Weryfikacja prefabrykowanego segmentu mostu rurociągowego w węgierskim zakładzie chemicznym

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Global 3D model of the structure in AxisVM}}}\]

O projekcie

Projekt, zlokalizowany w zakładzie chemicznym na Węgrzech, dotyczył oceny istniejącego segmentu mostu rurociągowego w celu weryfikacji jego nośności pod aktualnymi obciążeniami eksploatacyjnymi. Most rurociągowy rozciąga się na ponad 100 metrów, jednak ze względu na jego modułową powtarzalność szczegółowej ocenie wymagał jedynie reprezentatywny segment. Istniejąca konstrukcja nie posiadała dokumentacji projektowej, co wymagało zastosowania zaawansowanych technik pomiarowych i diagnostycznych w celu pozyskania danych geometrycznych i materiałowych.

W celu odtworzenia geometrii wykonanej konstrukcji przeprowadzono skanowanie laserowe 3D, natomiast szczegóły zbrojenia zidentyfikowano za pomocą skanera zbrojenia. Wytrzymałość betonu oceniono metodą młotka Schmidta, a jakość stali zbrojeniowej oszacowano na podstawie norm obowiązujących w okresie budowy, dokumentacji pobliskich obiektów oraz doświadczenia inżynierskiego.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Vierendeel column modeled in Detail - Topology optimization}}}\]

Zastosowanie technologii skanowania i IDEA StatiCa w połączeniu pozwoliło nam przeprowadzić analizę retrofitu nieudokumentowanej konstrukcji z niezwykłą dokładnością. Pomimo braku oryginalnych rysunków mogliśmy z pełnym przekonaniem ocenić wystarczalność zbrojenia.

Dávid Sadrinia

Inżynier konstruktor – BASE-Engineer Kft.

Wyzwania inżynierskie

Konstrukcja składa się z prefabrykowanych, sprężonych belek żelbetowych w kształcie litery „T" opartych na słupach osadzonych w fundamentach kielichowych, podpartych przez monolityczne fundamenty blokowe. Kluczowym elementem projektowym jest centralnie usytuowany słup Vierendeela, który zapewnia stateczność podłużną i przenosi siły poziome generowane przez ruchy rurociągów lub obciążenia środowiskowe. Pozostałe słupy pełnią funkcję podpór przegubowych, stabilizowanych podłużnie przez ten stały element centralny.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Internal force diagrams in AxisVM}}}\]

W kierunku poprzecznym zarówno słupy stałe, jak i przegubowe zachowują się jak wsporniki z utwierdzeniem u podstawy. W kierunku podłużnym słupy przegubowe działają jako utwierdzane u podstawy z bocznym podparciem na górze, natomiast słup Vierendeela modelowano jako wspornik lub jako oscylujący pionowy element między belkami.

Możliwość wyodrębnienia sił wewnętrznych z modeli globalnych i bezpośredniego zastosowania ich w IDEA StatiCa dała nam niezawodne narzędzie do oceny zachowania lokalnego w miejscach, gdzie elementy prętowe okazują się niewystarczające. W tym przypadku byliśmy w stanie zweryfikować przenoszenie sił ścinających przez elementy poprzeczne słupa Vierendeela – coś, czego nie można było wykonać przy użyciu konwencjonalnych narzędzi i teorii belki.

Dávid Sadrinia

Inżynier konstruktor – BASE-Engineer Kft.

Efekty rozszerzalności termicznej były pomijalnie małe ze względu na mieszaną konfigurację podpór. Konstrukcja spełniała wymagania pod poprzecznym obciążeniem wiatrem, jednak podłużne siły poziome stanowiły istotne wyzwanie. Wywoływały one mechanizmy przenoszenia sił ścinających w belkach — sił, których nie można było dokładnie uchwycić za pomocą tradycyjnych modeli MES opartych na elementach prętowych.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results in Detail - Concrete stress, Reinforcement stress, Crack width, Deformation}}}\]

Rozwiązania i wyniki

Aby przezwyciężyć ograniczenia konwencjonalnego modelowania, zastosowano IDEA StatiCa Detail do oceny złożonego zachowania przy ścinaniu belek pod obciążeniem podłużnym. Obwiednia sił wewnętrznych, uzyskana z analizy globalnej, ujawniła miarodajną kombinację obciążeń. Siły wewnętrzne zostały wprowadzone do Detail w celu oceny poprawności szczegółów zbrojenia belek.

Optymalizacja topologii w IDEA StatiCa zapewniła szybki i intuicyjny sposób weryfikacji przyjętych założeń modelu Strut-and-tie, szczególnie biorąc pod uwagę wysokość łączonych belek. Zaoszczędziła nam wiele godzin ręcznego modelowania i umożliwiła precyzyjne potwierdzenie podłużnej drogi przenoszenia obciążeń oraz nośności słupa.

Dávid Sadrinia

Inżynier konstruktor – BASE-Engineer Kft.

Ze względu na znaczną wysokość łączącej belki, model Strut-and-tie uznano za bardziej odpowiedni do odzwierciedlenia rozkładu sił wewnętrznych. Ręczne obliczenie takiego modelu byłoby niezwykle czasochłonne i podatne na błędy ze względu na jego złożoność. Zamiast tego wykorzystano narzędzie Topology Optimization w IDEA StatiCa do wizualizacji prawdopodobnych ścieżek przenoszenia sił. Wygenerowana topologia potwierdziła oczekiwany przepływ sił, umożliwiając inżynierom wprowadzenie rzeczywistego układu zbrojenia do weryfikacji.

Wyniki wykazały, że przy zastosowanym zbrojeniu nośność stałego słupa była wystarczająca. Dodatkowe sprawdzenia w IDEA StatiCa ujawniły znaczące różnice w odkształceniach pod obciążeniem, co pomogło w dalszej ocenie zachowania w stanie granicznym użytkowalności.

To studium przypadków potwierdziło skuteczność oprogramowania w rozwiązywaniu rzeczywistych wyzwań związanych z modernizacją konstrukcji, zwłaszcza gdy standardowe narzędzia nie dają pełnego obrazu sytuacji. Zweryfikowana nośność słupa Vierendeel oraz wizualizacja przepływu sił wewnętrznych zapewniły przejrzystość, której w inny sposób nie bylibyśmy w stanie osiągnąć.

Dávid Sadrinia

Inżynier konstruktor – BASE-Engineer Kft.

O firmie BASE-Engineer Kft.

BASE-Engineer Kft., z siedzibą w Pécs na Węgrzech, specjalizuje się w projektowaniu konstrukcyjnym wielkoskalowych obiektów przemysłowych, a także budynków mieszkalnych i komercyjnych. Firma łączy tradycyjne doświadczenie inżynierskie z najnowocześniejszymi narzędziami cyfrowymi, dostarczając technicznie poprawne i wykonalne rozwiązania. Więcej informacji dostępnych jest na stronie base.hu.

BASE-Engineer Kft.

BASE-Engineer Kft., z siedzibą w Pécs na Węgrzech, specjalizuje się w projektowaniu konstrukcyjnym wielkoskalowych obiektów przemysłowych oraz budynków mieszkalnych i komercyjnych. Szczegóły