Állandó karbantartási híd rácsos tartója, Heathrow repülőtér, Egyesült Királyság
A főszerkezet tervezését a Mott MacDonald végezte, mint eredeti tervező iroda. Az építésért felelős kivitelező a DHD Engineering volt, aki megbízta ügyfelünket, az Ellis & Moore Consulting Engineers céget a kapcsolatok tervezésével.
Ebben a cikkben elmagyarázzuk ennek a konkrét kapcsolattervezési feladatnak a kihívásokkal teli részeit, és azt, hogyan oldották meg sikeresen az IDEA StatiCa Connection segítségével, miközben megvizsgáljuk az Eurocode-ban implementált eredeti komponensmódszer alkalmazását, és bizonyítjuk, hogy annak alkalmazása ebben az esetben szinte lehetetlen.
Csomópont osztályozása kézi tervezéshez
Először megpróbáljuk elmagyarázni az eljárást, amikor egy összetett kapcsolatot kézzel kell megtervezni. Példaként az N-csomópontot fogjuk használni, amely a jobb oldali képen látható, és egy többsíkú csomópont. Ahhoz, hogy a komponensmódszer segítségével megfelelő számítást végezhessünk, fel kell ismernünk a vonatkozó konfigurációt az Eurocode 7.1. ábrájában (kattintson az alábbi képre).
A kapcsolat geometriájából látható, hogy a világoskék téglalappal jelölt hosszirányban nem volt probléma. Egyértelműen N-csomópontként osztályozható. A problémák a ferde síknál kezdődnek! Tehát végeredményben két egyidejűleg fennálló „N" csomópontunk van egy „Y" csomóponttal.
Ebben az irányban a probléma könnyen szemléltethető a végleges IDEA StatiCa Connection modellből készített valósághű 3D nézet képernyőképével (lásd alább). Ennél a konkrét konfigurációnál nincs egyértelmű útmutatás a szabványban, és/vagy az átfedésekre vonatkozó paragrafusok által megkövetelt határértékek nem feltétlenül teljesülnek. Ebben az esetben vagy szakértői tanácsra és megfelelő mérnöki megítélésre van szükség, ha a komponensmódszert kívánja alkalmazni. Továbbá, mivel a képernyőképek a véglegesített kapcsolatból készültek, látható, hogy különböző megerősítő csomólemezeket alkalmaztak a kapcsolat megerősítésére és a szükséges teherbírás eléréséhez. Ezeknek a csomólemezeknek a jelenléte önmagában is lehetetlenné teszi a kapcsolat tervezését a komponensmódszer alkalmazásával.
Sikeres tervezés a CBFEM módszerrel
A komponensmódszer ezen korlátai nem vonatkoznak a CBFEM-re és az IDEA StatiCa Connection-re, egyszerűen azért, mert a csomópont pontosan úgy van modellezve, ahogy a valóságban is van, és minden irányban egységes elemként kerül elemzésre, végeselem-módszerrel. Tehát miután az összes erőt alkalmazták, a modell megoldható, kiszámíthatók az összes belső erő, amelyek a modellünkben kölcsönhatásba lépnek, és azonnal áttekintést kaphatunk az összes Eurocode-ellenőrzésről, amely biztonságos tervezést mutat.
A komponensmódszerhez képest szintén fontos, hogy ez a munkafolyamat közös az összes kapcsolattípus esetében. Tehát ha például a téglalap szelvényeket valamilyen okból körös vagy I típusú szelvényre változtatnák, nem kell különleges szempontokat figyelembe venni. Ez nem így van a komponensmódszer esetében, amelynek különleges szabályai vannak minden keresztmetszet-típusra.
Megjegyzés az Egyesült Királyságban alkalmazott kapcsolattervezésről
Nyugodtan elmondhatjuk, hogy az acél kapcsolattervezés terén a statikus mérnökök egy bizonyos eljárást követnek, amely általános gyakorlatnak tűnik az Egyesült Királyságban. A kapcsolatok tervezéséhez a szerkezet alapvető tervezéséért felelős mérnökök jelöléseket készítenek, mint a jobb oldali képen látható. Az emberi olvashatóság érdekében a kapcsolatokat csoportosítják. Ezután minden csoporthoz létrehozzák a ható erők burkolóját. Ez az eljárás túlszilárdságot biztosít a kapcsolatnak, ami biztonságos tervezéshez vezet, ugyanakkor megkönnyíti az információáramlást a két fél között. Ennek a megközelítésnek az a problémája, hogy a szükséges túlszilárdság (legalábbis ebben az esetben) olyan nagy, hogy a megerősítő csomólemezek nélkül a hegesztett elemek nem lennének képesek ellenállni a megadott erőknek.
Ez azt jelenti, hogy a kapcsolattervező néha zsákutcába kerül, mivel az elem méretének megváltoztatása nem elfogadható gyakorlat, és ha mégis megtörténik, azt megfelelően indokolni kell. Ebben az esetben az IDEA StatiCa Connection használata volt az ügyfél egyetlen módja a szükséges tervezés elérésére anélkül, hogy összetett végeselem-módszer elemzést és az azzal járó buktatókat kellett volna alkalmazni.
Gazdaságosabb tervezés az IDEA StatiCa Connection segítségével
Ezt a korábban leírt általános gyakorlatot kezdetben ebben a projektben is alkalmazták. Ennek következtében az eredeti tervező mérnökök által megadott burkoló méretezési erők a rácsos tartók elsődleges csomópontjainak igen gazdaságtalan tervezéséhez vezettek. Ahogy az alábbi képen látható, az előzetes/megvalósíthatósági tervezés egy nagyon nehéz kapcsolatot eredményezett egy 8 elemből álló, a nyíláshossz közepén elhelyezkedő csomópontnál.
A főtervező mérnökökkel folytatott közbenső egyeztetés után az erőket módosították, hogy reálisabb kombinációkat és megvalósítható terveket lehessen előállítani. Ezeket az erőket az IDEA StatiCa Connection-ben alkalmazták, és így gazdaságosabb tervezést sikerült elérni, kevesebb kiegészítő lemez felhasználásával. Ennek az új megközelítésnek és a két fél közötti kommunikációnak az eredménye az alábbiakban látható:
Bár ez volt az első nagyobb projekt, amelyen az IDEA StatiCa Connection-t használtuk, a szoftver általános filozófiája és gyakorlatai segítettek nekünk gyorsan kidolgozni az ilyen összetett kapcsolatokat, amelyeket egyébként kézzel terveztünk volna meg. Az IDEA StatiCa Connection-ben ezek a kapcsolatok mind megoldhatóvá váltak, és ami még jobb, nincs szükség különleges szempontok figyelembevételére. A munkafolyamat közös, függetlenül a geometriától.
Egy másik fontos dolog az volt, hogy az ésszerű kapcsolati részletek csökkentett gyártási költségekhez vezettek, és a rácsos tartók összeszerelése viszonylag könnyű volt.
Tehát a projektet minden fél sikeresnek tekinti… és a munka következő fázisát ugyanaz a csapat végzi… hasonló kihívásokkal a részlettervezők számára.
Alexander Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc Civil engineer
Vezető statikus mérnök az Ellis and Moore Consulting Engineer cégnél
