Kattilarakennuksen teräsrakenteiden liitossuunnittelu ja sen varmentaminen numeerisella analyysillä

Abstract

Diplomityössä selvitetään EN-standardien mukaisen liitosmitoituksen soveltuvuutta yleisimpiin liitostyyppeihin, joita käytetään teräsrakenteisessa kattilarakennuksessa. EN-standardin liitosmitoitusohjeita joudutaan usein soveltamaan tilanteisiin, joihin EN-standardi antaa niukasti ohjeita. Silloin mahdollisuus virhetulkintaan on olemassa, ja tämä voi johtaa liitoksen alimitoitukseen. Työn tavoitteena on myös kehittää liitosvarmennustyökalu FEM-ohjelmiston avulla tilanteisiin, joissa EN-standardin mukaiset mitoitusohjeet ovat puutteellisia tai tulkinnan varaisia.

Diplomityössä perehdytään erilaisiin teräsrakenteisten kattilarakennusten runkoratkaisuihin ja jäykistysmenetelmiin. Tämän jälkeen työssä tarkastellaan teräsrunkoisen kattilarakennuksen yleisiä liitoksia, niiden ominaisuuksia sekä toimintaa, kirjallisuuden ja EN-standardien avulla. Valituista liitostyypeistä tehdään liitoslaskentapohjat, joiden avulla selvitetään liitoksien teoreettista toimintaa. Laskentapohjien toimivuuteen ja käyttäjäystävällisyyteen kiinnitetään myös huomiota.

Liitosvarmennustyökalu toteutetaan Lusas nimisellä FEM-ohjelmistolla. Liitosvarmennustyökalun ominaisuudet varmistetaan FEM-mallilla liitostilanteesta, josta löytyy ennestään tarkat lähtöasetelma- ja mittaustiedot sekä selkeät tulokset. Kun malli saadaan varmennettua, sovelletaan työkalua yksittäiseen tutkittavaan liitostyyppiin.

Liitosvarmennustyökalulla analysoitavaksi liitostyypiksi valitaan tutkittavien liitostyyppien joukosta liitos, jonka mitoituksen EN-standardi antaa huonoimmat ohjeet. Liitostyyppi on primääripalkin ja sekundääripalkin välinen päätylevyliitos. Lopuksi työssä mitoitetaan sovelletulla EN-laskentapohjalla sekä analysoidaan liitosvarmennustyökalulla valittu liitostyyppi ja vertaillaan työkalujen tuloksia toisiinsa.

This thesis studies the suitability of Eurocode connection designing procedures to common connection types used in steel-frame boiler buildings. Very often, Eurocode designing procedures must be applied to types of connections in which Eurocode provides very little guidance. When Eurocode guidelines are modified to suit the situation at hand, this may cause an error or incorrect interpretation, which can result in a major error in the connection design. Another goal of the master’s thesis is to develop a tool to secure the design of connection types that are difficult to design in accordance with Eurocode. The connection verification tool is created with FEM software.

This thesis examines different types of frames and bracing arrangements used in boiler buildings. In addition, the common types of connections used in boiler buildings are extensively studied based on a literature review regarding Eurocode standards. In order to gain an understanding of the theoretical connection behaviour, calculation templates are created for the selected connection types. Particular attention is paid to the functionality of the calculation templates and user friendliness.

The connection verification tool is created with Lusas FEM software. The reliability of the verification tool is tested in a model, in which results from previous test can be compared with verification tool results. When the model settings are accurate according to the previous test results, the setting can be used with the connection verification tool.

The connection verification tool is then applied to a connection situation for which Eurocode provides poor design guidelines. Finally this study compares and analyses the results obtained from the connection verification model and the Eurocode calculation template.