Analysis of pallet racking systems with equivalent beam elements

Τσαρπαλής, Δημήτριος; Tsarpalis, Dimitrios

dc.contributor.author	Τσαρπαλής, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Tsarpalis, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2018-09-13T09:24:16Z
dc.date.available	2018-09-13T09:24:16Z
dc.date.issued	2018-09-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47578
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8554
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	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ράφια	el
dc.subject	Παλέτες	el
dc.subject	Ισοδύναμα στοιχεία	el
dc.subject	Αυτοματοποιημένα συστήματα παλετών	el
dc.subject	Μεταλλικές κατασκευές	el
dc.subject	Racking systems	en
dc.subject	Pallets	en
dc.subject	Equivalent elements	en
dc.subject	Steel structures	en
dc.subject	Automated racking systems	en
dc.title	Analysis of pallet racking systems with equivalent beam elements	en
dc.title	Ανάλυση συστημάτων αποθήκευσης παλετών με ισοδύναμα γραμμικά στοιχεία	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μεταλλικές Κατασκευές	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-06-29
heal.abstract	Τα Αυτοματοποιημένα Συστήματα Αποθήκευση Παλετών (ΑΣΑΠ) αποτελούν την αιχμή του δόρατος στην τεχνολογία αποθήκευσης, αφού προσφέρουν πολλαπλά οφέλη σε όρους κόστους, χώρου και ενέργειας σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα. Παρά το γεγονός ότι αποτελούν ελαφρές μεταλλικές κατασκευές, τα ΑΣΑΠ φέρουν πολύ υψηλά ωφέλιμα φορτία, κατά πολύ μεγαλύτερα από τα ίδια βάρη, αντίθετα με ότι συμβαίνει στις συνήθεις κατασκευές Πολιτικού Μηχανικού. Συνεπώς, οι τυπικές μέθοδοι σχεδιασμού δεν μπορούν να εφαρμοστούν για τα ΑΣΑΠ, ιδίως όταν λαμβάνονται υπόψη οριζόντιες δράσεις, όπως σεισμικές ή ανέμου. Η προαναφερθείσα έλλειψη γνώσης και οδηγών σχεδιασμού για τα ΑΣΑΠ, καθιστούν σα-φή την ανάγκη για προσδιορισμό αξιόπιστων συντελεστών συμπεριφοράς (q), καθώς και την εκτίμηση της σεισμικής τους επικινδυνότητας. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να με-λετηθούν πληθώρα παραδειγμάτων σχεδιασμού σε διάφορες περιπτώσεις και συνδυα-σμούς φορτίσεων, σταθερές στο χρόνο (βάρη μεταλλικού σκελετού, παλετών, μηχανολο-γικού εξοπλισμού κ.λπ.) ή μεταβλητές (σεισμός, ριπές ανέμου). Παρατηρώντας τη μορφολογία ενός τυπικού ΑΣΑΠ, είναι προφανές ότι η προσομοίωση σε περιβάλλον Πεπερασμένων Στοιχείων είναι μια απαιτητική διαδικασία﮲ αποτελούνται από εκατοντάδες ή χιλιάδες χαλύβδινα μέλη τα οποία συνδέονται με ημιάκαμπτους ή αρθρω-τούς κόμβους. Οι σύγχρονοι υπολογιστές με την υψηλή ισχύ που διαθέτουν, σε συνδυασμό με τη χρήση αποδοτικών αλγορίθμων, μπορούν να χειριστούν γραμμικά συστήματα με με-γάλη ευκολία και συνεπώς, οι γραμμικές αναλύσεις μπορούν να εκτελεστούν λαμβάνοντας υπόψη όλα τα δομικά μέλη στο στατικό προσομοίωμα. Το πρόβλημα γεννάται όταν εξετά-ζονται μη γραμμικά φαινόμενα, θεωρώντας δηλαδή μη γραμμικότητα υλικού ή γεωμετρίας. Η λεπτομερής μη γραμμική προσομοίωση όλων τα μελών ενός ΑΣΑΠ οδηγεί σε υπερ-βολικά χρονοβόρες αναλύσεις που πολλές φορές χαρακτηρίζονται από προβλήματα αριθμητικής σύγκλισης και αστάθειας. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, το πολύπλοκο μοντέλο του ΑΣΑΠ πρέπει να υποκα-τασταθεί από ένα απλούστερο, το οποίο θα ισορροπεί μεταξύ κόστους και ακρίβειας. Σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας για την εύρεση απλοποιημένων προσομοιωμάτων ώστε να μπορεί να μελετηθεί εύκολα και αξιόπιστα η σεισμική συμπεριφορά των ΑΣΑΠ. Συγκεκριμένα, η μέθοδος που ακολουθήθηκε στην παρούσα εργασία στοχεύει στην αντικατάσταση των σύνθετων υποστυλωμάτων των ραφιών με γραμμικά στοιχεία δοκού. Σε αντίθεση με τα τυπικά υποστυλώματα, τα σύνθετα παρουσιάζουν σημαντικές διατμητικές παραμορφώσεις και επομένως η Θεωρία Δοκού Euler-Bernoulli δεν ισχύει. Συνεπώς, πρέπει να χρησιμοποιηθούν στοιχεία δοκού Timoshenko, με κατάλληλα επιλεγμένες γραμμικές ιδιότητες (A, I, Aeff), ανάλογα με τον τύπο του σύνθετου υποστυλώματος (διαμόρφω-ση D, Z, K και X). Εκτός από τη γραμμική ανάλυση, το ισοδύναμο μοντέλο οφείλει να δίνει επαρκώς ακριβή αποτελέσματα και στη μη γραμμική περιοχή. Αποφασίστηκε η αντικατάσταση των σύνθε-των υποστυλωμάτων που αναμένεται να συμμετάσχουν στον πλαστικό μηχανισμό της κατασκευής με Two Node Link Elements του λογισμικού OpenSees . Τα στοιχεία αυτά περιλαμβάνουν αξονικά και στροφικά ελατήρια (3 για 2D και 6 για 3D) με την ικανότητα να δέχονται οποιοδήποτε μη γραμμικό υλικό και επομένως μπορεί να ληφθεί υπόψη ο λυγισμός των στύλων αλλά και οι καμπτικές και διατμητικές αστοχίες. Η παραπάνω διαδικασία εφαρμόστηκε σε ένα 2D πλαίσιο ΑΣΑΠ τόσο για Μη Γραμμική Στατική όσο και για Μη Γραμμική Δυναμική Ανάλυση και τα αποτελέσματα ήταν αρκετά ενθαρρυντικά. Ο επόμενος στόχος του συγγραφέα είναι η διερεύνηση της δυνατότητας επέκτασής της μεθοδολογίας αυτής στις τρεις διαστάσεις, λαμβάνοντας υπόψη συνδυασμούς αστοχιών.	el
heal.abstract	Automated Rack Supported Warehouses (ARSW) are the state of the art in storage tech-nology, as they provide substantial savings in terms of cost, space and energy with respect to traditional warehouses. Despite their lightness, ARSWs carry very high live loads, by far higher than the dead load, opposite to what happens in usual civil engineering structures. Thus, standard design approaches are not applicable to this type of structures, especially when one considers seismic and wind loading. The aforementioned lack of knowledge and design guidance for the ARSW makes clear the necessity for evaluation of reliable behavior factors (q) as well as the seismic fragility assessment of the designed warehouses. As a result, several test cases must be subjected to different loading scenarios and combinations, which may consist of steady (dead, pallet loads) or/and transient (seismic, wind loads) terms. By examining the configuration of a typical ARSW it is obvious that the FEM modelling for these structures is a tedious task; they consist of hundreds or thousands steel members and nodes connected to each other through simple and semi-rigid joints. Modern comput-ers accompanied with efficient computational algorithms can handle linear systems with great ease and thus, linear analysis can be performed by including all structural compo-nents in the analysis model. The problem arises when one examines nonlinear phenomena i.e. material and geometric nonlinearity. Simulations that take into account all ARSW’s members and their nonlinear response may lead to prohibitive analysis costs in terms of time and CPU or even convergence and stability problems. Considering the above, the complex ARSW system must be degraded into a simpler model that will balance between cost and accuracy. The objective of this thesis is to develop sim-plified models for the representation of complete warehouses in order to check their non-linear response to seismic motion. Particularly, the method followed in present thesis includes the substitution of upright frames for simple beam elements. In contrast to typical columns, upright frames are char-acterized by shear deformation and thus, Euler Bernoulli Beam Theory is not applicable. As a result, Timoshenko Beam Elements must be used, with linear properties (A, I, Aeff) suitably selected, depending on the type of the built-up column (D, Z, K and X configura-tion). Apart from linear analysis, the equivalent model should also give adequately accurate re-sults in the inelastic region. In present thesis, Opensees’ Two Node Link Elements were chosen for the substitution of the upright frames expected to involve in structure’s plastic mechanism. These elements are consisted of axial, shear and bending springs (3 for 2D and 6 for 3D) with the ability to assign any nonlinear material and thus, buckling, shear and bending failures can be taken into account. The above procedure was applied to an ARSW 2D frame both for nonlinear Static and for Dynamic analyses and the results were quite promising. Author’s next objective is to in-vestigate applicability of this method in three dimensions, considering combinations of failure mechanisms.	en
heal.advisorName	Βάγιας, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Βάγιας, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Βαμβάτσικος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Θανόπουλος, Παύλος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	99 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true