Σχεδιασμός και βελτιστοποίηση δεξαμενών με σύγχρονες μεθόδους

Παπαγεωργίου, Ιωάννης; Papageorgiou, Ioannis

dc.contributor.author	Παπαγεωργίου, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Papageorgiou, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2018-03-21T11:55:50Z
dc.date.available	2018-03-21T11:55:50Z
dc.date.issued	2018-03-21
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46741
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7904
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Δεξαμενές	el
dc.subject	Λυγισμός κελυφών	el
dc.subject	Ευρωκώδικας ΕΝ1993	el
dc.subject	Πίεση ανέμου	el
dc.subject	Tanks	el
dc.subject	Buckling	en
dc.subject	Eurocode EN1993	en
dc.subject	Wind pressure	en
dc.title	Σχεδιασμός και βελτιστοποίηση δεξαμενών με σύγχρονες μεθόδους	el
dc.title	Design and optimization of steel tanks using contemporary methods	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΣΤΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/ee6ad176140ed341dfd2da9cf931bf25e8694bda
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-26
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας αποτελεί η μελέτη και η βελτιστοποίηση μεταλλικών δεξαμενών με σύγχρονες μεθόδους. Με τον όρο σύγχρονοι μέθοδοι αναφέρονται οι προβλέψεις του Ευρωκώδικα και ειδικά του τμήματος 1-6 του ΕΝ1993, το οποίο έχει σημαντικό θεωρητικό υπόβαθρο και αποτελεί την πιο εξελιγμένη κανονιστική προσέγγιση στο θέμα του λυγισμού των κελυφών. Η μελέτη των δεξαμενών πραγματοποιείται για συνθήκες χαμηλής στάθμης πλήρωσης, όπου η πίεση του ανέμου επί των τοιχωμάτων είναι κρίσιμη στην εμφάνιση φαινομένων λυγισμού. Αρχικά γίνεται μια συνοπτική περιγραφή του φαινομένου του λυγισμού των κελυφών και κατ’ επέκταση των λεπτότοιχων δεξαμενών. Αναφέρονται οι διάφορες αναλυτικές και αριθμητικές μέθοδοι για την εκτίμηση του φορτίου λυγισμού και πειραματικά δεδομένα. Στην συνέχεια περιγράφεται η μεθοδολογία του ΕΝ1993-1-6, όσον αφορά τον έλεγχο λυγισμού σε δεξαμενές. Σύμφωνα με αυτόν, προτείνονται τρεις ανεξάρτητες μέθοδοι έλεγχου: η μέθοδος των τάσεων, η μέθοδος αριθμητικών αναλύσεων ΜΝΑ/LBA και τέλος η μέθοδος αριθμητικών αναλύσεων GMNIA. Ως παράδειγμα δεξαμενής χρησιμοποιήθηκε μια αγκυρωμένη κυλινδρική δεξαμενή νερού με αυτοστηριζόμενη κωνική οροφή. Τα τοιχώματα της είναι μεταβλητού πάχους καθ’ ύψος. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφονται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της και το προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων που μορφώθηκε στο λογισμικό SOFiSTiK 2018. Ακόμη περιγράφονται τα διάφορα είδη γραμμικών και μη γραμμικών αναλύσεων που πραγματοποιούνται. Τα φορτία που εισήχθησαν για τον έλεγχο της δεξαμενής είναι τα μόνιμα φορτία, ο άνεμος, τα φορτία χιονιού και η υδροστατική πίεση του νερού στην ελάχιστη στάθμη πλήρωσης. Για τα φορτία ανέμου χρησιμοποιήθηκε η κανονική κατανομή σύμφωνα με τον ΕΝ1991-1-4. Ο υπολογισμός των φορτίων και των συνδυασμών φόρτισης γίνεται στο Κεφάλαιο 5. Στο κεφάλαιο 6 πραγματοποιείται ο έλεγχος των τοιχωμάτων της δεξαμενής με την μέθοδο των τάσεων. Επίσης στα κεφάλαια 7 και 8 ελέγχεται ο λυγισμός με τις μεθόδους ΜΝΑ/LBA και GMNIA αντίστοιχα. Διαπιστώνεται ότι η μέθοδος των τάσεων είναι αρκετά πιο συντηρητική σε σχέση με την μέθοδο GMNIA η οποία δίνει και τα πιο ευμενή αποτελέσματα. Στην συνέχεια διερευνάται η επιρροή του μεγέθους των ατελειών και της ποιότητας ανοχής κατεργασίας βάσει των κατηγοριών του ΕΝ1993-1-6. Η διερεύνηση γίνεται με την χρήση πλήρως μη γραμμικών αναλύσεων GMNIA όπου διαφαίνεται η δυσμενής επιρροή των ατελειών. Πέραν της διερεύνησης των μεθόδων ελέγχου του λυγισμό κατά τον Ευρωκώδικα, επιχειρείται στο Κεφάλαιο 9, η βελτιστοποίηση του πάχους των τοιχωμάτων της δεξαμενής στα πλαίσια του οικονομικού και ασφαλούς σχεδιασμού. Αρχικά διερευνάται το ελάχιστο πάχος τοιχωμάτων που απαιτείται ώστε να ικανοποιείται μόνο η μέθοδος ελέγχου αναλύσεων GMNIA, που είναι και η λιγότερο συντηρητική. Επίσης, μέσω της μεθόδου αυτής εξετάζεται η επιρροή της παρουσίας μιας και δύο περιμετρικών ενισχύσεων στην απομείωση του πάχους του κελύφους. Συνολικά συμπεραίνεται ότι είναι δυνατή σημαντική μείωση του βάρους της δεξαμενής. Τέλος, στο κεφάλαιο 10, παρατίθεται σχολιασμός των τριών μεθόδων έλεγχου του Ευρωκώδικα και συμπεράσματα που προκύπτουν από την μελέτη λυγισμού των δεξαμενών.	el
heal.abstract	The subject of this master thesis approaches the design and optimization of steel cylindrical tanks using contemporary methods. These methods refer to Eurocode provisions and more specifically Part 1-6 of EN1993, which has a deep theoretical background and is considered as the most sophisticated and precise design approach concerning buckling of shell structures. Design of steel tanks is performed for low liquid level operation, where wind pressure on shell plates is expected to govern the design and becomes crucial for elastic instability phenomena. First of all, an insight of established knowledge regarding buckling of shells and thin-walled tanks is presented. Different analytical and numerical approaches of buckling load estimation are described along with experimental data results. Furthermore, the specifications of EN1993-1-6, which deals with buckling design of shells, are thoroughly presented. According to EN1993-1-6, three independent control methods are provided: stress design, MNA/LBA numerical method and finally GMNIA numerical method. Tank design is performed using the aforementioned approaches. The tank model used in the master thesis consists of an anchored steel cylindrical water tank with self-supported conical roof. The tank has variable wall thicknesses and is divided in three courses. At chapter 4, geometrical data and the corresponding finite element model of the tank, simulated in SOFiSTiK 2018 software, are presented. Furthermore, the assumption regarding the different kinds of linear and nonlinear analysis such as bifurcation analysis and geometrical nonlinear analysis are discussed. Loads used at the calculation of steel tanks include permanent loads, wind, snow loads and hydrostatic pressure for low liquid level operation. For wind loads, distribution according to EN1991-1-4 was used. Calculation of loads and load combinations is presented at Chapter 5. At Chapter 6, buckling check of shell plates is performed according to stress design method. At Chapters 7 and 8, design according to LBA/MNA and GMNIA numerical methods is also presented. From the analysis results, it is evident that stress design method is the most conservative, as expected, whereas GMNIA method provides more accurate and favorable results. The next investigation approaches the effect of imperfections amplitude and fabrication quality according to EN1993-1-6 categorization. This parametrical study is performed using the complete nonlinear GMNIA method, where the detrimental effect of imperfections is confirmed. After the study of design methods of Eurocodes, shell plate optimization is performed regarding safe and cost-efficient design. First, reduction of shell plates’ thickness is achieved using only the results of GMNIA method, which is the least conservative. Furthermore, using this nonlinear approach, the effect of one and two circumferential stiffeners of tank walls is examined, targeting the reduction of shell thickness. The summary of these studies is that significant weight reduction of the tank may be achieved. Finally, at Chapter 10, comments regarding the applicability and the results of EN1993-1-6 design methods are presented along with the summary of conclusions for buckling design of steel tanks.	en
heal.advisorName	Βάγιας, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Θανόπουλος, Παύλος	el
heal.committeeMemberName	Βαμβάτσικος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true