Novel low-carbon crane girder constructions

Loading...
Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis

Department

Major/Subject

Mcode

Language

en

Pages

83

Series

Abstract

Currently crane girders are constructed almost exclusively of structural steel with relatively high CO2 emissions. For low to medium duty cranes these structural emissions amount to a significant portion of total lifecycle emissions. Alternative materials and structures present an opportunity of reducing these emissions. This thesis studied use of alternative materials and structures in overhead crane girders, with the aim of reducing structural emissions. Collected set of concepts included an optimized HSLA box structure, modular thin-shell structure, glulam-steel composite and basalt fibre laminate-steel composite. These were developed to a common configuration determined by sales data of box-type single girder cranes. CO2-specific material properties, both stiffness and strength, were used in conceptual design. Designs were verified for ultimate strength and allowed displacement using FEA and following Euronorms and other standards as possible. Specifically partial safety factors were determined based on standards as much as possible. Emissions were calculated from design masses with raw material emission factors. Material emissions were reduced in all designs by 10-60% compared to conventional design with subsequent increase of structural complexity. Developing the conventional design also yielded 20% weight emission savings. Studied novel materials and structures were deemed suitable for continued development.

Nykyisten siltanosturien pääkannattajat valmistetaan lähes yksinomaan rakenneteräksestä, jonka ominaishiilidioksidipäästöt ovat verrattain korkeat. Kevyiden ja keskiraskaiden nostureiden rakennepäästöt muodostavat myös merkittävän osan kokonaiselinkaaripäästöistä. Vaihtoehtoisten materiaalien ja rakenteiden odotetaan mahdollistavan päästöjen vähentämisen. Tämä opinnäyte tutki vaihtoehtoisia materiaaleja ja rakenteita siltanosturien pääkannattajissa, tavoitteena vähentää rakennepäästöjä. Tutkitut konseptit olivat optimoitu HSLA-laatikkorakenne, modulaarinen ohutkuorirakenne, liimapuu-teräs liittorakenne sekä basalttikuitukomposiitti-teräs liittorakenne. Konseptit sovitettiin yhteen kotelopalkkisten yksisiltanosturien myyntidatan pohjalta määritettyyn tuotekonfiguraatioon. Materiaalien ominaisjäykkyydet ja -lujuudet päästöjen suhteen ohjasivat konseptisuunnittelua. Rakennesuunnitelmat todennettiin lujuuden ja sallitun siirtymän osalta käyttäen elementtimentelmää ja seuraten Eurokoodia kun mahdollista. Erityisesti suunnittelussa osavarmuudet pyrittiin määrittämään standardien pohjalta. Rakennepäästöt laskettiin suunnitelmien massoista käyttäen raaka-aineiden päästökertoimia. Rakennepäästöt laskivat kaikissa konsepteissa 10-60% verrattuna nykyiseen rakenteeseen, rakenteiden samalla monimutkaistuessa.Nykyisen rakenteen kehittäminenkin laski päästöjä 20%. Tutkitut uudet materiaalit ja rakenteet todettiin sopiviksi jatkokehitykseen.

Description

Supervisor

St-Pierre, Luc

Thesis advisor

Abass, Adeyinka

Other note

Citation