Ohutuumaisen laitekannatinpalkin luotettavuusperusteinen stabiiliusanalyysi
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2015-02-23
Department
Major/Subject
Rakennetekniikka
Mcode
R3001
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
93+41
Series
Abstract
Tiedon epävarmuus on tyypillistä teollisuusrakenteiden suunnitteluvaiheessa. Iteratiivisessa suunnitteluprosessissa epävarmuuden hallinta nousee tärkeään rooliin. Teollisuusrakennukset ovat usein rakenteille haastavia. Laitekannattimien rakenneratkaisuna käytetään yleisesti korkeita ohutuumapalkkeja, jotka soveltuvat tehtävään hyvin, mutta ovat alttiita epästabiiliusilmiöille ku- ten kiepahdukselle ja uuman lommahdukselle. Kiepahdusta pyritään estämään tukemalla palkki sivusuunnassa. Jos tuilla on riittävä jäykkyys, kiepahdusta voidaan tarkastella itsenäisesti pistemäisten tukien välillä. Leikkauslommahduksen estämiseksi käytetään uumaa jäykistäviä levyjä. Levyt on sijoitettava tarpeeksi tiheästi, jotta puris- tettujen osien hoikkuus pysyy alhaisena. Ohuet puristetut levyt lommahtavat jäykistämättömillä alueilla ennen plastisoitumista. Eurokoodissa tämä huomioidaan jättämällä nämä alueet ilman jännityksiä kestävyyden laskennassa. Jäljelle jäävää osaa kutsutaan teholliseksi poikkileikkaukseksi, jonka kestävyyteen mitoitus perustuu. Rakenteiden luotettavuusteorian avulla voidaan suorittaa mitoitus käsittelemällä suunnittelupa- rametrejä satunnaismuuttujina. Muuttujille oletetaan jakaumat, joiden perusteella määritetään rasituksen ja kestävyyden jakaumat. Tämän jälkeen voidaan laskea rakenteen vaurioitumistoden- näköisyys ja luotettavuusindeksi, jotka kuvaavat luotettavuutta. Näille mittareille on annettu suo- situsarvot eurokoodissa. Tässä työssä suoritetaan ohutuumaisen laitekannatinpalkin rakenneanalyysi sekä eurokoodin että luotettavuusteorian mukaisesti keskittyen kiepahdukseen ja uuman leikkauslommahdukseen. Luotettavuuslaskennan perusmuuttujina käytetään teräksen materiaaliominaisuuksia, kiepahdus- tukien sijaintia ja jäykkyyttä sekä kuormien suuruutta. Lopuksi muuttujien parametrejä muute- taan yksitellen, jolloin nähdään rakenteen herkkyys kyseiselle muutokselle. Rakenteen eurokoodin mukainen käyttöaste oletusarvoilla on 0,76. Tällöin myös luotettavuusana- lyysin tulokset ovat hyväksyttäviä. Kun käyttöaste nostetaan arvoon 1, luotettavuuden mittareiden arvot siirtyvät selvästi ohjerajojen ulkopuolelle. Tämän aiheuttaa kiepahdustukien alhainen jäyk- kyys. Jos tukien jäykkyys on turvattu, rakenne täyttää luotettavuusvaatimukset myös käyttöasteel- la 1. Cornell indeksi korreloi hyvin eurokoodin kanssa, mutta antaa liian suuria arvoja, jos var- muusmarginaalissa on poikkeamia normaalijakaumasta. Hasofer-Lind indeksi soveltuu tilantee- seen paremmin, mutta voi vaatia simulaatiolta suurta otoskokoa.Uncertainty of information is typical for design of industrial structures. Control of the uncertainty becomes essential in the iterative design process. Conditions are often challenging for the struc- tures in industrial buildings. Large profile thin-web steel beams are commonly used as a structural solution for equipment girders, which suits well for the task, but are disposed to instability phe- nomena such as lateral-torsional buckling and web buckling. Lateral restraints are used to prevent the lateral-torsional buckling. If the restraints obtain suffi- cient stiffness, lateral-torsional buckling can be independently observed between discrete re- straints. Web stiffeners are used to prevent shear buckling of the web. The stiffeners must be placed close enough to keep slenderness of the compressed parts low. Thin compressed plates will buckle before yielding in unstiffened areas. In the Eurocode this is taken into account by neglect- ing the capacity of these areas in the definition of resistance. The design is based on the resistance of the remaining area which is called the effective cross-section. According to the structural reliability theory the design can be performed by describing calculation parameters as random variables. Distributions of the variables are assumed and distributions of stress and resistance are derived from these assumptions. After this, the probability of failure and the reliability index of the structure can be calculated. Target values for these indicators are sug- gested in the Eurocode. In this study a structural analysis of a thin-web equipment girder is performed according to both the Eurocode and the structural reliability theory with focus on lateral torsional buckling and shear buckling of the web. Material properties of steel, location and stiffness of the lateral re- straints, and magnitude of loads are used as basic variables in the reliability calculations. Finally, parameters of the variables are adjusted one by one to inspect the sensibility of the structure. With default values the utilization ratio according to the Eurocode is 0.76. In this case also the results of the reliability analysis are acceptable. When the utilization ratio is increased to 1, values of the reliability indicators change and target values are not satisfied. This is caused by low stiff- ness of the lateral restraints. If stiffness of the restraints is secured, the structure fulfills the relia- bility requirements also with a ratio of 1. The Cornell index correlates well with the Eurocode but may lead to non-conservative values, if the system does not obey the normal distribution. Hasofer- Lind index suits better for the situation, but may require large sample size in the simulation.Description
Supervisor
Puttonen, JariThesis advisor
Derry, MarkusKeywords
ohutuumapalkki, stabiilius, kiepahdus, luotettavuus, luotettavuusindeksi, teollisuusrakennukset
