázal, jak pokročilé modelovací nástroje jako IDEA StatiCa podporují efektivní ověření:

• Vícepolových opakujících se konstrukcí
• Těžkých průmyslových zatížení
• Přípojů s omezenou geometrií
• Delegovaných návrhových rozsahů s krátkými termíny

Návrh svařence

Spojené státy americké

Návrh svařence a technická podpora na vyžádání: Od kalkulace po dodávku poskytujeme konzultace k výrobnímu návrhu a optimalizaci procesů. Detail