TTV (Thickness Toughness Validator) to narzędzie opracowane wewnętrznie przez ArcelorMittal Steligence® Engineering. Jest to proste narzędzie do wyboru wytrzymałości podłoża, zgodnie z zaleceniami i wymaganiami normy EN 1993-1-10. Norma ta zawiera wytyczne projektowe dotyczące doboru stali pod kątem odporności na pękanie, narzucając maksymalne grubości w zależności od materiału, temperatury i poziomu obciążenia. Metoda uproszczona (EN 1993-1-10, punkt 2.3) opiera się na prostym sprawdzeniu tabelarycznym. Jest to metoda ogólna, dlatego opiera się ona na bezpiecznych założeniach, które nie zawsze odpowiadają konkretnym specyfikacjom projektu. Została zatem wdrożona metoda zaawansowana (EN 1993-1-10, klauzula 2.4), oparta na bardziej zaawansowanych technikach mechaniki pękania. Ma ona na celu przeprowadzenie dokładniejszej  kontroli i  uzyskanie bardziej szczegółowych wyników. Narzędzie to jest w całości oparte na metodach Eurokodu i ich zastosowaniu. W związku z tym metoda zaawansowana zapewni takie same wyniki, jak tabele metody uproszczonej, jeśli zostaną wprowadzone te same założenia. Razem z narzędziem użytkownik może pobrać przewodnik oraz przykłady walidacji (pliki znajdują się w folderze pobrania). 

Celem tego narzędzia jest rozpowszechnianie wiedzy i technik projektowania konstrukcji w zakresie, który jest często mniej znany projektantom. Dzięki TTV proces weryfikacji detali stalowych, zgodnie z wymaganiami wytrzymałościowymi, będzie łatwiejszy i przyspieszy proces projektowania. Co więcej, TTV zawiera zaawansowane metody dozwolone przez normy projektowe, dając użytkownikowi dodatkowy wybór metod weryfikacji.

Dział inżynieryjny Steligence® to zespół ekspertów w dziedzinie konstrukcji stalowych, których zadaniem jest wspieranie projektantów w różnorodnych zagadnieniach. Z zespołem można skontaktować się pod adresem: steligence.engineering@arcelormittal.com

Tekst:
ArcelorMittal Steligence®
Constructalia

Zdjęcia:
ArcelorMittal Steligence®

Powiązane linki

Stalowe słupy kratowe budowane są na całym świecie, a wiele z nich służy jako wieże telekomunikacyjne lub transmisyjne. Zazwyczaj składają się one z kątowników równoramiennych, od lekkich do ciężkich, o długościach do 300 mm.

Europejska Sieć Operatorów Systemów Przesyłowych Energii Elektrycznej (ENTSO-E) przewiduje, że do 2035 roku w Europie powstanie 18 000 kilometrów nowych linii przesyłowych. Jest to odpowiedź na rosnące zapotrzebowanie na energię odnawialną, której produkcja jest często zdecentralizowana, a nowe linie są niezbędne do transportu energii z miejsca produkcji do użytkowników końcowych. Ponadto postępy w telekomunikacji, takie jak 5G, wymagają budowy nowych wież i wzmocnienia już istniejących.

Projekt badawczy Angelhy został przeprowadzony w celu optymalizacji konstrukcji i wzmocnienia stalowych słupów kratowych. Jego wyniki przedstawiają krytyczne spojrzenie na obecne standardy projektowania stalowych słupów kratowych. Wyniki obejmują również nowe, ekonomiczne zasady projektowania kątowników pojedynczych, jak i elementów złożonych oraz wzmocnienia elementów słupów kratowych za pomocą taśm polimerowych wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP). Projekt wyjaśnia też aspekt wydajności, wykorzystywany do szacowania niezawodności stalowych słupów kratowych.

Projekt badawczy Angelhy

Projekt badawczy Angelhy, realizowany przez 42 miesiące w latach 2017-2020 i finansowany przez Komisję Europejską i we współpracy z ArcelorMittal Belval & Differdange SA (AMBD), miał na celu opracowanie zasad projektowania, które będą wykorzystywały potencjał nośny kątowników. Głównym zamierzeniem było również ulepszenie istniejących zasad w zakresie elementów złożonych oraz wprowadzenie innowacyjnych typów elementów złożonych, składających się z dwóch kątowników o nierównych przekrojach.

Zakres projektu obejmował:

• analizę rynku wież transmisyjnych (instalacja nowych linii i wzmocnienie już istniejących)
• studia projektów dotyczące wież telekomunikacyjnych i transmisyjnych
• analiza słupów kratowych ze stali o wysokiej wytrzymałości S460
• testowanie elementów hybrydowych
• opracowanie zasad projektowania, a następnie przeprowadzenie testów w pełnej skali na kompletnych słupach
• wytyczne dotyczące modeli analitycznych i projektowania kompletnych słupów (np. odporność na wyboczenie połączonych ze sobą kątowników i system klasyfikacji przekrojów poprzecznych kątowników równoramiennych)
• zalecenia projektowe dla Eurokodu 3.

Kluczowe ustalenia: Redukcja masy przy użyciu stali S460

Stalowe słupy kratowe, wykonane z w pełni nadających się do recyklingu walcowanych na gorąco profili kątowych, często budowane są w trudnym terenie z ograniczonym dostępem dla ciężkich pojazdów. Są one typowym rozwiązaniem dla wież transmisyjnych i telekomunikacyjnych.

Studium projektu zostało opracowane w celu zidentyfikowania wspólnej typologii wież transmisyjnych w Europie, a następnie zaprojektowania pojedynczych słupów (ponieważ skupiono się na kątownikach i ich zachowaniu konstrukcyjnym) zgodnie z normą EN 50341-1:2021 i w porównaniu do norm EN 1993-1-1, EN 1993-3-1 oraz nieliniowych metod projektowania. Wspomniane studium projektu zostało wykorzystane jako podstawa do dalszych badań w ramach projektu Angelhy.

Założenia projektowe obejmowały gatunek stali S355 J2 zgodnie z normą EN 10025-2:2004. Warto zauważyć, że norma EN 50241 (i niemiecki załącznik krajowy - ponieważ projekt powstał w Niemczech) nie obejmuje gatunków stali o wysokiej wytrzymałości. Norma EN 50241 i niemiecki załącznik krajowy obejmują tylko gatunki stali S235 i S355 w J0 i J2.

Przeprowadzono automatyczną optymalizację przy użyciu oprogramowania TOWER v15 w celu znalezienia najlżejszej konstrukcji o najwyższym stopniu wydajności. Stwierdzono, że ciężar konstrukcji można zmniejszyć, stosując stal S460 do profili w podstawie wieży oraz profili poziomych w ramionach poprzecznych. Na przykład, zaprojektowana samonośna wieża ze stali S355 miała całkowitą masę 66 ton, podczas gdy ta sama wieża ze stali S460 miała całkowitą masę zaledwie 56 ton.

Zastosowanie stali o wysokiej wytrzymałości, takiej jak S460, w stalowych słupach kratowych prowadzi do zmniejszenia ciężaru konstrukcyjnego oraz kosztów, zmniejszając ciężar znormalizowanych słupów nawet o 20% w porównaniu do zwykłych gatunków stali (np. S355). Skutkuje to lżejszymi konstrukcjami, które są łatwiejsze i szybsze w montażu.

Rozszerzenie Eurokodów o zastosowanie stali S460 pozwoliłoby wykorzystać zalety stali o wysokiej wytrzymałości. 

Więcej szczegółów można znaleźć w części 3 nagranej prezentacji projektu badawczego.

Kluczowe ustalenia: Nowe zasady dla pojedynczych kątowników i elementów złożonych

Projekt badawczy obejmował zasady projektowania pojedynczych kątowników (kątowników równoramiennych) i elementów złożonych (profili łączonych grzbietowo i przewiązkami), takie jak te zawarte w normach EN 1993-1-1 i EN 1993-3-1 (z odniesieniami do EN 1993-1-5 i EN 50341). Ponieważ zasady i wzory stosowane w większości kodeksów zostały opracowane głównie dla przekrojów I lub H, istnieją pewne niespójności i brakujące zasady w tych dokumentach normatywnych. Zaobserwowano nowy rodzaj uszkodzenia (niestabilność segmentu) wymagający opracowania specjalnej formuły projektowej. Dlatego jednym z głównych celów projektu było opracowanie zasad projektowania dla klasyfikacji i nośności kątowników oraz dla nośności i stateczności elementów z profilami kątowymi. 

Godne uwagi wyniki obejmują:

Elementy pojedyncze 

• Tryb niestabilności skrętnej można osiągnąć tylko wtedy, gdy element konstrukcyjny jest obciążony w centrum ścinania, co nie ma miejsca w przypadku słupów,
• Zaobserwowano tendencję kątowników do wyboczenia wzdłuż osi słabej, nawet jeśli niestabilność jest wyboczeniem skrętnym, co oznacza, że obliczenia należy uprościć,
• Krzywa wyboczeniowa z podwajającą się tzw. „półką plastyczną” (plateau) powinna być stosowana do bocznego wyboczenia skrętnego zamiast krzywej d, jak proponuje obecny kod,
• Tryb niestateczności segmentu, zdefiniowany jako "tryb niestateczności związany z wyboczeniem więcej niż jednego elementu tworzącego segment", wymaga opracowania specjalnego wzoru obliczeniowego. Uproszczony model nie uwzględnia sztywności obrotowej głównej podpory, dlatego opracowano ostateczny model uwzględniający ten czynnik.

Elementy złożone

• Zbadano nośność elementów złożonych. Chociaż istnieje kilka metod projektowania, istnieje niespójność między różnymi podejściami projektowymi dla blisko rozmieszczonych elementów złożonych. W ramach projektu badawczego opracowano bardziej przejrzyste metody obliczeniowe dla wyboczenia głównej osi połączonych ze sobą elementów konstrukcyjnych poddanych ściskaniu oraz słupów złożonych z przewiązkami poddanych ściskaniu i zginaniu.

Więcej szczegółów można znaleźć w części 4 nagranej prezentacji projektu badawczego.

Prelegenci nagranego webinarium:
Prof. L. Vayas, NTUA, Ateny
M. Tibolt, ArcelorMittal Global R&D, Luksemburg
M.Z. Bezas, Université de Liège, Liège
S. Reygner, Sika France, Le Bourget
Prof. D. Vamvatsikos, NTUA, Ateny
M. Friehe, RWTH Aachen
Prof. F. Kemper, RWTH Aachen

Tekst:
ArcelorMittal Commercial Sections
Constructalia
Angelhy

Zdjęcia:
ArcelorMittal
Angelhy

Film: 
Steligence

Powiązane linki

Angelhy: Innovative solutions for design and strengthening of telecommunications and transmission lattice towers using large angles from high strength steel and hybrid techniques of angles with FRP strips

Zrównoważony rozwój w środowisku miejskim jest kwestią kluczową. Z tego względu podejmowane są starania w celu realizacji wytycznych środowiskowych i osiągnięcia celów porozumienia paryskiego w sprawie zmian klimatu. Emisja gazów cieplarnianych, w tym CO2, jest obszarem, w którym rynek budowlany czeka wiele wyzwań. To właśnie ten sektor w znacznym stopniu odpowiada za te emisje. Aby wprowadzić realne zmiany, strategie efektywnego wykorzystania zasobów i emisji dwutlenku węgla muszą być wdrażane na każdym poziomie, w tym na poziomie zasad projektowania konstrukcji.

Artykuł "W kierunku optymalizacji efektywnego pod względem zasobów i emisji dwutlenku węgla projektowania konstrukcji", autorstwa Hingorani i Köhler, analizuje ten temat. Artykuł omawia studium przypadku dotyczące projektowania belek stalowych w budynkach mieszkalnych i biurowych. Na jego podstawie autorzy artykułu dowodzą, że w celu optymalizacji wykorzystania materiałów i zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, zasady projektowania konstrukcji wymagają modyfikacji i rozszerzenia o podejmowanie decyzji opartych na analizie ryzyka.

Spis treści

Niniejszy artykuł składa się z sześciu części:

1. Wprowadzenie.
2. Energia wbudowana i emisje dwutlenku węgla konstrukcji (przegląd literatury).
3. Podejścia do podejmowania decyzji w inżynierii budowlanej (przegląd istniejących podejść).
4. Potencjał decyzji opartych na analizie ryzyka w zakresie oszczędności zasobów i emisji (studium przypadku).
5. Wymagane zmiany.
6. Wnioski.

Artykuł z czasopisma:
© Ramon Hingorani & Jochen Köhler (2023): Towards optimised decisions for resource and carbon-efficient structural design, Civil Engineering and Environmental Systems, DOI: 10.1080/10286608.2023.2198767.

Tekst:
© Constructalia

Zdjęcia:
© ArcelorMittal Europe - Long Products
© OMA by Delfino Sisto Legnani i Marco Cappelletti

Powiązane linki

Towards optimised decisions for resource and carbon-efficient structural design