Endüstriyel Çelik Boru Rafı Yapılarında Devredilen Birleşim Tasarımı

Weldment Design, 2019 yılında Corbin Collier tarafından kurulmuş olup, USA Rare Earth Magnet Manufacturing Project'e hizmet eden çelik boru rafı sistemi için devredilen birleşim analizini gerçekleştirmek üzere St. George Steel tarafından görevlendirilmiştir. Endüstriyel raf sistemi yaklaşık 800 doğrusal fit uzunluğa ve 28 fit yüksekliğe sahip olup, detaylandırması Cronus Steel Detailing tarafından yapılan ve Hatch (EOR) tarafından tasarlanan bir sistemdir.

Weldment Design'ın amacı, tüm yapısal takviye birleşimlerinin AISC yönetmelik gerekliliklerini karşıladığını ve güvenilir ile şeffaf bir doğrulama yöntemi kullanılarak yapısal açıdan yeterli olduğunu doğrulamaktı.

Yapı ve Tasarım

• Toplam uzunluk: ~800 doğrusal fit
• Yükseklik: ~28 fit
• Çerçeve türü: Moment çerçeveleri, çaprazlı çerçeveler ve çok açıklıklı modüllerden oluşan tipik endüstriyel boru rafı
• Elemanlar: Boru tepsilerini ve proses hatlarını taşıyan geniş başlıklı kirişler ve kolonlar
• Birleşim türleri: Ağırlıklı olarak kesme birleşimleri, uzatılmış kesme plakaları, takviyeli plakalar ve yeniden ped konfigürasyonları
• Yükleme: Düşey, yanal, boru yükleri ve tepsi seviyelerinde tekil yükler
• Tasarım esası: AISC 360 ve ilgili endüstriyel tasarım standartları

Şekil 1. Birleşim Konumu (C1'den C15'e, C17)

Projede IDEA StatiCa Kullanımı

Weldment Design, proje aşamaları boyunca kapsamlı birleşim tasarımı ve doğrulaması gerçekleştirmek için CBFEM yöntemiyle IDEA StatiCa kullandı. Corbin ve ekibi, birleşimleri yazılımın bağımsız sürümünü kullanarak modelledi. Hem standart hem de özel birleşimlerin modellenmesine olanak tanıyan IDEA StatiCa'nın işlem araçları kullanılarak toplam 20 farklı birleşim tasarlandı.

Başlıca çelik birleşim türleri şunlardı:

Kirişten kirişe köşebent birleşimi

Kirişten kolona (gövde veya başlık) köşebent birleşimleri

Yatay çapraz köşe plakaları

Uzatılmış kayma kaması plakaları

Çapraz elemanlarla taban plakası

Düşey çaprazlama ve kolon gövdesi takviye donatısı

Geometri & Model Kurulumu

• Detaylandırıcıdan alınan IFC modelleri, eleman geometrisinin ve birleşim arayüzlerinin tam olarak yeniden oluşturulmasını sağladı.
• Ayrıntılı modelleme, tepsilerin, çaprazların ve ikincil çeliğin bir araya geldiği boru raflarında sık görülen dar boşlukları yakaladı.
• Gruplandırılmış birleşim aileleri, birden fazla açıklıkta tekrarlanan detayların hızlı bir şekilde analiz edilmesi için kullanıldı.

Analiz Yaklaşımı

• Bileşen Tabanlı Sonlu Elemanlar Modellemesi (CBFEM), Weldment Design'ın karmaşık birleşimlerdeki gerçek yük yollarını simüle etmesine olanak tanıdı; bu, geleneksel formüller kullanılarak yapılması güç bir işlemdir.
• Çelik birleşim sınır durumları, SEY çalıştırılırken açıkça modellendikleri için IDEA StatiCa tarafından doğrulandı:
  • Kesme, ezilme ve kaynak dayanımı
  • Blok kesme, net kesit kopması
  • Kolon gövdesi ezilmesi/gövde akması
  • Plaka burkulması ve takviye levhası performansı
  • Cıvatalar, plakalar ve kaynaklardan geçen yük dağılımı

Şekil 2. İki yönlü düşey çapraz birleşimi. IDEA StatiCa'da genel kontrol görünümü ve eşdeğer gerilme dağılımı

Tasarım İyileştirme & Koordinasyon

• IDEA StatiCa, kapasite gerekliliklerini karşılamak için ek uzunluk veya yeniden ped gereken yerleri vurgulayarak uzatılmış kesme plakaları ile standart kesme plakaları arasında karşılaştırma yapmak için kullanıldı.
• Ekip, plaka boyutlarını, kaynakları ve cıvata düzenlerini doğrudan 3D modelde iteratif olarak değiştirerek mümkün olan her yerde imalatçı tercihli detayları korudu.
• IDEA StatiCa Viewer dosyaları, tescilli yazılıma ihtiyaç duymadan net görsel iletişim sağlamak amacıyla EOR ve imalatçıyla paylaşıldı.

Şekil 3. Projeden bir birleşimi gösteren IDEA StatiCa çevrimiçi görüntüleyici

Sonuç

~800 fit'lik raf boyunca tüm birleşimlerin AISC gerekliliklerini karşıladığı doğrulandı.
Kritik sınır durumlar, görsel ve şeffaf CBFEM çıktıları kullanılarak erken aşamada tespit edildi ve giderildi.

Çok aşamalı devredilen tasarım kapsamının tamamı yaklaşık üç haftada tamamlandı; bu aşağıdakiler sayesinde mümkün oldu:

• IFC paylaşımlı dosyalar
• Birleşim gruplandırması
• Görsel model tabanlı koordinasyon

Analiz, imalatçı detaylarının kabul edilebilir olduğu yerleri ve değişiklik gereken yerleri açıkça gösterdiğinden, yeniden işlem sınırlı kaldı ve atölye değişiklikleri minimum düzeyde oldu.

CBFEM görselleri, kuvvet akışı diyagramları ve açıklamalı 3D modeller, endüstriyel projeleri genellikle yavaşlatan belirsizliklerin ortadan kaldırılmasına yardımcı oldu.

Sonuç: EOR, paketi hiçbir yorum yapmaksızın ilk sunumda kabul etti.

Proje, IDEA StatiCa gibi gelişmiş modelleme araçlarının aşağıdakilerin verimli doğrulanmasını nasıl desteklediğini ortaya koydu:

• Çok açıklıklı, tekrarlayan yapılar
• Ağır endüstriyel yükler
• Kısıtlı geometriye sahip birleşimler
• Hızlı teslim gerektiren devredilen tasarım kapsamları

Kaynak Tasarımı

United States

Talep Üzerine Kaynak Tasarımı ve Mühendislik Desteği: Keşiften teslimata kadar, imalat tasarımı danışmanlığı ve süreç optimizasyonu sağlıyoruz. Ayrıntılar