Delegowany projekt połączeń w przemysłowych stalowych konstrukcjach wsporczych rurociągów

Weldment Design, założone przez Corbina Colliera w 2019 roku, zostało zlecone przez St. George Steel do wykonania delegowanej analizy połączeń dla stalowej konstrukcji wsporczej rurociągów obsługującej projekt USA Rare Earth Magnet Manufacturing. Przemysłowa konstrukcja wsporcza miała długość prawie 800 stóp liniowych, wysokość 28 stóp i została zaprojektowana przez Hatch (EOR) z dokumentacją wykonawczą opracowaną przez Cronus Steel Detailing.

Celem Weldment Design było sprawdzenie, czy wszystkie połączenia zbrojenia konstrukcyjnego spełniają wymagania normy AISC i są odpowiednie pod względem konstrukcyjnym, przy użyciu niezawodnej i przejrzystej metody weryfikacji.

Konstrukcja i projekt

• Całkowita długość: ~800 stóp liniowych
• Wysokość: ~28 stóp
• Typ ramy: Typowa przemysłowa konstrukcja wsporcza rurociągów składająca się z ram momentowych, ram stężonych i modułów wieloprzęsłowych
• Elementy: Belki i słupy dwuteowe podtrzymujące tace rurociągów i linie procesowe
• Typy połączeń: Głównie połączenia ścinane, wydłużone płyty ścinane, płyty usztywnione i konfiguracje z nakładkami wzmacniającymi
• Obciążenia: Grawitacyjne, boczne, obciążenia od rurociągów oraz obciążenia skupione na poziomach tac
• Podstawa projektowania: AISC 360 i odpowiednie przemysłowe normy projektowania

Rysunek 1. Lokalizacja połączeń (C1 do C15, C17)

Zastosowanie IDEA StatiCa w projekcie

Weldment Design wykorzystało IDEA StatiCa z metodą CBFEM do przeprowadzenia kompleksowego projektu i weryfikacji połączeń we wszystkich fazach projektu. Corbin i jego zespół modelowali połączenia przy użyciu samodzielnej wersji oprogramowania. Łącznie zaprojektowano 20 różnych połączeń przy użyciu narzędzi operacyjnych IDEA StatiCa, umożliwiających modelowanie zarówno standardowych, jak i niestandardowych połączeń.

Główne typy połączeń stalowych to:

Połączenie belka-belka na kątownik

Kątowniki łączące belkę ze słupem (środnik lub półka)

Poziome blachy węzłowe stężeń

Rozszerzone płytki żebrowe

Płyta podstawy z elementami stężającymi

Stężenie pionowe i zbrojenie środnika słupa

Geometria i konfiguracja modelu

• Modele IFC od wykonawcy dokumentacji umożliwiły dokładne odtworzenie geometrii elementów i interfejsów połączeń.
• Szczegółowe modelowanie uwzględniło ciasne prześwity typowe dla konstrukcji wsporczych rurociągów, gdzie zbiegają się tace, stężenia i drugorzędne elementy stalowe.
• Zgrupowane rodziny połączeń zostały wykorzystane do szybkiej analizy powtarzających się szczegółów w wielu przęsłach.

Podejście analityczne

• Metoda Elementów Skończonych oparta na komponentach (CBFEM) pozwoliła Weldment Design na symulację rzeczywistych ścieżek sił w złożonych złączach — co jest trudne przy użyciu tradycyjnych wzorów.
• Stany graniczne połączeń stalowych zostały zweryfikowane przez IDEA StatiCa, ponieważ są jawnie modelowane podczas wykonywania MES:
  • Nośność na ścinanie, docisk i spoiny
  • Ścinanie blokowe, zerwanie przekroju netto
  • Zgniatanie/uplastycznienie środnika słupa
  • Wyboczenie płyty i praca usztywnień
  • Rozkład sił przez śruby, płyty i spoiny

Rysunek 2. Połączenie stężenia pionowego dwukierunkowego. Widok ogólnego sprawdzenia normowego i rozkład naprężeń zastępczych w IDEA StatiCa

Doskonalenie projektu i koordynacja

• IDEA StatiCa zostało użyte do porównania wydłużonych płyt ścinanych z standardowymi płytkami ścinającymi, wskazując miejsca, gdzie wymagana była większa długość lub nakładki wzmacniające w celu spełnienia wymagań nośności.
• Zespół zachował szczegóły preferowane przez wytwórnię wszędzie tam, gdzie było to możliwe, iterując wymiary płyt, spoin i układów śrub bezpośrednio w modelu 3D.
• Pliki IDEA StatiCa Viewer zostały udostępnione EOR i wytwórni, umożliwiając przejrzystą komunikację wizualną bez konieczności posiadania oprogramowania własnościowego.

Rysunek 3. Przeglądarka online IDEA StatiCa pokazująca jedno połączenie z projektu

Podsumowanie

Wszystkie połączenia w konstrukcji wsporczej o długości ~800 stóp zostały potwierdzone jako spełniające wymagania AISC.
Krytyczne stany graniczne zostały zidentyfikowane i rozwiązane na wczesnym etapie dzięki wizualnym i przejrzystym wynikom CBFEM.

Cały wielofazowy zakres delegowanego projektu został ukończony w około trzech tygodniach — co było możliwe dzięki:

• Udostępnionym plikom IFC
• Grupowaniu połączeń
• Wizualnej koordynacji opartej na modelu

Ponieważ analiza wyraźnie pokazała gdzie szczegóły wytwórni były akceptowalne, a gdzie wymagane były modyfikacje, zakres poprawek był ograniczony, a zmiany warsztatowe minimalne.

Wizualizacje CBFEM, diagramy przepływu sił i opatrzone adnotacjami modele 3D pomogły wyeliminować niejednoznaczności, które zazwyczaj spowalniają projekty przemysłowe.

Wynik: EOR zaakceptował dokumentację przy pierwszym złożeniu bez uwag.

Projekt zademonstrował, w jaki sposób zaawansowane narzędzia do modelowania, takie jak IDEA StatiCa, wspierają efektywną weryfikację:

• Konstrukcji wieloprzęsłowych i powtarzalnych
• Ciężkich obciążeń przemysłowych
• Połączeń o ograniczonej geometrii
• Zakresów delegowanego projektu z krótkim terminem realizacji

Projektowanie złączy spawanych

United States

Wsparcie w projektowaniu i inżynierii złączy spawanych na żądanie: Od wyceny do realizacji — oferujemy konsultacje w zakresie projektowania wyrobów spawanych oraz optymalizację procesów. Szczegóły