Nhóm Điện lực của Sandman Structural Engineers thường xuyên làm việc ở ranh giới của thiết kế thép theo quy định. Các kết cấu trạm biến áp và đường dây truyền tải được đặc trưng bởi các đường truyền tải trọng không đều, lực đa trục và hình học liên kết hiếm khi phù hợp với các ví dụ AISC trong sách giáo khoa. Khi danh mục dự án của nhóm mở rộng, tần suất các liên kết thép không điển hình đòi hỏi phương pháp kiểm tra nghiêm ngặt và minh bạch hơn cũng tăng theo.
Thách thức Kỹ thuật
Để giải quyết thách thức này, nhóm đã áp dụng IDEA StatiCa như một công cụ cốt lõi để phân tích và kiểm tra các liên kết phức tạp trên nhiều dự án hạ tầng điện lực, bao gồm các trạm biến áp, kết cấu đường dây truyền tải và các khung thép đỡ liên quan. Các kết cấu điện lực không phải lúc nào cũng cho bạn các bản mã liên kết đơn chịu cắt và liên kết chịu mô men sạch sẽ, có thể lặp lại. Mỗi kết cấu có đường truyền tải trọng riêng và lý tưởng nhất là có một công cụ thực sự có thể hiển thị cách lực truyền qua thép.
Về các Kết cấu
Như bạn có thể thấy trong các dự án tiêu biểu của họ, công việc của Sandman Structural Engineers bao gồm một loạt các kết cấu hạ tầng điện chịu lực dọc trục đáng kể, mô men uốn và đảo chiều tải trọng do sức căng dây dẫn, tải trọng thiết bị, gió và băng. Các khung chữ A thép, khung giằng và cấu hình cổng là phổ biến, với các liên kết thường đóng vai trò là các điểm khớp nối quan trọng trong đường truyền tải trọng tổng thể. Thay vì tập trung vào một dự án duy nhất, các kỹ sư của Nhóm Điện lực Sandman đã áp dụng IDEA StatiCa trên một loạt thiết kế, sử dụng nó để phát triển các giải pháp liên kết nhất quán, có thể bảo vệ được cho cả các chi tiết phức tạp cao và tương đối đơn giản trong cùng một kết cấu.
Khung chữ A và khung chữ H là một trong những kết cấu đầu cuối phổ biến nhất trong một cơ sở trạm biến áp. Kết cấu đầu cuối là nơi đường dây điện kết thúc hoặc rẽ nhánh và thường được làm bằng thép nặng hơn vì chúng chịu dây dẫn đường truyền tải ở sức căng đầy đủ hoặc ở nhịp chùng.
Hình ảnh từ: https://www.sandmanse.com/projects/king-ranch-substation
Khung chữ A có ít nhất bốn chân và một dầm dây dẫn. Liên kết "khớp nối" nối hai chân với dầm dây dẫn và cột buồm ở phía trên. Nút liên kết được yêu cầu phải chịu được lực dọc trục lớn trong khi cho phép xoay và phân phối lại các hiệu ứng uốn mà không gây ra ứng suất thứ cấp ngoài ý muốn. Các phương pháp thiết kế AISC truyền thống cung cấp hướng dẫn hạn chế cho cấu hình này, và các tính toán thủ công đơn giản hóa có nguy cơ quá thận trọng hoặc biểu diễn lực không đầy đủ. Các phương pháp dựa trên bảng tính cũng bị hạn chế trong việc nắm bắt sự tương tác thực sự giữa các bản thép, bu lông và mối hàn dưới tải trọng kết hợp.
Giải pháp Liên kết
IDEA StatiCa Connection cho phép nhóm mô hình hóa nút khớp nối trong chi tiết ba chiều đầy đủ, nắm bắt tiếp xúc bản thép, ứng xử bu lông, lực mối hàn và phân phối ứng suất phi tuyến bằng phương pháp CBFEM. Điều này cho phép kiểm tra trực tiếp liên kết dưới các tổ hợp tải trọng chi phối mà không cần dựa vào các giả định thận trọng về phân phối lực. Các kỹ sư có thể đánh giá dòng ứng suất qua các bản khớp nối và các cấu kiện kết nối, xác nhận khả năng xoay và tối ưu hóa hình học để đạt được thiết kế cân bằng, hiệu quả.
Liên kết khớp khung chữ A
Mặt trước của mô hình 3D
Kết quả ứng suất & biến dạng
Xem chi tiết mặt cắt
Ngoài liên kết khớp nối, cùng một kết cấu còn bao gồm một số liên kết đơn giản hơn, chẳng hạn như các mối nối cột HSS và các liên kết dầm cách điện vào chân cột. Những liên kết này cũng được kiểm tra trong IDEA StatiCa, cho phép nhóm áp dụng quy trình làm việc nhất quán trên toàn bộ gói liên kết. Ngay cả đối với các chi tiết có thể đã được kiểm tra bằng các phương pháp truyền thống, phần mềm vẫn cung cấp sự rõ ràng và tự tin bằng cách trực quan hóa ứng suất và hệ số sử dụng, giảm khả năng bỏ sót các trạng thái giới hạn chi phối.
Liên kết bản mã đầu dầm
Mặt trước bản mã đầu dầm chịu mô men
Kiểm tra trạng thái tổng thể
Kết quả ứng suất & biến dạng
Giải pháp và Kết quả
Bằng cách tích hợp IDEA StatiCa vào quy trình làm việc điện lực của mình, Sandman Structural Engineers đã giảm đáng kể sự không chắc chắn trong thiết kế và thời gian xem xét nội bộ. Các kỹ sư có thể nhanh chóng lặp lại hình học liên kết, ngay lập tức thấy tác động đến phân phối ứng suất và hội tụ về các giải pháp vừa có thể thi công vừa hiệu quả. Khả năng tạo ra các gói tính toán rõ ràng dựa trên tiêu chuẩn, bao gồm báo cáo, bản vẽ chi tiết và mô hình 3D, cũng cải thiện giao tiếp với người xem xét và các bên liên quan dự án, đặc biệt là đối với các liên kết nằm ngoài các quy ước chi tiết tiêu chuẩn.
Thay vì tránh các chi tiết không thông thường hoặc mặc định sử dụng các thiết kế quá thận trọng, các kỹ sư có thể tham gia vào ứng xử liên kết phức tạp ở giai đoạn sớm hơn trong quá trình thiết kế. Điều này dẫn đến các đường truyền tải trọng gọn hơn, lực cấu kiện được căn chỉnh tốt hơn và tăng sự tự tin rằng các kết cấu cuối cùng sẽ hoạt động như dự định trong các điều kiện vận hành thực tế.
Tóm tắt
IDEA StatiCa tự hào đã là một phần trong bộ công cụ Điện lực của Sandman Structural Engineering. Ứng dụng của nó trên nhiều dự án kết cấu trạm biến áp và đường dây truyền tải đã chứng minh rằng ngay cả trong các ngành công nghiệp bị chi phối bởi các liên kết độc đáo, một lần, phân tích liên kết phi tuyến nghiêm ngặt vẫn có thể vừa thực tế vừa có thể lặp lại. Bằng cách áp dụng các công cụ có khả năng phù hợp với sự phức tạp của hạ tầng điện lực, nhóm tiếp tục cung cấp các thiết kế đáng tin cậy, được kiểm tra kỹ lưỡng trong khi mở rộng những gì có thể thực hiện được trong kỹ thuật liên kết thép.
Nhóm Điện lực của chúng tôi đã bắt đầu sử dụng IDEA cho tất cả các loại liên kết không điển hình mà chúng tôi gặp trong các công trình trạm biến áp và đường dây truyền tải. Tôi nghĩ đây sẽ là một cách tuyệt vời để minh họa cách IDEA hoạt động hiệu quả trong một ngành mà các liên kết thường độc đáo và không dễ dàng phù hợp với các phương pháp phân tích thông thường được quy định bởi AISC.
Coleman Wagner
Trưởng nhóm - Điện lực – Sandman Structural Engineers
Hoa Kỳ
Bắt đầu dùng thử ngay hôm nay và tận hưởng 14 ngày truy cập đầy đủ cùng các dịch vụ hoàn toàn miễn phí.
Bắt đầu dùng thử miễn phí