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技术支持中心案例研究Braithwaite 压制钢板组合式水箱
Braithwaite 压制钢板组合式水箱
Connection designSteelConnectionCBFEMBolts

Braithwaite 压制钢板组合式水箱

英国 | 结构科学有限公司

Structural Science Ltd. 与 Braithwaite Engineers 合作,采用 IDEA StatiCa Connection 软件持续研究和设计其钢制水箱中的各种定制节点。凭借超过 125 年的钢板组合式水箱设计与制造经验,他们已在英国国内及全球各地安装了数千个水箱。

本文也提供以下语言版本

ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH

在组合式压制钢板水箱的施工中,使用了多种节点形式。在这篇由 Structural Science Ltd. 结构工程师 Dale Price 撰写的简短案例研究中,重点讨论了支撑节点——该节点用于承受作用在水箱壁上的水平静水压力。

关于所测试的节点

如图 1 所示,钢制螺栓连接支撑节点(或称角钢节点)由一块薄底板和一块焊接翅板组成,将角钢支撑连接于水箱底部与箱壁之间或箱壁转角处,在正常工况下可承受 75 kN 的设计拉力。

历史上,设计通常通过手算完成,节点验证则通过昂贵的足尺实验室构件试验以及足尺现场模拟水箱试验来确认。

下图展示了近期对一个水箱进行的足尺试验,支撑连接有应变计,在注水过程及长期静水试验期间持续监测水箱支撑上的荷载。

在实验室中,下图展示了支撑节点按规范要求进行验证性试验的情况(当然,其他强度试验和破坏试验在此未予展示)。

该支撑节点已使用 IDEA StatiCa Connection 进行分析,以下截图概述了分析流程:

节点的整体布置(含螺栓和焊缝,支撑承受 75 kN 设计轴力)、等效应力云图(显示高应力构件区域),以及底板上塑性应变的发展情况。

当然,除纯分析结果外,更重要的是,IDEA StatiCa Connection 提供了所有构件的 EN/AISC 整体规范校核,如接下来两张图所示,给出了非常清晰的通过/不通过结果。

综上所述,足尺/实验室试验与 CBFEM(基于组件的有限元模型)软件之间的节点行为和荷载相关性非常吻合,因此,足尺试验验证了 IDEA StatiCa 软件在节点设计中的有效性和准确性。总体而言,未来的定制节点设计现在可以利用该软件快速实现,无需制定和实施耗时耗资的试验计划。该软件目前正被用于优化和改进节点设计,从而在成本和制造工艺方面带来效益。与水箱设计相关的其他复杂定制节点现正使用 IDEA StatiCa Connection 软件进行研究。

变形形态的可视化表示有助于工程师更好地理解节点的受力行为

总结:使用 IDEA StatiCa 的主要优势包括:

  • 缩短案头重复性节点设计工作的周期。
  • 能够在一个设计中对节点的所有组件进行建模,即将焊缝、螺栓、板件和截面集成于一个整体模型中,从而更好地理解各组件之间的相互作用,并与将节点拆分为单独设计组件的方式进行比较。
  • 持续研究、开发和探索新旧定制节点,无需制定耗时且昂贵的足尺试验计划来验证节点设计。
  • 通过优化板件或截面尺寸、调整制造成本的配置方案,以及验证超出正常设计荷载的增大设计力(例如作用于水箱壁的地震力),改进现有节点。
  • 足尺试验为采用有限元方法设计此类节点提供了信心,尤其是基于新型 CBFEM(基于组件的有限元模型)方法的 IDEA StatiCa Connection 软件。
  • 可根据不同国家的节点设计标准选择相应的设计方案。

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结构科学有限公司

结构科学有限公司

结构科学有限公司是一家总部位于英格兰西南部的小型国际结构工程咨询公司,为Braithwaite及各工程咨询机构提供工程咨询服务。拥有超过30年的高层建筑、大跨度结构、体育场馆、机场及特种结构领域从业经验。

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