Σχεδιασμός μεταλλικών φορέων σωληνοδιαδρόμων

Κοσμίδου, Ελένη; Kosmidou, Eleni

dc.contributor.author	Κοσμίδου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Kosmidou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2016-03-09T08:08:58Z
dc.date.available	2016-03-09T08:08:58Z
dc.date.issued	2016-03-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42110
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.11626
dc.rights	Default License
dc.subject	Μεταλλικός φορέας	el
dc.subject	Steel structure	en
dc.subject	Σωληνοδιάδρομος	el
dc.subject	Μη γραμμική ανάλυση	el
dc.subject	Αντοχή διατομής διπλού ταυ	el
dc.subject	Διαξονική κάμψη	el
dc.subject	Pipe rack	en
dc.subject	Nonlinear analysis	en
dc.subject	Ultimate strength of I-section	en
dc.subject	Pushover analysis	en
dc.title	Σχεδιασμός μεταλλικών φορέων σωληνοδιαδρόμων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μεταλλικές Κατασκευές	el
heal.classification	Steel Structure	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-11-06
heal.abstract	Με τη πάροδο του χρόνου, η συνεχής αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας οδηγεί στην ανάγκη καλύτερης εκμετάλλευσης των διαθέσιμων φυσικών πόρων, όπως πετρελαίου, φυσικού αερίου, νερού ή οποιωνδήποτε άλλων προς μεταφορά υλικών, τα οποία χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές διεργασίες. Για το λόγο αυτό επιλέγεται η κατασκευή μεταλλικών φορέων σωληνοδιαδρόμων, ώστε να υποστηριχθούν οι αγωγοί που μεταφέρουν τα προαναφερόμενα ρευστά (υγρά και αέρια), καθώς και ο απαραίτητος μηχανολογικός εξοπλισμός. Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να μελετήσει την συμπεριφορά μιας μεταλλικής κατασκευής σωληνοδιαδρόμων, χρησιμοποιώντας κατάλληλο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων, αφού πρώτα ελεγχθεί η ακρίβεια των αποτελεσμάτων του. Στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφεται συνοπτικά ο τύπος της κατασκευής αυτής, καθώς και η στατική της μόρφωση, η οποία πρέπει να είναι τέτοια ώστε ο μεταλλικός φορέας να προστατεύει τους αγωγούς από ενδεχόμενη αστοχία και να παραλαμβάνει με ασφάλεια τα επιβαλλόμενα φορτία. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται τα φορτία που θα πρέπει να λαμβάνονται υπ’όψιν κατά τον σχεδιασμό των μεταλλικών φορέων σωληνοδιαδρόμων και παρουσιάζονται κάποιες συνδέσεις των αγωγών πάνω στην φέρουσα κατασκευή. Οι συνδέσεις που παρουσιάζονται σε αυτήν την εργασία είναι ενδεικτικές, καθώς η επιλογή του τρόπου σύνδεσης των αγωγών πάνω στον φορέα εξαρτάται από το υλικό και την διάμετρο του αγωγού, την θερμοκρασία του περιβάλλοντος και των υλικών που μεταφέρουν οι αγωγοί, αλλά και από την στατική λειτουργία όλου του φορέα. Στο τρίτο κεφάλαιο προσδιορίζεται η οριακή αντοχή μιας κλειστής ορθογωνικής διατομής καθώς και μιας διατομής διπλού ταυ περί τον ισχυρό και τον ασθενή της άξονα, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν στις επόμενες αναλύσεις. Εξάγονται αναλυτικές σχέσεις που συσχετίζουν τη ροπή με την καμπυλότητα για διάφορες τιμές αξονικών δυνάμεων στην ελαστική και ελαστοπλαστική περιοχή, θεωρώντας ότι το υλικό συμπεριφέρεται ελαστικά-απολύτως πλαστικά. Οι διατομές υποβάλλονται σε απλή κάμψη περί τον ισχυρό και ασθενή τους άξονα, καθώς και σε ταυτόχρονη κάμψη με αξονική δύναμη και εξάγονται αναλυτικά οι σχέσεις ροπών-καμπυλοτήτων. Ακολούθως τα αναλυτικά αποτελέσματα συγκρίνονται με αποτελέσματα αριθμητικών αναλύσεων. Στους μεταλλικούς φορείς σωληνοδιαδρόμων χρησιμοποιούνται κυρίως διατομές διπλού ταυ. Επειδή ο φορέας που θα μελετηθεί, θα προσομοιωθεί σε λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων, πρέπει να ελεγχθεί κατά πόσο το πρόγραμμα προσεγγίζει ικανοποιητικά ή όχι την οριακή αντοχή της διατομής διπλού ταυ. Στο τέταρτο κεφάλαιο, λοιπόν, συγκρίνονται οι αναλυτικές και οι αριθμητικές λύσεις μιας αμφιέρειστης και μιας αμφίπακτης δοκού, καθώς και ενός αμφιαρθρωτού και αμφίπακτου πλαισίου, στα οποία χρησιμοποιείται η συγκεκριμένη διατομή. Στις εφαρμογές αυτές, η διατομή περιγράφεται τόσο με σχέσεις ροπών-καμπυλοτήτων που εξάγονται από το πρόγραμμα Biaxial, όσο και με την διατομή διπλού ταυ που το πρόγραμμα έχει ως επιλογή, ώστε να ελεγχθεί ποιος από τους δύο τρόπους περιγράφει σε ικανοποιητικό βαθμό την συμπεριφορά της διατομής αυτής. Με αυτό τον τρόπο, θα προσεγγίζεται η πραγματική συμπεριφορά της μεταλλικής κατασκευής και θα αξιολογούνται καλύτερα τα αποτελέσματα των αναλύσεων. Στο πέμπτο κεφάλαιο μορφώνεται το υπολογιστικό προσομοίωμα του μεταλλικού φορέα σωληνοδιαδρόμων που θα μελετηθεί και παρουσιάζονται οι γραμμικές αναλύσεις λυγισμού, καθώς και οι μη γραμμικές αναλύσεις γεωμετρίας και υλικού στις οποίες η κατασκευή υποβάλλεται. Στη κατασκευή χρησιμοποιούνται τόσο διατομές διπλού ταυ, όσο και κοίλες κυκλικές διατομές. Οι διατομές διπλού ταυ περιγράφονται με σχέσεις ροπών-καμπυλοτήτων, ενώ οι κοίλες κυκλικές με την αντίστοιχη διατομή που το πρόγραμμα έχει ως επιλογή. Στο φορέα ασκούνται μόνιμα και σεισμικά φορτία και μέσω των μη γραμμικών αναλύσεων γεωμετρίας και υλικού μελετάται η συμπεριφορά του. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα γενικά συμπεράσματα της εργασίας και γίνονται προτάσεις για την περαιτέρω μελέτη της συμπεριφοράς της μεταλλικής κατασκευής.	el
heal.abstract	Nowadays, growing energy consumption results in an effort for better exploitation of the available natural resources, like oil, natural gas, water or any other materials to be transferred, that are used in the industrial processes. For this reason, structural steel pipe racks are employed, so as to support the pipes that transfer the aforementioned fluid (liquid and gas) and the associated mechanical equipment. The aim of this diploma thesis is to study the behavior of such steel structures using finite element analysis software, after having verified the accuracy of its results. In the first chapter, this type structure is briefly described, as well as its structural system, which should be configured in such way that the structure can protect the pipe network from possible failures and resist the applied loads. In the second chapter, design loads for pipe racks are described and typical piping connections on the support structure are presented. These piping connections are indicative, as the way pipes are connected to the support structure depends on the pipe material and diameter, the ambient temperature and the fluid that pipes transfer, as well as the overall structural function. In the third chapter, the ultimate strength of a solid rectangular section as well as an I -section about its major and minor axis is defined, to be used in subsequent analyses. Analytical formulas are derived that relate moment and curvature for various levels of axial force developing at these sections in the elastic and elastoplastic region and elastic-perfectly plastic material behavior is assumed. The sections are subjected to pure bending and to simultaneous flexure and axial force about their main axes and the relations between the applied bending moment and the curvature are defined. Furthermore, the results are compared to numerical analyses’ results. The sections that are mainly used in structural steel pipe racks are I-sections. Therefore, the way in which the behavior of this section is described by the finite element software that will be used for the numerical simulation of a steel structure should be investigated. In the fourth chapter, analytical solutions for a simply supported and a fixed-fixed I-section beam, as well as for simply supported and fixed-fixed frame are compared to numerical analyses’ results. In these applications, the section is described by two methods: i) the bending moment-curvature relationships and ii) the type of I-section that the software provides. The results of these applications are compared, so as to determine the method that actually describes the behavior of I-sections. Thus, the actual behavior of the steel structure can be approximated in a reliable manner In the fifth chapter, a computational model of a steel pipe rack is formed and linearized buckling analyses as well as geometrically and materially nonlinear analyses are presented. The sections that are used in this computational model are I-sections and circular hollow sections. The behavior of I-sections is described by bending moment-curvature relationships, while pipes are used to describe the behavior of circular hollow sections. Dead and seismic loads are applied on the steel structure and its behavior is studied. In the sixth and last chapter, conclusions of the diploma thesis are presented and proposals for the further investigation of the behavior of this steel structure are suggested.	en
heal.advisorName	Γαντές, Χαράλαμπος	el
heal.advisorName	Gantes, Charalampos	en
heal.committeeMemberName	Αβραάμ, Τάσος	el
heal.committeeMemberName	Θανόπουλος, Παύλος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	152 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true