Zbiorniki wody ze stali tłoczonej Braithwaite
W budowie segmentowych zbiorników stalowych ze stali tłoczonej stosuje się różnorodne połączenia. W niniejszym krótkim studium przypadku, napisanym przez Dale'a Price'a, inżyniera konstruktora w Structural Science Ltd., omówiono połączenie ściągowe, które przenosi poziome hydrostatyczne parcie wody na ściany zbiornika.
O badanym połączeniu
Jak widać na Rysunku 1, śrubowe połączenie ściągowe ze stali lub łączniki na kątownik składają się z cienkiej płyty podstawy z przyspawanąpłytką żebrową łączącą kątownik ściągowy między podstawą a ścianami lub narożnikami ścian zbiornika i mogą być poddane obliczeniowej sile rozciągającej wynoszącej 75 kN w normalnych przypadkach.
Historycznie projektowanie było zazwyczaj wykonywane ręcznie, a weryfikacja połączeń była potwierdzana poprzez kosztowne badania laboratoryjne komponentów w skali rzeczywistej oraz testowanie makiet zbiorników w skali naturalnej na placu budowy.
Poniższe zdjęcie przedstawia niedawne badania zbiornika w skali rzeczywistej, w którym ściąg jest podłączony do tensometrów, które na bieżąco monitorują obciążenie ściągów zbiornika podczas napełniania wodą oraz długotrwałych statycznych prób wodnych.
W laboratorium kolejny obraz przedstawia połączenie ściągowe poddawane próbie obciążeniowej zgodnie z wymaganiami normy (a także inne badania wytrzymałościowe i badania zniszczenia, które nie są tu pokazane).
Połączenie ściągowe zostało przeanalizowane za pomocą IDEA StatiCa Connection, a poniższe zrzuty ekranu podsumowują procedurę:
Ogólny układ połączenia ze śrubami i spoinami przy obliczeniowym obciążeniu osiowym 75 kN przyłożonym do ściągów, wykresy naprężeń zastępczych wskazujące obszary silnie naprężonych elementów oraz wskazanie rozwiniętych odkształceń plastycznych na płycie podstawy.
Oczywiście, poza wynikami samej analizy, co ważniejsze, IDEA StatiCa Connection dostarcza kompleksowych sprawdzeń normowych EN/AISC dla wszystkich elementów, co pokazano na kolejnych dwóch obrazach, dając nam bardzo czytelne wyniki Spełnia/Nie spełnia.
Podsumowując, zgodność zachowania połączenia i korelacja obciążeń między badaniami w skali rzeczywistej/laboratoryjnymi a oprogramowaniem CBFEM były bardzo dobre. Program badań w skali rzeczywistej potwierdził zatem trafność i dokładność oprogramowania IDEA StatiCa w projektowaniu połączeń. Ogólnie rzecz biorąc, przyszłe niestandardowe projekty połączeń mogą być teraz szybko realizowane przy użyciu tego oprogramowania, bez konieczności wdrażania i planowania kosztownych i długotrwałych programów badawczych. Oprogramowanie jest obecnie wykorzystywane do racjonalizacji i opracowywania lepszych projektów połączeń z korzyścią dla oszczędności kosztów i procesów produkcyjnych. Inne trudne, niestandardowe połączenia związane z projektem zbiornika są obecnie badane przy użyciu oprogramowania IDEA StatiCa Connection.
Reprezentacja odkształconego kształtu pomaga inżynierowi lepiej zrozumieć zachowanie połączenia
Podsumowując, niektóre z kluczowych korzyści wynikających z używania IDEA StatiCa to:
- Skrócenie czasu pracy biurowej i powtarzalnego projektowania połączeń.
- Możliwość modelowania wszystkich elementów połączenia w jednym projekcie, tj. spoin, śrub, blach i przekrojów w jednym zestawie, oraz lepszego zrozumienia wzajemnego oddziaływania poszczególnych elementów w porównaniu z rozbijaniem połączenia na indywidualne składniki projektowe.
- Ciągłe badanie, rozwijanie i analizowanie starych i nowych niestandardowych połączeń bez konieczności planowania długich i kosztownych programów badań w skali rzeczywistej w celu weryfikacji projektów połączeń.
- Ulepszanie istniejących połączeń poprzez racjonalizację wymiarów blach lub przekrojów, zmianę konfiguracji pod kątem kosztów produkcji oraz weryfikację zwiększonych sił obliczeniowych w stosunku do normalnego projektu, na przykład sił sejsmicznych działających na ściany zbiornika.
- Badania w skali rzeczywistej dały podstawy do pewności w zakresie stosowania metody elementów skończonych do projektowania takich połączeń, a w szczególności oprogramowania IDEA StatiCa Connection, które opiera się na nowej metodzie CBFEM.
- Wybór projektów zgodnych z aktualnymi normami połączeń różnych krajów.
Braithwaite Engineers
United Kingdom