Analyseren van een modulaire spreader beam

Wagenborg Nedlift beschikt over speciale eindstukken, waardoor de modulaire hijsbalk gebruikt worden als spreader beam (uithouder). Een spreader beam zet een deel van de last om naar compressie. Dit maakt ze erg geschikt voor hogere lasten. Over het algemeen kan een uithouder voor zwaardere lasten gebruikt worden dan een hijsbalk van dezelfde lengte. Tot op heden kon de spreader beam tot maximaal 10 meter ingezet worden. Maar met dikkere buisdelen en koppelstukken kan Wagenborg dit uitbreiden naar 20 meter. Zoals bij al het hijsgereedschap dient ook dit gereedschap gekeurd te worden. Door middel van berekeningen en tests wordt vastgesteld dat het veilig gebruikt kan worden tot een bepaalde belasting. Dit is een vereiste volgens de CE-normering.

FEM-analyses van de working load limit per bouwlengte

De vraag die onze opdrachtgever bij ons heeft neergelegd, gaat om het doorrekenen van de modulaire uithouder. Dit hebben wij aangepakt met behulp van FEM-analyses. Het doel hiervan was het opleveren van een FEM-rapport met inzicht in de maximale WLL (working load limit) per bouwlengte. Dit is de limiet waarop elk stuk hijsgereedschap veilig gebruikt kan worden.

De FEM-analyses waren gericht op het doorrekenen van spreader beams van 1 meter tot aan 20 meter, in stappen van 0,5 meter. Daarnaast kan de uithouder bij elke bouwlengte onder drie verschillende strophoeken gebruikt worden (45°, 60° en 75°). Doordat uithouders grotendeels op knik belast worden, diende elke lengte naast elastisch falen ook op knik te worden berekend.

Projectuitdaging

We spraken collega Dennis over de uitdagingen binnen het project: “De grote hoeveelheid aan berekeningen, die je graag binnen een bepaalde tijd wil uitvoeren, gaf ons iets extra’s om over na te denken. Want met lengtes van 1 tot 20 meter, met de wens om dit per halve meter door te rekenen in combinatie met drie strophoeken per bouwlengte, dan lopen de berekeningen snel op. In totaal gingen we wel naar de 120 losse FEM-berekeningen, 40 geometrieën en 3 load cases (hoeken) per geometrie. Ook is het doorrekenen zelf niet eenvoudig. Normaalgesproken reken je een bestaande constructie door op een bekende load case. Met 2 mogelijke uitkomsten: de constructie faalt of de constructie volstaat. Hier was het juist de vraag hoeveel ton je veilig zou kunnen hijsen met een spreader beam van bijvoorbeeld 15 meter lang. Dat vereist een slimme aanpak met zo min mogelijk iteraties om tot een conclusie te komen.”

Dennis vertelt ons dat er daarom een waardevolle stap is gezet binnen het proces van de berekeningen: “Handmatig zouden de berekeningen veel tijd kosten, daarom hebben wij dit deels geautomatiseerd in SpaceClaim en Ansys Mechanical. Dit zorgde voor een aanzienlijk verkorte opzettijd en maakt eventuele aanpassingen makkelijk verwerkbaar.”

Uitbesteding door tekenkamer

Het project is opgepakt vanuit de tekenkamer in Enschede, waarin Dennis werd vergezeld door zijn collega Thijs. Waar de één de rol van projectdrager op zich nam, met een focus op de directe communicatie met de opdrachtgever, nam de andere collega de inhoudelijke verantwoordelijkheid als FEM engineer en kennisdrager op zich. Om de voortgang en kwaliteit van het project te bewaken, hebben deze twee collega’s verschillende meetings gehad met Wagenborg om doorlopend de voortgang te bespreken, tussentijdse resultaten te presenteren en het geheel tot een goed einde te brengen.

Onze engineeringtaken en -verantwoordelijkheden

• FEM-rapportage op basis van Llyod’s LR-CO-001 normering
• Rekenplan opgezet, uitgaande van Lloyd’s’ documentatie
• Automatisatie van berekeningen in SpaceClaim en Ansys Mechanical
• Ontwikkeling van een rekensheet voor de WLL voor elke bouwlengte en strophoek
• Controle op elastisch falen en globale- en lokale knik
• In acht name van (en controle op) voorspanning op bouten, het doorhangen door zwaartekracht, en gecombineerde buiging–compressie effecten.

Resultaten en impact

Met de opgeleverde berekeningen, WLL per lengte en strophoek is voldaan aan de Lloyds normering en is het voor Wagenborg Nedlift nu een stap dichterbij om hun spreader beams te gebruiken van 1 tot 20 meter. Na de eindoplevering is nog een bezoek geweest van onze engineers aan Wagenborg om de testopstelling te bekijken en vragen door te spreken, zodat het project afgerond kon worden met tevredenheid van beide partijen.