Podpůrná konstrukce k dopravníkovému pásu, Německo
Monath je projekční kancelář středí velikosti sídlící v německém městě Düren, zabývající se všemi oblastmi stavebního inženýrství. V rámci ocelových konstrukcí projektují zejména průmyslové haly a sklady, ale také menší konstrukce se složitějšími statickými systémy.
Motivace
Velmi často potřebujeme pracovat s nestandardními přípoji (z pohledu topologie či průřezů), které musíme posoudit dle normy. V minulosti jsme byli omezeni jednoduchými výpočetními programy či ručními výpočty. To vytvářelo značné limity v možnostech návrhu a v naší výrobní kapacitě.
Největší problémy přicházely s návrhem přípojů zatížených v několika směrech, které vyžadovali 3D analýzu. Na takovouto úlohu už běžné nástroje nestačí, jejich použitelnost končí u 2D úloh. Jinou problematickou oblastí jsou přípoje se složitější topologií. Výpočetní program, který jsme v minulosti používali, dokázal namodelovat jen přípoje dané šablonou (pro topologii, průřezy, výztuhy).
Jelikož jsme se s těmito problémy potýkali téměř každý dem, rozhodli jsme vyzkoušet program IDEA StatiCa Connection.
Výhody
IDEA StatiCa Connection má velmi jednoduché a přehledné pracovní prostředí, ve kterém je možné se velmi rychle zorientovat a začít samostatně pracovat.
Pro globální analýzu konstrukcí používáme program SCIA Engineer. Proto pro nás bylo důležité, že IDEA StatiCa Connection dokáže importovat vybrané uzlu modelu (styčníky) pomocí svého BIM rozhraní se SCIA Engineer (převede jak průřezy, tak vnitřní síly). Propojení funguje velmi dobře – všechny podstatné parametry (geometrie a zatížení) jsou převedeny rychle a spolehlivě, což výrazně zkrátí a usnadní práci inženýra. Samozřejmě je možné jakýkoli přípoj individuálně změnit a posoudit nezávisle na jiných programech.
Další výhodou je šíře možností návrhu. Přípoj je možní adaptovat podle specifikací projektu a realisticky ho vizualizovat. Program nabízí mnoho výrobních operací, např. čelní desku, přípojný plech, ohýbané plechy a mnoho jiných. Největší výhodou je možnost namodelování několika připojení v rámci jednoho uzlu a přímé zobrazení ve 3D. To umožnuje navrhnout téměř jakýkoli přípoj bez ohledu na jeho unikátnost.
U mnoha konstrukcí jsou přípoje zatíženy v několika směrech. Přesto je většina statických programů schopna vyhodnotit jen 2D úlohy. Tudíž bulo nutné velmi pracně vyhodnocovat přípoj ručně a vliv víceosého zatížení musel být zanedbán. IDEA StatiCa Connection umožňuje realisticky zatížit celý systém přípoje, čímž je možné získat realistické rozdělení napětí a zpřesnit tak výsledky v porovnání s konvenčními přístupy. To vše vede k možné optimalizaci návrhu (velikosti svarů, třídy šroubů, tloušťky plechů), která by nemohla být jinde možná.
Návrh přípojů provádíme dle Eurokódu 3, jehož výsledky ihned vidíme. Navíc také můžeme jednoduše zobrazit napětí a síly, výsledky analýzy ztráty stability nebo analýzy tuhosti – to vše s automatickým vygenerováním konečněprvkostího modelu.
Nevýhody
Vedle mnoha výhod, které nám IDEA StatiCa Connection přinesla, zmíníme také některé nevýhody.
Vzhledem k rozdělení zatížení do jednotlivých zatěžovacích stavů může výpočet trvat delší dobu (pro velmi složité přípoje i několik minut). Často tento efekt nastává u kloubově připojených prvků, kde je nutný velký počet iteračních kroků pro dosažení rovnováhy modelu. Celkově je k návrhu kloubových přípojů nutná jistá úroveň odborných znalostí inženýra. Dále bychom uvítali zlepšení výstupního protokolu. Například pozice plechů, svarů a šroubů je někdy složitě čitelná vzhledem k některých chybějícím kótám.
Příklady
Rozhodli jsme se ukázat naše využití aplikace IDEA StatiCa Connection na dvou různých projektech.
Příklad 1: Konstrukce na billboard
Prvním projektem je konstrukce na billboard. Hlavním úkolem, vedle návrhu několika přípojů tenkostěnných profilů, bylo posoudit ukotvení konstrukce do základu.
Momentové a smykové zatížení od větru působilo na konstrukci ve dvou směrech. Z tohoto pohledu se tedy jednalo o složitější úlohu, jelikož jiné programy neberou v úvahu momenty okolo os X a Y. S využitím BIM propojení byly jak průřezy a geometrie, tak zvnitřní síly na uzlu převedeny z programu SCIA Engineer do IDEA StatiCa Connection. Zde již bylo možné navrhnout a posoudit kotvení.
Dalším složitým prvkem tohoto projektu bylo připojení hlavních nosníků ke sloupu. S běžnými nástroji by bylo opět nutno tuto prostorovou úlohu značně zjednodušit.
Poté co byl navržen přípoj mezi všemi čtyřmi hlavními nosníky se ukázalo, že napětí na plechách sloupu mají velmi vysokou hodnotu. Proto byl celý systém ještě vyztužen žebry nad a pod HEA profily, jak je patrné z obrázku níže.
Příklad 2: Podpůrná konstrukce k dopravníkovému pásu
Cílem tohoto projektu bylo navrhnout a posoudit podpůrnou konstrukci. V konečném návrhu je objevilo několik styčníků, ve kterých byly různé profily připojeny šroubovanými nebo svařovanými přípoji. Na obrázku níže je vidět vzájemný přípoj dvou nosníků, a navíc jejich připojení k sloupu, na kterém leží.
Problematickými faktory u tohoto styčníku bylo připojení tří profilů, zatížení v jednotlivých prvcích a také přidané výztuhy a žebra. Celkově bylo tedy posouzení nelehkým úkolem, který by nebylo možné zvládnout bez MKP.
Program IDEA StatiCa Connection nám umožnil připoj posoudit tak, jak jsme měli v plánu. Výsledný návrh si můžete prohlédnout na obrázku níže.
Závěr
S aplikací IDEA StatiCa Connection je možné navrhnout jak jednoduché, tak velmi složité přípoje ocelových konstrukcí s využitím metody konečných prvků. Program nabízí obrovskou flexibilitu návrhu. Zadání modelu a zatížení je v porovnání s jinými obecnými MKP programy velmi jednoduché, zároveň je jakýkoli vstup ihned viditelný ve 3D scéně programu. Na základě analýzy napětí a přetvoření přípoje je zároveň provedenou posouzení dle EN 1993 a každá část přípoje je zhodnoceni i z hlediska její míry využití.
Vzhledem k tomu, že naše firma používá ke globální analýze program SCIA Engineer, IDEA StatiCa je výborným doplňkem pro návrh ocelových konstrukcí. Dostupné BIM propojení jednoduše a rychle převede model spolu se spočítaným zatížením a po namodelování přípoje jsou k dispozici jasné výsledky. Navíc jednoduché uživatelské prostředí zajistí, že se s aplikací seznámíte velmi rychle.
