Conception structurelle et conception des assemblages pour 74 silos de matériaux recyclés sous charges extrêmes
Au cœur du projet se trouvaient 74 nouveaux silos de matériaux recyclables avec des hauteurs structurelles allant jusqu'à 35 m. L'installation était complétée par des ponts de tuyauteries, des plateformes de maintenance, des passerelles et des tours d'escaliers de secours. Avec environ 800 t d'acier installé, le projet est devenu l'un des projets industriels les plus complexes réalisés par l'entreprise. La combinaison de charges verticales élevées, de détails d'assemblage complexes et d'exigences sismiques accrues a nécessité une planification numérique précise ainsi que des vérifications normatives structurelles transparentes et vérifiables.
Présentation du projet
La nouvelle installation de silos a été conçue comme un composant central de l'extension de l'usine. Elle sert au stockage de grandes quantités de matériaux recyclables destinés au traitement industriel. L'installation comprend plusieurs groupes de silos de différentes tailles, interconnectés par un système complexe de canalisations, de passerelles de maintenance et de structures métalliques.
La gamme géométrique des silos était exceptionnelle. Les diamètres varient de 2,5 m à 4,5 m, et les volumes de stockage varient entre 125 m³ et 400 m³. En condition remplie, chaque silo individuel atteint un poids opérationnel allant jusqu'à 350 t. De plus, des ponts de tuyauteries, des plateformes et des systèmes d'escaliers de secours devaient être intégrés dans le système structurel global pour assurer un fonctionnement sûr ainsi que l'accès à la maintenance et les voies d'évacuation à des hauteurs allant jusqu'à 35 m.
Défis d'ingénierie
Un défi majeur est apparu dès la conception des infrastructures des silos. Les conteneurs, d'une hauteur allant jusqu'à 35 m, reposent sur des poutres annulaires circulaires, par lesquelles les charges verticales élevées doivent être transmises uniformément à la sous-structure métallique. Même de légères déviations géométriques peuvent entraîner des excentricités indésirables et des contraintes supplémentaires dans l'enveloppe du silo.
Pour réduire ces risques, les composants structurels essentiels ont été préassemblés dans les ateliers de fabrication de Stahlbau Süssen. Ce contrôle d'ajustement et de qualité a permis que les poutres annulaires, les éléments de plateforme et les détails d'assemblage puissent être érigés sur site avec une grande précision.
Une complexité supplémentaire résultait de l'interaction de divers composants structurels. Les poteaux principaux, les poutres annulaires, les systèmes de contreventement, les ponts de tuyauteries et les plateformes devaient être coordonnés au sein d'un système structurel global tridimensionnel. Simultanément, des actions significatives dues au poids propre, aux charges d'exploitation, aux conditions opérationnelles et aux effets dynamiques devaient être prises en compte.
Conception parasismique sous actions élevées
Un défi particulier résultait de l'emplacement du projet à Rheinfelden, dans le fossé rhénan supérieur. Le site est situé dans une région à activité sismique accrue. En combinaison avec les hauteurs structurelles considérables et les grandes masses en mouvement, cela engendre des actions horizontales significatives et des efforts internes correspondants élevés.
L'ensemble de la structure a été modélisé dans Dlubal RSTAB. Le modèle global détaillé a permis la détermination précise des réactions d'appui et des efforts internes pour la conception ultérieure. Cependant, les assemblages fortement chargés ainsi que les assemblages de base massifs nécessitaient une analyse avancée au-delà des méthodes de vérification simplifiées conventionnelles (Figures 5a, 5b).
Les procédures de vérification conventionnelles auraient entraîné un effort manuel considérable en raison du grand nombre d'assemblages et de la complexité des combinaisons de charges. En même temps, il existait un risque que des hypothèses trop simplifiées conduisent à des structures inutilement lourdes.
Solution utilisant IDEA StatiCa
Pour la vérification des assemblages déterminants, l'équipe a utilisé IDEA StatiCa Connection en combinaison avec IDEA StatiCa Checkbot. Grâce à l'interface directe avec RSTAB, les efforts internes calculés ont pu être transférés vers la conception des assemblages sans étapes intermédiaires manuelles.
Cela a permis un flux de travail numérique continu entre le modèle structurel global et la conception détaillée. Les ingénieurs ont ainsi pu analyser les assemblages fortement sollicités et évaluer les distributions de contraintes ainsi que les déformations plastiques de manière transparente et fiable.
En particulier pour les platines de base et les assemblages des poteaux principaux, la technologie CBFEM a fourni des informations précieuses sur le comportement portant des zones d'assemblage. Les pics de contraintes locaux ont été identifiés et réduits par des mesures ciblées, telles que l'ajout de raidisseurs. En même temps, il a été vérifié que tous les assemblages satisfont aux niveaux de sécurité requis même dans des conditions de chargement exceptionnelles.
Résultats
En combinant la modélisation globale dans RSTAB avec la conception des assemblages dans IDEA StatiCa, Stahlbau Süssen a pu réaliser la conception structurelle préliminaire et détaillée des 74 silos et des structures auxiliaires associées de manière efficace et transparente.
La cohérence numérique entre l'analyse structurelle globale et la conception locale des assemblages a considérablement réduit l'effort manuel et minimisé les erreurs potentielles de transfert. En même temps, l'analyse détaillée des assemblages a permis une optimisation ciblée de la structure sans compromettre les marges de sécurité requises.
Le résultat est une structure métallique haute performance d'un poids total d'environ 800 t, qui répond à la fois aux actions opérationnelles exceptionnelles et aux exigences sismiques accrues du site. L'intégration étroite de la conception structurelle, du détail et de la fabrication a permis la réalisation sûre de l'un des plus grands projets de silos du portefeuille de l'entreprise.
À propos de l'ingénieur structure
Bilal Al Dukhan est ingénieur civil et ingénieur structure chez Stahlbau Süssen GmbH. Dans le cadre du projet, il était responsable de parties essentielles de la conception structurelle préliminaire et détaillée, ainsi que de la conception des assemblages acier. Son domaine de prédilection porte sur des solutions économiques et pratiques pour les structures complexes dans la construction industrielle et métallique.
Essayez IDEA StatiCa gratuitement
