Trvalý servisní most na letišti Heathrow, Velká Británie
V rámci tohoto projektu byl software IDEA StatiCa Connection použit pro analýzu a návrh spojů příhradové ocelové konstrukce z dutých profilů, která se nachází na londýnském letišti Heathrow. Návrh hlavní konstrukce byl proveden hlavním projektantem, firmou Mott MacDonald. Dodavatel odpovědný za výstavbu byla firma DHD Engineering, která pověřila našeho klienta Ellis & Moore Consulting Engineers návrhem styčníků.
V tomto článku, jehož autorem je Alexander Bezas, statik firmy Ellis & Moore, se budeme snažit vysvětlit řešení náročných částí tohoto konkrétního projektu návrhu styčníků a způsob, jakým byly úspěšně vyřešeny s programem IDEA StatiCa Connection. Budeme hodnotit použití metody komponent, která je implementována v Eurokódu, a dokážeme, že její použití je téměř nemožné v tomto konkrétním případě.
Klasifikace styčníků pro ruční návrh
Pokusíme se nyní nastínit postup ručního návrhu složitého typu připojení. Jako příklad použijeme styčník typu N, který je zobrazen na obrázku vpravo a reprezentuje multiplanární kloub. Aby bylo možné provést řádný výpočet pomocí metody komponent, musíme být schopni styčník přiřadit k příslušné konfiguraci z obrázku 7.1 Eurokódu (klikněte na obrázek níže).
Na obrázku styčníku můžeme vidět, že v podélném směru, označeném světle modrým obdélníkem, není problém styčník zatřídit. V tomto směru může být jasně klasifikován jako N kloub. Problémy začínají v druhé rovině! Takže nakonec máme dva koexistující "N" spoje s "Y" kloubem.
Podél tohoto směru můžeme problém snadno vizualizovat pomocí realistického 3D pohledu, provedeného z finálního modelu IDEA StatiCa Connection (viz níže). Pro tuto konkrétní konfiguraci nejsou jasné pokyny v normě. Pokud se rozhodneme použít metodu komponent, musíme se spolehnout na odborný a řádný technický úsudek. musíme se spolehnout na odborný a řádný technický úsudek. Jak je dále vidět na obrázcích finálního modelu, v přípoji bylo použito několik výztužných plechů, jejichž samotná přítomnost znemožňuje návrh styčníku pomocí komponentní metody.
Úspěšný návrh s metodou CBFEM
Tato omezení komponentní metody se nevztahují na CBFEM a program IDEA StatiCa Connection, jednoduše proto, že styčník je modelován přesně tak, jak je to ve skutečnosti, a je analyzován jako celek ve všech směrech metodou konečných prvků. Takže poté, co byly aplikovány všechny síly, model může být analyzován. Všechny vnitřní síly, které působí v našem modelu jsou vypočteny, a my okamžitě získáme rychlý přehled o posudcích dle Eurokódu, které potvrzují bezpečný návrh. Co je také důležité zmínit při porovnání s metodou komponent je fakt, že je možné tento postup použít u všech typů připojení. Takže, je-li například z nějakého důvodu obdélníkový průřez změněn na kruhový nebo typ I, není třeba tomuto přikládat žádnou zvláštní pozornost. To není případ u metody komponent, která má zvláštní předpisy pro každý typ průřezu.
Poznámka o návrhu styčníků ve Velké Británii
Dalo by se říci, že pokud jde o návrh ocelových styčníků, stavební inženýři sledují určitý postup, který se zdá být běžnou praxí ve Velké Británii. Aby pak mohli navrhnout připojení, inženýři odpovědní za základní koncepci konstrukce dodají požadavky na styčníku, jak je vyznačeno na obrázku vpravo. Za účelem zjednodušení práce jsou spoje seskupeny. Pro každou skupinu je poté vytvořena obálka působících sil. Tento postup způsobuje předimenzování přípojů a vede k bezpečné konstrukci, zároveň ale zjednodušuje komunikaci mezi oběma stranami. Problém ovšem je (alespoň v tomto konkrétním případě), že požadované předimenzování je tak velké, že bez výztuh by přivařené prvky nebyly schopny odolávat daným silám. To tedy znamená, že se projektant dostane do slepé uličky, jelikož změna průřezu nosníku není přijatelnou praxí, a pokud je požadována, musí být řádně odůvodněna. V tomto konkrétním případě bylo použití programu IDEA StatiCa Connection pro našeho klienta jediný způsob, jak dosáhnout požadovaného návrhu bez použití komplexní analýzy FEM s jejími úskalími.
Úspornější návrh s IDEA StatiCa Connection
Tato běžná praxe, která byla popsána výše, byla použita také v počátcích tohoto projektu. Použití obálek návrhových sil, které byly původně poskytnuty konzultačními inženýry, vyústilo ve velmi neekonomický návrh přípojů vazníků. Jak můžete vidět na obrázku níže, předběžný návrh a návrh proveditelnosti vyústili ve velmi složitý spoj s 8 prvky, který se nachází v polovině rozpětí.
Po další komunikaci s hlavními konzultačními inženýry byly síly pozměněny tak, aby vznikly realističtější kombinace zatížení a tím i proveditelnější návrh. Tyto síly byly použity pro posouzení v IDEA StatiCa Connection, čímž bylo dosaženo ekonomičtějšího návrhu s menším počtem přídavných plechů. Výsledek tohoto nového přístupu a komunikace mezi oběma stranami je uveden níže:
Přestože se jednalo o první velký projekt, ve kterém jsme použili program IDEA StatiCa Connection, obecná filozofie a praktičnost softwaru nám pomohla rychle vyhodnotit i takové komplexní spoje, které bychom za normálních okolností navrhovali ručně. V programu IDEA StatiCa Connection se všechny tyto spoje staly řešitelné, a co je ještě lepší, nebylo nutno na nic klást zvláštní pozornost. Pracovní postup je obecný bez ohledu na geometrii.
Další důležitou věcí bylo, že rozumné detaily spojů vedly ke snížení výrobních nákladů, a i montáž vazníků byla poměrně snadná.
Projekt byl považován za úspěšný pro všechny zúčastněné strany... a další fáze projektu je prováděna stejným týmem... se stejnými výzvami pro zpracovatele.
Alexander Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc Civil engineer
Senior Structural Engineer at Ellis and Moore Consulting Engineers
