Konstrukční návrh a návrh přípojů pro 74 sil na recyklovaný materiál při extrémním zatížení
Jádrem projektu bylo 74 nových sil na recyklovaný materiál s konstrukční výškou až 35 m. Areál byl doplněn potrubními mosty, servisními plošinami, lávkami a únikovými schodišťovými věžemi. S přibližně 800 t instalované oceli se projekt zařadil mezi nejnáročnější průmyslové projekty realizované touto společností. Kombinace vysokých svislých zatížení, složitých detailů přípojů a zvýšených seizmických požadavků si vyžádala přesné digitální plánování i transparentní a ověřitelné normové posouzení konstrukce.
Přehled projektu
Nový silový areál byl navržen jako ústřední součást rozšíření závodu. Slouží k uskladnění velkého množství recyklovatelných materiálů pro průmyslové zpracování. Instalace zahrnuje několik skupin sil různých velikostí, které jsou propojeny složitým systémem potrubí, servisních lávek a ocelových konstrukcí.
Geometrické rozměry sil byly výjimečné. Průměry se pohybují od 2,5 m do 4,5 m a skladovací objemy se liší od 125 m³ do 400 m³. V naplněném stavu dosahuje každé jednotlivé silo provozní hmotnosti až 350 t. Kromě toho bylo nutné do globálního konstrukčního systému začlenit potrubní mosty, plošiny a únikové schodišťové systémy, aby byl zajištěn bezpečný provoz, přístup pro údržbu a únikové cesty ve výškách až 35 m.
Inženýrské výzvy
Klíčová výzva se objevila již při koncepčním návrhu spodních konstrukcí sil. Nádoby s výškou až 35 m jsou uloženy na kruhových prstencových nosnících, jejichž prostřednictvím musí být vysoká svislá zatížení rovnoměrně přenášena do ocelové spodní konstrukce. I drobné geometrické odchylky mohou způsobit nežádoucí excentricity a dodatečná napětí v plášti sila.
Pro snížení těchto rizik byly podstatné konstrukční prvky předmontovány ve výrobních dílnách společnosti Stahlbau Süssen. Tato kontrola přesnosti a kvality zajistila, že prstencové nosníky, prvky plošin a detaily přípojů mohly být na stavbě osazeny s vysokou přesností.
Další složitost vyplývala ze vzájemného působení různých konstrukčních prvků. Hlavní sloupy, prstencové nosníky, ztužidlové soustavy, potrubní mosty a plošiny musely být koordinovány v rámci trojrozměrného globálního konstrukčního systému. Zároveň bylo nutné zohlednit významná zatížení od vlastní tíhy, užitných zatížení, provozních podmínek a dynamických účinků.
Seizmický návrh při vysokých zatíženích
Zvláštní výzvu představovala poloha projektu v Rheinfeldenu v oblasti Horního Rýnského příkopu. Lokalita se nachází v oblasti se zvýšenou seizmickou aktivitou. V kombinaci se značnými konstrukčními výškami a velkými pohyblivými hmotami to vede k významným vodorovným zatížením a odpovídajícím vysokým vnitřním silám.
Celá konstrukce byla modelována v programu Dlubal RSTAB. Podrobný globální model umožnil přesné stanovení reakcí v podporách a vnitřních sil pro následný návrh. Vysoce zatížené styčníky a masivní patní přípoje však vyžadovaly pokročilou analýzu přesahující rámec konvenčních zjednodušených metod ověřování (obrázky 5a, 5b).
Konvenční postupy ověřování by si vyžádaly značné ruční úsilí vzhledem k velkému počtu přípojů a složitosti kombinací zatížení. Zároveň hrozilo, že příliš zjednodušené předpoklady by mohly vést k zbytečně těžkým konstrukcím.
Řešení pomocí IDEA StatiCa
Pro ověření rozhodujících přípojů tým využil IDEA StatiCa Connection v kombinaci s IDEA StatiCa Checkbot. Díky přímému rozhraní s programem RSTAB bylo možné přenést vypočtené vnitřní síly do návrhu přípojů bez ručních mezikroků.
To umožnilo nepřetržitý digitální pracovní postup mezi globálním konstrukčním modelem a podrobným návrhem. Inženýři tak mohli transparentně a spolehlivě analyzovat vysoce namáhané styčníky a posuzovat rozložení napětí i plastická přetvoření.
Zejména pro patní desky a přípoje hlavních sloupů poskytla technologie CBFEM cenný vhled do únosnostního chování zón přípojů. Lokální špičky napětí byly identifikovány a redukovány cílenými opatřeními, jako je přidání výztuh. Zároveň bylo ověřeno, že všechny přípoje splňují požadované úrovně bezpečnosti i za výjimečných podmínek zatížení.
Výsledky
Kombinací globálního modelování v programu RSTAB s návrhem přípojů v IDEA StatiCa dokázala společnost Stahlbau Süssen provést předběžný a podrobný návrh konstrukce pro 74 sil a přidružených pomocných konstrukcí efektivně a transparentně.
Digitální návaznost mezi globální statickou analýzou a lokálním návrhem přípojů výrazně snížila ruční úsilí a minimalizovala potenciální chyby při přenosu dat. Zároveň podrobná analýza styčníků umožnila cílenou optimalizaci konstrukce bez ohrožení požadovaných bezpečnostních rezerv.
Výsledkem je vysokovýkonná ocelová konstrukce o celkové hmotnosti přibližně 800 t, která splňuje jak výjimečné provozní zatížení, tak zvýšené seizmické požadavky v dané lokalitě. Úzká integrace konstrukčního návrhu, detailování a výroby umožnila bezpečnou realizaci jednoho z největších silových projektů v portfoliu společnosti.
O stavebním inženýrovi
Bilal Al Dukhan je stavební inženýr a konstruktér ve společnosti Stahlbau Süssen GmbH. V rámci projektu byl zodpovědný za podstatné části předběžného a podrobného návrhu konstrukce a také za návrh ocelových přípojů. Jeho zaměření spočívá v ekonomických a praktických řešeních pro složité konstrukce v průmyslovém a ocelovém stavitelství.
Vyzkoušejte IDEA StatiCa zdarma
