Advance Steel csomópont méretezés és optimalizálás

Az Advance Steel több mint 165 acélszerkezeti csomópont típust képes párbeszédablakok formájában részletesen modellezni. Ezen csomópontok hozzávetőleg ötödét képes méretezni is, azaz az általunk bevitt igénybevételek alapján ellenőrizni a megfelelőséget.

A következőkben megvizsgálunk egy egyszerű fióktartó csatlakozást egy főtartóhoz. Arra keressük a választ, hogy az Advance Steel csomóponti méretezés segítségével hogyan alakíthatunk ki anyag és munkaráfordítás szempontjából optimális csomópontot úgy, hogy megfeleljünk a statikai és a szerkesztési követelményeknek.

Kiindulási adatok

Vizsgálatunkat egy statikai számítás előzte meg, ahol kiragadtunk egyetlen csomópontot a teljes szerkezetből. Ennél a csomópontnál a teherkombináció eredményeként az alábbi táblázatban található mértékadó és velük egyidejű igénybevételeket kaptuk. A fióktartó csuklósan kapcsolódik a főtartóhoz, így ott nyomaték nem keletkezik.

A szelvények méretei a statikai számításból adottak: a főtartó HEA 300, a kereszttartó IPE 270 szelvényből épül fel.

Az Advance Steel modellben az összehasonlításhoz egy 1 m hosszú főtartót, és egy 0,5 m hosszú fióktartót modellezünk le. A két acélgerenda a tengelyvonala alapján készül el úgy, hogy a felső övek egy síkba kerülnek. Ez lesz a kiindulási állapotunk. Ha rögtön az elején kérünk egy anyagkimutatást, láthatjuk a hosszakat és a tömegeket.

1. variáció: szögacél

A csomópontkészítési parancs elindítása után a program rögtön kétoldali 100x10-es szögacélt ajánl fel 3-3-3 M16-os csavarral. Nézzük meg rögvest, hogy mindez megfelel-e a statikai számításból származó igénybevételek által támasztott kritériumoknak.

A csomóponti méretezés (Joint design) azoknál a csomópontoknál, ahol lehetséges, ott kiemelt helyen található. Itt beállíthatjuk a méretezéshez használt szabványt, és megadhatjuk az igénybevételeket. Ha nem egyetlen adatsorral rendelkezünk, úgy aktiválva a Use load cases kapcsolót, és a Forces >>> nyomógombra kattintva bevihetjük a lehetséges igénybevételi adatokat. Ezekből majd a program dönti el az adott vizsgálatnál a mértékadót.

Ha nem is rendelkezünk igénybevételi adatokkal, akkor is érdemes a Check nyomógombra kattintani, mert a program ilyen esetben a szerkesztési szabályokat is ellenőrzi. Ha vannak igénybevételek, akkor az elkészülő dokumentációban kontrollálhatjuk a program méretezési eredményeit. A dokumentáció lehet HTML vagy RTF formátumú, részletes vagy tömör.

A méretezési dokumentáció Conditions fejezete foglalkozik a szerkesztési szabályokkal. Ha tüzetesebben átvizsgáljuk a dokumentációt, látjuk, hogy a főtartóban lévő csavarok maximum 20%-ban, míg a kereszttartóban lévő csavarok 78%-ban vannak kihasználva. A szerkesztési szabályoknak megfelelünk. Következhet az optimalizálás. Minden egyes, a párbeszédablakban elvégezett módosítás után érdemes elvégezni a méretezési vizsgálatot és megfigyelni a változásokat.

Válasszunk egyetlen szögacélt, aminek – a szerkesztési szabályok határát súrolva – lecsökkentjük a méretét a lehető legkisebbre. Tudnunk kell, hogy a csavarokat meg is kell húzni, tehát szerelési teret is biztosítani érdemes számukra. Utóbbira az ütközésvizsgálat hívható segítségül.

A méretezés szerint megoldhatnánk a feladatot 2x2 M20-as csavarral és 140 mm hosszú 80x8-as szögacéllal. Ekkor a legnagyobb kihasználtságunk 76%-os lenne. Viszont sajnos nem maradna elegendő hely a kötőelemek behelyezéséhez és meghúzásához.

Így maradjunk 3 csavarsornál és 70x6-os szögacélnál. Ebben az esetben a szögacél hosszúságunk 170 mm, az M16-os csavarok (és a teljes csomópont) maximális kihasználtsága (marad) 78%.

Eredmény:
Megmunkálás tekintetében 6 db 18 mm-es furatra van szükségünk, a kereszttartón pedig egy kivágásra. A főtartóra már a műhelyben felcsavarozható a szögacél, így a helyszíni szerelést ennyivel elősegíthetjük. Hegesztésre ebben a szituációban nincs szükség. Összegzésül, ez egy időben gyorsan elkészíthető variáció.

A csomópont darabjegyzéke a következő:

A szerkezet súlya a kivágás és a furatok figyelembe vételével (de csavarok nélkül) 105,03 kg. A csavarokgarnitúrák (csavar + anya + alátétek) össztömege 1,1 kg.

A szögacélt a főtartóra akár körbevezetett 3-as sarokvarrattal is rögzíthetnénk. Ezesetben elegendő lenne egy 70x50x6-os egyenlőtlen szárú szögacél is. A program sajnos nem kezeli a varratok hosszát és tömegét, így azt nekünk manuálisan szükségeltetik meghatározni és a kezelni. Jelen helyzetben 440 mm lenne az összesített varrathossz.
A kisebb szögacél és a varrattal helyettesített csavar tömegcsökkenést idéz elő, tehát ha minimálisan is, de könnyebb lenne a szerkezetünk. (104,95 kg + 0,55 kg csavar + 440 mm varrat)

2. variáció: füllemez (bordalemez)

A másik csomóponti változatnál egy fél bordalemezt hegesztünk a főtartóra, amihez szintén 3 db csavarral rögzítjük a fióktartót.

Az előző változathoz (hegesztett, egyenlőtlen szárú szögacél) képest annyi a különbség, hogy itt – mivel a felső övhöz való illesztés és a hézag miatt van egy holt területünk – hosszabb, 180 mm hosszúságú, 6 mm vastag (70 mm széles) lemezt alkalmazunk, amit kétoldali 3 mm-es sarokvarrattal rögzítünk a főtartó gerincéhez és felső övéhez. A méretezés szerint 80%-os a legnagyobb kihasználtságunk.

Eredmény:
A teljes tömegünk ebben az esetben 104,63 kg + 500 mm varrat + 0,5 kg csavar.

Amennyiben tömegcsökkentésre törekszünk, úgy kérhetjük a programtól, hogy a fióktartó alsó részén is készítsen kivágást egészen a bordalemez aljáig.
A kivágott fióktartónk kihasználtsága így közel 57%-os, szemben a korábbi 15%-os kihasználtsággal. A csomópont össztömege viszont 102,53 kg-ra csökken.

Megfigyelhettük, hogy a program által kezdetben javasolt csomópont – dupla L100x10 csavarozottan, ami 107,03 kg + 1,1 kg csavar tömegű – a méretezési eredmények figyelésével és az ütközésvizsgálattal optimalizálható. Az optimalizált csomópontunk adatait eltárolhatjuk a sablonok között, és legközelebb már ezt hívhatjuk elő kiindulási állapotként. Nem beszélve arról, hogy ez a csomópont újra és újra felbukkanhat, hisz a teljes szerkezetünkben nem egyetlen helyen fordul majd elő.

Utolsó módosítás: 2024.04.02 Copyright (c) MONARCH Kft. Minden jog fenntartva!