Braithwaite geperst stalen watertanks

Dit artikel is ook beschikbaar in
Structural Science Ltd., in samenwerking met Braithwaite Engineers, implementeert IDEA StatiCa Connection software om voortdurend verschillende op maat gemaakte verbindingen in hun stalen watertanks te onderzoeken en te ontwerpen. Met meer dan 125 jaar ervaring in het ontwerpen en fabriceren van stalen sectionele watertanks, hebben zij duizenden tanks geïnstalleerd, zowel in eigen land in het Verenigd Koninkrijk als internationaal over de hele wereld.

Bij de constructie van watertanks van geperst staal worden verschillende verbindingen gebruikt en deze korte casestudie, geschreven door Dale Price, bouwkundig ingenieur bij  Structural Science Ltd., bespreekt de knikverbinding die de horizontale hydrostatische druk van het water op de tankwanden opvangt.


Over de geteste verbinding

Zoals te zien is in figuur 1, bestaat de stalen boutverbinding van de steunen of schoor uit een dunne basisplaat met een gelaste lipplaat die de schuine steun tussen de basis en de wanden of hoeken van de tankwanden verbindt en in normale gevallen kan worden belast met een ontwerp-trekkracht van 75 kN.

In het verleden werden ontwerpen gewoonlijk met de hand berekend en werd de verificatie van verbindingen bevestigd door dure laboratoriumproeven van onderdelen op ware grootte uit te voeren en proefmodellen van tanks op ware grootte ter plaatse te testen.

De onderstaande afbeelding toont een recente tanktest op ware grootte waarbij de schoor is verbonden met rekstrookjes-sensoren die voortdurend de belasting op de tankschoren controleren tijdens het vullen met water en lange statische tests.

Terug in het laboratorium ziet u op de volgende afbeelding dat de schoorverbinding wordt getest volgens de voorschriften (en natuurlijk andere sterkte- en breuktests die hier niet worden getoond).

De schoorverbinding is geanalyseerd met IDEA StatiCa Connection, en de onderstaande screenshots geven een samenvatting van de procedure:

De algemene opstelling van de verbinding met bouten en lassen met een axiale ontwerpbelasting van 75 kN op de schoren, de equivalente spanningsdiagrammen die de zones van de sterk belaste onderdelen aangeven, en een indicatie van de ontwikkelde plastische spanningen op de grondplaat.

Behalve de zuivere analyseresultaten levert IDEA StatiCa Connection natuurlijk ook de algemene EN/AISC-controles voor alle elementen, zoals te zien is in de volgende twee afbeeldingen, die ons heel duidelijke Pass/Fail-resultaten geven.

De conclusie is dat het verbindingsgedrag en de belastingscorrelatie tussen de full-scale/laboratoriumtesten en de CBFEM software zeer goed waren, en daarom bevestigde het full-scale testprogramma de validiteit en nauwkeurigheid van de IDEA StatiCa software voor het ontwerpen van verbindingen. In het algemeen kunnen toekomstige op maat gemaakte verbindingsontwerpen nu snel worden gerealiseerd met behulp van deze software zonder dure en langdurige testprogramma's uit te voeren en te plannen. De software wordt momenteel gebruikt om betere verbindingsontwerpen te rationaliseren en te ontwikkelen met als voordeel een besparing in kosten en fabricageprocessen. Andere moeilijke op maat gemaakte verbindingen met betrekking tot het tankontwerp worden nu onderzocht met behulp van de IDEA StatiCa Connection software.

De vervormde vormweergave helpt de ingenieur om het gedrag van de verbinding beter te begrijpen

De belangrijkste voordelen van het gebruik van IDEA StatiCa zijn, kort samengevat:

  • Verkorting van de periode van het bureauwerk en het repetitieve ontwerp van verbindingen.
  • De mogelijkheid om alle componenten van de verbinding in één ontwerp te modelleren, d.w.z. las, bouten, platen en doorsneden in één samenstelling en de betere interactie tussen de afzonderlijke componenten te begrijpen en dit te vergelijken met het opsplitsen van de verbinding in afzonderlijke ontwerpcomponenten.
  • Voortdurend oude en nieuwe op maat gemaakte verbindingen bestuderen, ontwikkelen en onderzoeken zonder lange en dure testprogramma's op ware grootte te plannen om verbindingsontwerpen te verifiëren.
  • Verbeter bestaande verbindingen door rationalisering van plaat- of sectieafmetingen, varieer configuraties voor fabricagekosten, en controleer verhoogde ontwerpkrachten ten opzichte van het normale ontwerp, bijvoorbeeld aardbevingskrachten die op tankwanden worden uitgeoefend.
  • De proeven op ware grootte hebben vertrouwen geschapen in de uitvoering van het ontwerpen van dergelijke verbindingen met gebruikmaking van eindige elementen en met name de IDEA StatiCa Connection software die is gebaseerd op de nieuwe CBFEM-methode.
  • Kies ontwerpen met bijgewerkte verschillende landelijke verbindingsnormen.