Influence of Cracking in Hyperbolic Reinforced Concrete Shell Structure - Application Cooling Tower Shell

Abstract

Tässä diplomityössä laajennetaan teräsbetonisille palkki- ja kuorirakenteille IVO-yhtiöissä kehitettyä mitoitusmenetelmää siten, että betonin halkeilun aiheuttama kuorirakenteen jäykkyyden aleneminen pystytään ottamaan huomioon lineaarisessa lommahdus- ja ominaistaajuusanalyysissä. Halkeilleen poikkileikkauksen jäykkyys määritellään käyttäen mitoitusmenetelmään perustuvaan IVODIM-mitoitusohjelmaa. Samalla tutkitaan mitoitusmenetelmän soveltuvuutta ohuen hyperbolisen kuorirakenteen mitoitukseen. Tutkimuksessa selvitetään kuinka paljon betonin halkeilu vaikuttaa geometrialtaan hyperbolisen kuoren siirtymään, raudoitusmäärään, kriittiseen lommahduskuomaan ja alimpaan ominaistaajuuteen.

Hyperbolisen jäähdytystornin kuoren tärkein suunnittelukriteeri on kuoren lommahdusvarmuus tuulikuormituksen suhteen. Esimerkkinä määritetään Gundremmingenin hyperbolisen jäähdytystornin kokonaislommahdusvarmuus ja alin ominaistaajuus käyttäen elementtimenetelmää. Määritykset tehdään käyttäen sekä ehyen että halkeilleen kuoren jäykkyyttä. Kuormituksessa halkeilleen teräsbetonisen kuoren jäykkyys määritetään käyttäen IVODIM-ohjelmaa Halkeilleen teräsbetonipoikkileikkauksen materiaaliominaisuudet kuvataan käyttäen anisotrooppisia kimmomatriiseja Kuori ja sen tukipilareiden raudoitus mitoitetaan sekä murto- että halkeamaleveyden rajatilassa. Mitoituksessa käytettävät voimasuureet määritetään käyttäen elementtimenetelmää. Halkeilun vaikutus kuoren voimasuureisiin otetaan huomioon kuoren halkeamarajatilamitoituksessa Pilarit mitoitetaan kaksiaksiaalisesti taivutettuna rakenteena. Pilareiden mitoituksessa ei oteta huomioon jäykkyyden muutoksia.

Omanpainon ja tuulikuorman aiheuttaessa betoniin halkeamia hyperbolisen kuoren tuulenpuoleisen sivun suurin vaakasiirtymä tuulikuormituksessa kasvaa 20 %:a, jäähdytystornin alin ominaistaajuus alenee 21 %:a ja lommahduskerroin alenee 34 %:a verrattuna ehyen kuoren vastaaviin suureisiin. Omanpainon ja lämpökuormituksen aiheuttaessa kuoreen halkeamia tuulenpuoleisen sivun suurin vaakasiirtymä tuulikuormituksessa kasvaa 16 %:a, jäähdytystornin alin ominaistaajuus alenee 18 %:a ja lommahduskerroin alenee 80 %:a verrattuna ehyen kuoren vastaaviin suureisiin. Omanpainon, tuulikuormituksen ja lämpökuormituksen aiheuttaessa halkeamia kuoreen tuulenpuoleisen sivun suurin vaakasiirtymä tuulikuormituksessa kasvaa 54 %:a, jäähdytystornin alin ominaistaajuus alenee 25 %:a ja lommahduskerroin alenee 75 %:a verrattuna ehyen kuoren vastaaviin suureisiin.