การออกแบบการเชื่อมต่อแบบมอบหมายในโครงสร้างเหล็กแบบ Pipe Rack ในอุตสาหกรรม

Weldment Design ก่อตั้งโดย Corbin Collier ในปี 2019 ได้รับการว่าจ้างจาก St. George Steel เพื่อดำเนินการวิเคราะห์การเชื่อมต่อแบบมอบหมายสำหรับระบบ pipe rack เหล็กที่ให้บริการแก่ โครงการผลิตแม่เหล็ก USA Rare Earth ระบบ rack ในอุตสาหกรรมมีความยาวเกือบ 800 ฟุตเชิงเส้น สูง 28 ฟุต และออกแบบโดย Hatch (EOR) โดยมี Cronus Steel Detailing เป็นผู้จัดทำรายละเอียด

เป้าหมายของ Weldment Design คือการตรวจสอบว่าการเชื่อมต่อเหล็กเสริมโครงสร้างทั้งหมดเป็นไปตาม ข้อกำหนดมาตรฐาน AISC และมีความเพียงพอทางโครงสร้างโดยใช้วิธีการตรวจสอบที่เชื่อถือได้และโปร่งใส

โครงสร้างและการออกแบบ

• ความยาวรวม: ~800 ฟุตเชิงเส้น
• ความสูง: ~28 ฟุต
• ประเภทโครง: pipe rack ในอุตสาหกรรมทั่วไปประกอบด้วย moment frame, braced frame และโมดูลหลายช่วง
• ชิ้นส่วน: คานและเสา wide-flange รองรับถาดท่อและสายกระบวนการผลิต
• ประเภทการเชื่อมต่อ: ส่วนใหญ่เป็นการเชื่อมต่อรับแรงเฉือน, แผ่นรับแรงเฉือนแบบขยาย, แผ่นเสริมความแข็ง และการกำหนดค่า re-pad
• การรับแรง: แรงโน้มถ่วง, แรงด้านข้าง, แรงจากท่อ และแรงกระจุกตัวที่ระดับถาด
• พื้นฐานการออกแบบ: AISC 360 และมาตรฐานการออกแบบอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

รูปที่ 1. ตำแหน่งการเชื่อมต่อ (C1 ถึง C15, C17)

การใช้ IDEA StatiCa ในโครงการ

Weldment Design ใช้ IDEA StatiCa ด้วยวิธี CBFEM เพื่อดำเนินการออกแบบและตรวจสอบการเชื่อมต่ออย่างครอบคลุมตลอด ขั้นตอนของโครงการ Corbin และทีมงานได้สร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อโดยใช้ซอฟต์แวร์เวอร์ชัน standalone มีการออกแบบการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันทั้งหมด 20 แบบโดยใช้เครื่องมือการดำเนินการของ IDEA StatiCa ที่ช่วยให้สามารถสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อทั้งแบบมาตรฐานและแบบกำหนดเอง

ประเภทการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กหลักได้แก่:

การเชื่อมต่อคานกับคานด้วยเหล็กฉากยึด

การเชื่อมต่อคาน-เสา (ผ่านเว็บหรือปีก) ด้วยเหล็กฉากยึด

แผ่น Gusset ค้ำยันแนวนอน

แผ่น Fin แบบขยาย

แผ่นฐานพร้อมชิ้นส่วนค้ำยัน

การค้ำยันแนวตั้งและการเสริมความแข็งแกร่งของแผ่นเอวเสา

การตั้งค่าเรขาคณิตและแบบจำลอง

• แบบจำลอง IFC จากผู้จัดทำรายละเอียดช่วยให้สามารถสร้างเรขาคณิตของชิ้นส่วนและส่วนต่อประสานการเชื่อมต่อได้อย่างแม่นยำ
• การสร้างแบบจำลองอย่างละเอียดครอบคลุม ระยะห่างที่แคบซึ่งพบได้ทั่วไปใน pipe rack ซึ่งถาด, ค้ำยัน และเหล็กรองมาบรรจบกัน
• ใช้ กลุ่มครอบครัวการเชื่อมต่อ เพื่อวิเคราะห์รายละเอียดที่ซ้ำกันในหลายช่วงได้อย่างรวดเร็ว

แนวทางการวิเคราะห์

• วิธี Component-Based Finite Element Modeling (CBFEM) ช่วยให้ Weldment Design สามารถจำลองเส้นทางแรงจริงในจุดต่อที่ซับซ้อน ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำได้ยากด้วยสูตรแบบดั้งเดิม
• สภาวะขีดจำกัดของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กได้รับการตรวจสอบโดย IDEA StatiCa เนื่องจากมีการ สร้างแบบจำลองอย่างชัดเจน ขณะรัน FEA:
  • ความแข็งแรงรับแรงเฉือน, แรงกด และรอยเชื่อม
  • การแตกร้าวแบบ block shear และการแตกหักของหน้าตัดสุทธิ
  • การยุบตัวของแผ่นเอวเสา/การครากของแผ่นเอวเสา
  • การโก่งเดาะของแผ่นและประสิทธิภาพของแผ่นเสริมความแข็ง
  • การกระจายแรงผ่านสลักเกลียว, แผ่น และรอยเชื่อม

รูปที่ 2. การเชื่อมต่อค้ำยันแนวตั้งสองทิศทาง ภาพรวมการตรวจสอบและแผนภาพความเค้นสมมูลใน IDEA StatiCa

การปรับปรุงการออกแบบและการประสานงาน

• ใช้ IDEA StatiCa เพื่อเปรียบเทียบ แผ่นรับแรงเฉือนแบบขยายกับแผ่นรับแรงเฉือนมาตรฐาน โดยเน้นให้เห็นว่าจำเป็นต้องเพิ่มความยาวหรือ re-pad เพื่อให้ได้ตามความสามารถรับแรงที่กำหนด
• ทีมงานรักษา รายละเอียดที่ผู้ผลิตต้องการ ไว้ทุกที่ที่เป็นไปได้โดยการปรับขนาดแผ่น, รอยเชื่อม และรูปแบบสลักเกลียวโดยตรงในแบบจำลอง 3D
• ไฟล์ IDEA StatiCa Viewer ถูกแชร์กับ EOR และผู้ผลิต ช่วยให้สื่อสารด้วยภาพได้อย่างชัดเจนโดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะ

รูปที่ 3. IDEA StatiCa online viewer แสดงการเชื่อมต่อหนึ่งจุดจากโครงการ

บทสรุป

การเชื่อมต่อทั้งหมดตลอด rack ยาว ~800 ฟุต ได้รับการยืนยันว่าเป็นไปตามข้อกำหนด AISC
สภาวะขีดจำกัดที่สำคัญได้รับการระบุและแก้ไขตั้งแต่เนิ่นๆ โดยใช้ผลลัพธ์ CBFEM ที่เป็นภาพและโปร่งใส

ขอบเขตการออกแบบแบบมอบหมายหลายขั้นตอนทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์ใน ประมาณสามสัปดาห์ ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจาก:

• ไฟล์แชร์ IFC
• การจัดกลุ่มการเชื่อมต่อ
• การประสานงานบนพื้นฐานแบบจำลองด้วยภาพ

เนื่องจากการวิเคราะห์แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า รายละเอียดของผู้ผลิตที่ยอมรับได้และส่วนที่ต้องการการปรับเปลี่ยน การแก้ไขงานจึงมีน้อยและการเปลี่ยนแปลงในโรงงานมีน้อยที่สุด

ภาพ CBFEM, แผนภาพการไหลของแรง และแบบจำลอง 3D ที่มีคำอธิบายประกอบช่วยขจัดความคลุมเครือที่มักทำให้โครงการอุตสาหกรรมล่าช้า

ผลลัพธ์: EOR ยอมรับเอกสารในการส่งครั้งแรกโดยไม่มีข้อคิดเห็น

โครงการนี้แสดงให้เห็นว่าเครื่องมือสร้างแบบจำลองขั้นสูงอย่าง IDEA StatiCa สนับสนุนการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพสำหรับ:

• โครงสร้างหลายช่วงที่มีรูปแบบซ้ำ
• แรงกระทำในอุตสาหกรรมหนัก
• การเชื่อมต่อที่มีเรขาคณิตจำกัด
• ขอบเขตการออกแบบแบบมอบหมายที่ต้องการความรวดเร็ว

การออกแบบรอยเชื่อม

US

การออกแบบรอยเชื่อมและการสนับสนุนด้านวิศวกรรมตามต้องการ: ตั้งแต่การประมาณราคาจนถึงการส่งมอบ เราให้บริการปรึกษาด้านการออกแบบสำหรับการผลิตและการปรับปรุงกระบวนการ Details