Proiectarea structurii principale a fost realizată de Mott MacDonald, în calitate de firmă de consultanță inițială. Antreprenorul responsabil pentru construcție a fost DHD Engineering, care a încredințat clientului nostru, Ellis & Moore Consulting Engineers, proiectarea îmbinărilor.
În acest articol, vom explica aspectele dificile ale acestui proiect particular de îmbinare și modul în care au fost rezolvate cu succes cu IDEA StatiCa Connection, evaluând totodată utilizarea metodei componentelor originale implementate în Eurocode și demonstrând că aplicarea acesteia este aproape imposibilă în cazul de față.
Clasificarea nodului pentru proiectarea manuală
Mai întâi, vom încerca să explicăm procedura atunci când o îmbinare complexă trebuie proiectată manual. Vom folosi ca exemplu nodul N prezentat în imaginea din dreapta, care este un nod multiplanar. Pentru a efectua un calcul corect utilizând metoda componentelor, trebuie să identificăm configurația relevantă în Figura 7.1 din Eurocode (faceți clic pe imaginea de mai jos).
Din geometria îmbinării, putem observa că în direcția longitudinală marcată cu dreptunghiul albastru deschis nu au existat probleme. Aceasta poate fi clasificată clar ca un nod N. Problemele apar în planul înclinat! Astfel, avem în final două noduri „N" coexistente cu un nod „Y".
În această direcție, problema poate fi vizualizată cu ușurință utilizând captura de ecran 3D realistă preluată din modelul final IDEA StatiCa Connection (a se vedea mai jos). Pentru această configurație particulară, nu există îndrumări clare în cod și/sau limitele impuse de paragrafele relevante pentru suprapuneri etc. nu sunt neapărat respectate. În acest caz, fie aveți nevoie de consultanță de specialitate și de o judecată inginerească adecvată dacă doriți să utilizați metoda componentelor. Mai mult, deoarece capturile de ecran sunt preluate din îmbinarea finalizată, putem observa că au fost utilizate diverse plăci de nod de rigidizare pentru a consolida îmbinarea și a atinge rezistența necesară. Prezența acestor plăci de nod face ca îmbinarea să nu poată fi proiectată prin aplicarea metodei componentelor.
Proiectare reușită cu metoda CBFEM
Aceste limitări ale metodei componentelor nu se aplică CBFEM și IDEA StatiCa Connection, pur și simplu deoarece nodul este modelat exact așa cum este în realitate și este analizat ca un element unificator în toate direcțiile, cu elemente finite. Astfel, după aplicarea tuturor forțelor, modelul poate fi rezolvat, toate forțele interioare care interacționează în modelul nostru sunt calculate, iar noi putem obține imediat o prezentare generală rapidă a tuturor verificărilor conform Eurocode, care demonstrează un proiect sigur.
Un aspect important față de metoda componentelor este că acest flux de lucru este comun tuturor tipurilor de îmbinări. Astfel, dacă, de exemplu, secțiunile dreptunghiulare ar fi schimbate din anumite motive cu secțiuni circulare sau de tip I, nu trebuie luată în considerare nicio considerație specială. Acest lucru nu este valabil în cazul metodei componentelor, care are reguli speciale pentru fiecare tip de secțiune transversală.
O notă despre proiectarea îmbinărilor în Marea Britanie
Putem afirma cu certitudine că, în ceea ce privește proiectarea îmbinărilor metalice, inginerii structuriști urmează o anumită procedură care pare a fi o practică comună în Marea Britanie. Pentru a proiecta îmbinările, inginerii responsabili de proiectarea de bază a structurii furnizează marcaje precum cel din imaginea din dreapta. Pentru a dispune de informații lizibile, îmbinările sunt grupate. Apoi, pentru fiecare grup, se creează un înveliș al forțelor de acțiune. Această procedură asigură o suprarezistență a îmbinării care conduce la un proiect sigur, dar facilitează și fluxul de informații între cele două părți. Problema acestei abordări este că suprarezistența necesară (cel puțin în acest caz particular) este atât de mare încât, fără plăcile de nod de rigidizare furnizate, elementele sudate nu ar putea rezista forțelor furnizate.
Aceasta înseamnă că proiectantul îmbinării se află uneori într-un impas, deoarece modificarea dimensiunii elementului nu este o practică acceptabilă și, dacă se întâmplă, trebuie justificată corespunzător. În acest caz particular, utilizarea IDEA StatiCa Connection a fost singura modalitate a clientului de a realiza proiectul necesar fără a recurge la o analiză complexă prin Metoda Elementelor Finite și la capcanele care însoțesc aplicarea acesteia.
Proiectare mai economică cu IDEA StatiCa Connection
Această practică comună descrisă anterior a fost utilizată inițial și în acest proiect. Ca urmare, forțele de calcul din înveliș furnizate de inginerii de consultanță inițiali au condus la un proiect foarte neeconomic al nodurilor principale ale grinzilor cu zăbrele. După cum se poate observa în imaginea de mai jos, proiectul preliminar/de fezabilitate a generat o îmbinare foarte grea pentru un nod cu 8 elemente, situat la mijlocul deschiderii.
În urma comunicării intermediare cu inginerii principali de consultanță, forțele au fost modificate pentru a produce combinații mai realiste și proiecte fezabile. Aceste forțe au fost utilizate în IDEA StatiCa Connection, obținându-se astfel un proiect mai economic, cu mai puține plăci suplimentare utilizate. Rezultatul acestei noi abordări și al comunicării dintre cele două părți este ilustrat mai jos:
Deși a fost primul proiect major în care am utilizat IDEA StatiCa Connection, filozofia generală și practicile software-ului ne-au ajutat să elaborăm rapid astfel de îmbinări complexe, pe care în mod normal le-am fi proiectat manual. În IDEA StatiCa Connection, toate aceste îmbinări au devenit rezolvabile și, mai mult, nu există considerații speciale de care să ținem cont. Fluxul de lucru este comun indiferent de geometrie.
Un alt aspect important a fost că detaliile rezonabile ale îmbinărilor au condus la reducerea costurilor de fabricație, iar asamblarea grinzilor cu zăbrele a fost relativ ușoară.
Astfel, proiectul a fost considerat un succes pentru toate părțile implicate… iar faza următoare a lucrării este realizată de aceeași echipă… cu provocări similare pentru proiectanții de detalii.
Alexander Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc Inginer civil
Inginer structurist senior la Ellis and Moore Consulting Engineer