Betonisen siltapylonin epälineaarinen rakenneanalyysi

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-12-11
Department
Major/Subject
Rakennetekniikka
Mcode
R3001
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
81
Series
Abstract
Tässä diplomityössä käsitellään teräsbetonisen siltapylonin epälineaarista rakenneanalyysia. Tutkimuksen tavoitteena on muodostaa yksinkertainen laskentamalli, jolla voidaan huomioida geometrinen epälineaarisuus, teräksen ja betonin materiaalinen epälineaarisuus ja betonin halkeilu. Työssä esitellään kirjallisuuslähteisiin perustuen tyypillisimmät vinoköysisiltojen pylonirakenteet ja tarkastellaan niiden rakenteellista toimintaa. Kirjallisuuslähteiden avulla käydään läpi elementtimenetelmän, rakenteen stabiiliuden ja puristetun ja taivutetun teräsbetonirakenteen teoriaa. Työn varsinaisessa tutkimusosuudessa on suoritettu vertailulaskelmia eri pylonityypeille lineaarisella, geometrisesti epälineaarisella ja geometrisesti sekä materiaalisesti epälineaarisella analyysilla. Vertailulaskelmissa käytetyt pylonityypit ovat A-, H-, I- ja lambdapyloneita. Lisäksi on tarkasteltu pylonin hoikkuuden, raudoitussuhteen ja vertikaalisen sekä kaltevan vinoköysistön vaikutusta I-pylonin toimintaan ja tutkittu alkuhäiriön vaikutusta I-pylonin stabiliteettiin. Työssä muodostetulla laskentamallilla tehtiin laskelmia, jotka perustuivat ja joita verrattiin tutkimuslähteissä koeistettujen betonipilareiden tuloksiin. Saaduista tuloksista voidaan päätellä laskentamallin antavan riittävän tarkkoja tuloksia rakenteen mitoituslaskelmien perustaksi. Eri analyysitavoilla suoritetuissa tavanomaisten vinoköysisiltojen pylonien laskelmissa havaittiin että rakenneanalyysin huomioidessa pylonin epälineaarisen toiminnan pienensi se pylonin pituussuuntaista tukimomenttia ja huipun siirtymää ja kasvatti samoja suureita poikittaissuunnassa. I-pylonilla hoikkuusluvun kasvattaminen pienensi eri analyysitavoilla saatujen tukimomenttien eroja ja kasvatti niitä poikittaisessa suunnassa. Raudoitussuhteen kasvattaminen jäykistää pylonia jonka seurauksena tukimomentit kasvavat ja siirtymät pienenevät sekä pituus- että poikittaissuunnassa. Kahdella kaltevalla köysitasolla tuettu pyloni on selvästi jäykempi verrattuna yhdellä vertikaalisella köysitasolla tuettuun. Alkuhäiriö vaikutti suuresti I-pylonin stabiliteettiin ja tällaisen rakenteen voidaan todeta olevan erittäin häiriöherkkä.

This thesis deals with the non-linear structural analysis of reinforced concrete bridge pylon. The aim of this study is to provide a simple computational model which can take into account the geometric nonlinearity, material nonlinearity due to behavior of steel and concrete and the cracking of concrete. In this work the most typical cable-stayed bridge pylon structures and their structural behavior is presented based on the literature sources. Also basic theory of the finite element method, the stability of the structures and the behavior of concrete beam-column is reviewed. The research section of the thesis was carried out by analyzing different pylon geometries with linear, geometrically nonlinear and geometrically and materially nonlinear finite element calculations. Analyzed pylon geometries were A-, H-, I- and lambdapylons. Furthermore the impact of the rebar ratio and the slenderness of the pylon were studied for I-pylon. Also the behavior of I-pylon with one vertical cable plane was compared with behavior of I-pylon with two inclined cable planes. Finally the effect of the imperfections to the stability of the I-pylon was studied. The simple computational model established in this thesis was verified with comparison to the actual concrete column tests which were found in literature sources. From obtained results it can be inferred that the simple computational model is accurate enough for the basis of structural calculations. From the analysis of the different pylon geometries, with different levels of nonlinearity, it was found that when the structural analysis takes into account the non-linear behavior of the concrete pylon, it reduced the longitudinal support moments and displacements of the top of the pylon and increased the same parameters in the transverse direction. The increasing slenderness of I-pylon diminished differences between longitudinal support moment results calculated with different levels of nonlinearity and increased differences in the transverse direction. Increasing the rebar ratio stiffens the pylon, increasing the support moments and decreasing displacements of the pylon in longitudinal and transverse direction. Pylon supporting two inclined planes of cables is distinctly stiffer than pylon with one vertical cable plane. The imperfections effected greatly on stability of the I-pylon and it can be concluded that this kind of structure is strongly imperfection sensitive.
Description
Supervisor
Kiviluoma, Risto
Thesis advisor
Niemelä, Sami
Keywords
epälineaarinen, elementtimenetelmä, pyloni, materiaalimalli, betoni
Other note
Citation