캐나다의 강재 구형 저장 탱크 정착 설계
캐나다 온타리오에 본사를 둔 Odan Detech Group Inc.는 2016년 초부터 IDEA StatiCa를 사용해 왔으며, 이 소프트웨어가 구조 엔지니어에게 제공하는 혁신적인 신기술을 인정한 북미 최초의 고객 중 하나입니다.
이후 그들은 IDEA StatiCa를 광범위하게 활용해 왔으며, 이 사례 연구에서 자신들이 참여한 프로젝트를 소개합니다: 고지진 지역에 위치한 일반적인 프로판/부탄 저장 구체의 응력 해석 및 설계. 이 해석 및 설계는 검토된 구조 지지 시스템이 일반 설계 하중에 적합한지 여부를 판단하고, 프로젝트의 예산 수립을 보다 효율적으로 할 수 있도록 합니다.
주요 구조물의 이 3D 모델은 제3자 범용 유한요소해석 소프트웨어로 제작되었습니다
프로젝트 개요
Odan Detech Group Inc. 대표 John Krpan이 설명한 내용입니다.
배경
- 저장 구체에 대한 설계 정보가 Odan Detech에 제공되었습니다.
- Odan Detech가 일반 설계 절차를 수립하였습니다.
- Odan Detech는 범용 유한요소해석 프로그램을 사용하여 전체 구조를 해석 및 설계하고, IDEA StatiCa Connection을 사용하여 앵커를 설계하였습니다.
구체 구조물의 유한요소법 해석
- 빈 상태의 돔/지지 구조물의 기본 진동수 계산. 유한요소 모델을 사용하여 수행되었으며, 두 개의 독립적인 유한요소 코드가 사용되었습니다.
- 액체로 채워진 돔/지지 구조물의 기본 진동수 계산. 유한요소 모델을 사용하여 수행되었으며, 두 개의 독립적인 유한요소 코드가 사용되었습니다.
- 두 개의 독립적인 유한요소 코드를 기반으로 구조 모델, 진동 모드 및 결과 요약을 포함한 간략 보고서.
- 일반 앵커 시스템 설계.
돔 지지 시스템의 규정 검토
- 고정 하중, 활 하중, 풍 하중 및 지진 하중을 이용한 해석. AISC ASD에 따른 하중 조합. UBC(Uniform Building Code)에 따른 지진 하중.
- AISC ASD를 이용한 규정 검토. 전체 구조물에 대한 오일러 좌굴 평가.
- 기둥 하부의 전단 키 설계.
- 설계 결과를 포함한 간략 보고서.
정착 설계
"CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)을 활용하는 IDEA Connection을 사용함으로써 재료의 효율적인 사용이 보장된다는 확신 하에 다양한 구성 요소와 형상을 모델링할 수 있었습니다. 앵커 접합부는 기존 유한요소해석 프로그램으로도 모델링할 수 있었겠지만, 최고의 모델러를 사용하더라도 그 작업량은 방대합니다. IDEA StatiCa는 강재 접합부를 위해 특별히 설계되었습니다. 스티프너, 부재 구성 요소, 용접 및 볼트 변경은 IDEA에서 일상적인 작업입니다."
CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 방법은 모델을 정밀하게 구성하려 합니다. 해석 플레이트/벽체는 서로 연결되지 않으며, 구조물 및 건물 모델링 시 사용되는 방법과 달리 이들 사이에 교차부가 생성되지 않습니다. 유한요소 메시는 다른 플레이트의 메시와 독립적으로 각 플레이트에 개별적으로 생성됩니다. 용접은 한 플레이트의 엣지와 다른 플레이트의 표면/엣지 간 연결을 보장하는 특수 무질량 힘 보간 구속 조건으로 모델링됩니다. 볼트의 고유 모델은 정밀도와 해석 속도 양면에서 우수한 결과를 제공합니다. 이 방법은 특허로 보호되어 있습니다. 강재 베이스 플레이트는 콘크리트 기초 위에 느슨하게 놓입니다. 이는 해석 모델에서 접촉 요소로, 연결부는 압축에는 완전히 저항하지만 인장에는 저항하지 않습니다.
IDEA StatiCa 활용
John Krpan에게 IDEA StatiCa 사용 경험에 대해 몇 가지 질문을 드렸으며, 다음은 그 답변입니다:
과거에는 유사한 연결을 어떻게 처리하셨나요?
"과거에는 Nastran으로 유한요소해석 모델을 만들어 응력 해석을 수행했습니다. 단순한 연결의 경우에는 스프레드시트나 LIMCON이라는 프로그램을 사용했습니다."
절약된 시간을 추정할 수 있으신가요?
"IDEA StatiCa를 사용하여 처음부터 올바르게 작업했다고 가정할 때 최소 ¼의 시간을 절약했습니다. LIMCON은 단순한 연결에만 한정되어 있어 이 앵커와 같은 복잡한 연결은 해결할 수 없었습니다."
IDEA StatiCa 사용이 보다 경제적인 설계를 제공한다고 생각하시나요?
"확실히 더 경제적인 설계를 얻을 수 있습니다. 유한요소해석 경험을 바탕으로 응력을 시각적으로 확인할 수 있습니다. 스티프너의 효과가 명확하게 나타납니다. IDEA StatiCa는 작업 흐름을 더욱 효율적으로 만들고 규정 검토라는 중요한 기능을 추가합니다!"
하나만 선택해야 한다면, IDEA StatiCa의 가장 큰 장점은 무엇인가요?
"간단하고, 시각적이며, 유한요소해석의 강력함입니다. 가장 큰 장점은 사용하기 쉽다는 것입니다. 유사한 프로그램들이 있지만 IDEA와 같은 것은 없습니다. 이것이 우리가 IDEA StatiCa를 선택한 이유입니다."
