Monath is een middelgroot ingenieursbureau dat actief is op alle gebieden van de bouwtechniek. Op het gebied van staalprojecten is hun werk voornamelijk gericht op industrie- en opslagconstructies. Een uitdaging vormen echter ook kleinere staalbouwprojecten met complexe constructiesystemen.
Motivatie
Vaak moeten we werken met niet-standaard verbindingen (topologie, doorsneden) en zorgen voor een grondige code-check. In het verleden waren we beperkt tot basisprogramma's voor het ontwerpen van verbindingen of berekeningen met de hand. Dit beperkte ons in onze evaluatiemogelijkheden.
De grootste problemen doen zich voor bij verbindingen die worden blootgesteld aan multiaxiale belastingen waarbij simulatie in 3D noodzakelijk is. Hier stuit basissoftware voor het ontwerpen van verbindingen op zijn grenzen, omdat alleen tweedimensionale modellering mogelijk is. Een ander probleemgebied zijn knopen met zeer complexe topologieën. Onze vorige software voor het ontwerpen van verbindingen was beperkt tot vooraf bepaalde verbindingstypes (balktopologie, profielen, doorsneden, verstijvingsplaten).
Aangezien deze problemen in onze dagelijkse engineeringpraktijk voorkomen, hebben we besloten om met IDEA StatiCa Connection te werken.
Voordelen
IDEA StatiCa Connection heeft een zeer eenvoudige en duidelijke werkinterface. In korte tijd vind je de weg in het programma en krijg je je werk snel gedaan.
De CEA-software die bij Monath wordt gebruikt, is SCIA Engineer. IDEA StatiCa Connection heeft een BIM interface die geselecteerde knooppunten (verbindingen) kan importeren uit SCIA Engineer (inclusief doorsnede parameters en interne krachten). Deze interface werkt zeer goed. Alle belangrijke waarden (geometrie en belastingen) worden snel en betrouwbaar overgebracht, waardoor de extra invoer, tijd en moeite worden bespaard. Natuurlijk is een afzonderlijke invoer van de geometrie en de belastingen mogelijk, zodat afzonderlijke controles onafhankelijk van andere programma's kunnen worden uitgevoerd.
Een ander voordeel is de ruime keuze aan ontwerpmogelijkheden. Het is mogelijk de knoop aan te passen aan de specifieke kenmerken van het project en zo een zeer realistisch model te visualiseren. Er zijn talrijke productiebewerkingen beschikbaar, zoals verbindingen met eindplaten, verbindingsplaten, hoekplaten en nog veel meer. Het grootste voordeel is dat een knooppunt met verschillende verbindingstypes kan worden gemodelleerd en onmiddellijk in 3D kan worden weergegeven. Hierdoor kan bijna elke verbinding worden ontworpen en geverifieerd, hoe uniek deze ook is.
In veel constructies worden multiaxiale krachten uitgeoefend op de verbindingen. In de meeste programma's is echter alleen een 2D berekening mogelijk. De verbinding moet dus moeizaam met de hand worden geëvalueerd - en multiaxiale invloeden worden eenvoudigweg verwaarloosd. IDEA StatiCa Connection maakt de invoer van krachten mogelijk op zowel het verbindingsdeel als op het aangesloten component. Dat betekent dat een realistische mapping mogelijk is en dat de resultaten nauwkeuriger zijn dan met conventionele berekeningsprogramma's. Hierdoor is een ongekende optimalisatie mogelijk van alle verbindingseigenschappen (dikte van de platen of lassen, etc.).
We gebruiken verbindingscontroles in overeenstemming met Eurocode 3 die onmiddellijk worden weergegeven. Daarnaast krijgen we ook interne spanningen en krachten, lokale knikresultaten en stijfheidsanalyse (allemaal gebaseerd op een automatisch aangemaakt FE-model).
Nadelen
Naast de vele voordelen van IDEA StatiCa Connections zagen we ook enkele nadelen.
Door de opdeling in verschillende belastingsgevallen kan de berekening enige tijd in beslag nemen (voor complexe verbindingen zelfs enkele minuten). Dit is vooral merkbaar als de ontworpen verbindingen scharnierend zijn, omdat in dat geval veel iteratiestappen moeten worden uitgevoerd. Het ontwerpen van scharnierende verbindingen vereist in het algemeen naar onze mening een wat meer ervaren gebruiker. We zien ook ruimte voor verbetering in de output. Bijvoorbeeld de positie van platen, lassen of schroeven is moeilijker te herkennen door enkele ontbrekende afmetingen.
Voorbeelden
Om onze toepassingsgebieden voor IDEA StatiCa Connection te demonstreren, worden hieronder twee voorbeelden uit onze projecten gepresenteerd en toegelicht.
Voorbeeld 1: Reclamebordconstructie
Het eerste gepresenteerde project is een reclamebordconstructie. De taak hier was, naast diverse verbindingen van holle profielen, de verankering van de fundering code-checken.
Windbelastingsmomenten en dwarskrachten beïnvloedden de constructie in twee richtingen. De voet was dus een complexe verbinding, gezien het feit dat andere programma's geen rekening houden met momenten rond de X- of Y-as. Met behulp van de BIM-koppeling van de CAE-software SCIA Engineer werden de parameters van de doorsnede evenals de interne krachten op het knooppunt overgebracht naar IDEA StatiCa Connection. Vervolgens kon de verankering inclusief lassen worden gemodelleerd en gecontroleerd zoals hieronder aangegeven.
Een ander probleem bij dit project was de verbinding van de hoofdliggers met de kolom. Met behulp van conventionele berekeningsprogramma's moest een dergelijk constructiesysteem worden vereenvoudigd tot een tweedimensionaal probleem.
Nadat de knoop was ontworpen met alle vier de hoofdliggers met IDEA StatiCa Connection, bleek dat de plaat van de steun aan hoge spanningen wordt blootgesteld. Daarom werd het systeem verstijfd met ribben boven en onder de HEA-profielen, zoals hieronder te zien is, en kon de verbinding nauwkeuriger worden gemaakt.
Voorbeeld 2: Ondersteunende constructie van een transportband
In dit project werd een ondersteuningsconstructie ontworpen en gecontroleerd. Dit resulteerde in verschillende knooppunten, waarop scharnierende en stijve verbindingen van verschillende profielen werden gebruikt door middel van geschroefde en gelaste verbindingen. In de hieronder getoonde verbinding werden twee balken met elkaar verbonden en daarnaast met de kolom waarop zij rusten.
Het probleem bij deze knoop was de verbinding van de drie profielen, de krachten die in alle staven optreden, alsmede de toevoegingen van verstijvers en ribben. Daarom is de controle van de knoop relatief gecompliceerd en niet geheel repliceerbaar zonder FEM.
Met IDEA StatiCa Connection kon de knoop worden gemodelleerd en gecontroleerd zoals gepland. Hieronder ziet u foto's van de verbinding zoals geproduceerd door de fabrikant.
Conclusie
Met IDEA StatiCa Connection is het mogelijk om zowel eenvoudige als complexe staalverbindingen te controleren door middel van eindige elementen methoden. De controle van verbindingen is bijna onbeperkt door de grote flexibiliteit. De invoer van de geometrie en belastingen van de verbinding is eenvoudig in vergelijking met de meeste algemene eindige elementen programma's en alle invoer wordt duidelijk weergegeven in een 3D-weergave van de verbinding. Na berekening van de verbinding kunnen controles volgens DIN EN 1993 worden uitgevoerd, naast spanningen, rekken en uitnutting.
Aangezien ons bedrijf SCIA Engineer als CAE-programma gebruikt, is IDEA StatiCa Connection een zeer goede aanvullende module voor staalconstructies. Het is een uitstekende aanvulling op het globale SCIA-model, omdat de BIM-functies voor een snelle overdracht van de knooppunten naar IDEA StatiCa Connection zorgen. Door de eenvoudige en duidelijke gebruikersinterface van de software is het vertrouwd raken met IDEA StatiCa Connection met een redelijke inspanning te realiseren en worden snel resultaten verkregen.