Ευαισθησία κορμού δοκών κύλισης γερανογεφυρων έναντι τοπικής αστάθειας

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση του φαινομένου της ευαισθησίας των κορμών δοκών έναντι του ελαστικού λυγισμού. Αυτή η ευαισθησία αφορά δοκούς με μεγάλο λόγο ύψους προς πάχος κορμού και ατέλειες. Όταν οι δοκοί αυτοί υπόκεινται σε επαναλαμβανόμενες φορτίσεις οι κορμοί τους λυγίζουν ελαστικά εκτός του επιπέδου τους. Ειδικά σε αυτή την εργασία γίνεται ενασχόληση με τις δοκούς κύλισης γερανογεφυρών. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή του φαινομένου όπως αυτή προκύπτει από τις μέχρι τώρα έρευνες διαφόρων επιστημόνων. Γίνεται ακόμα παρουσίαση των τρόπων σχεδιασμού έναντι του φαινομένου, όπως αυτοί προτείνονται από διάφορους ερευνητές. Ακόμη δίνεται και η αντιμετώπιση του φαινομένου από τον EC3. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση σε δοκούς κύλισης ,με διατομή ΗΕΒ, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για γερανογέφυρες που κυκλοφορούν στην αγορά. Εφαρμόζονται όλοι οι έλεγχοι που απαιτούνται από τον EC3 τόσο για την οριακή κατάσταση αστοχίας όσο και γι αυτή της λειτουργικότητας. Στη συνέχεια γίνεται προσπάθεια προσέγγισης του οριακού λόγου ύψους προς πάχος κορμού που προτείνει ο EC3 με τη χρήση συγκολλητών διατομών οι οποίες ελέγχονται και αυτές όπως και οι πρότυπες HEB. Στο τρίτο κεφάλαιο με τη βοήθεια μεθόδων που προτείνονται στα σχόλια του EC3 και σχέσεων που αφορούν το λυγισμό επίπεδων ελασμάτων (EC3 μέρος 1.5) επιχειρείται μια ακόμη προσπάθεια προσέγγισης της οριακής τιμής του λόγου (πάχος προς ύψος κορμού) ειδικά για τις δοκούς κύλισης γερανογεφυρών. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η βαθμονόμηση του μοντέλου των πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούμαι για την ανάλυση των δοκών κύλισης. Η βαθμονόμηση επιτυγχάνεται με τη σύγκριση των αποτελεσμάτων από πειράματα που έγιναν σε συγκολλητή δοκό. Τα πειραματικά αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν από διδακτορική διατριβή του Jonas Gozzi (βλέπε βιβλιογραφία [11]). Το μοντέλο των πεπερασμένων στοιχείων είναι τετραεδρικά κελύφους. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται χρήση του συγκεκριμένου μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων από λογισμικό Abaqus 6.10.1 για την ανάλυση των συγκολλητών δοκών κύλισης. Γίνεται βασικά μια ανάλυση κόπωσης για δοκούς στις οποίες μεταβάλλονται το πάχος και το ύψος του κορμού. Για την ανάλυση αυτή γίνεται και χρήση ατελειών . Τα αποτελέσματα που εξάγονται οδηγούν σε διαγράμματα λόγου ύψος προς πάχος κορμού – συντελεστή εκμετάλλευσης της κατηγορίας λεπτομέρειας κόπωσης. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο συγκεντρώνονται τα συμπεράσματα της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας. Το βασικότερο από τα συμπεράσματα είναι ότι για τις συνήθεις δοκούς κύλισης των γερανογεφυρών δεν έχουμε εμφάνιση του φαινομένου web breathing

In this postgraduate diploma thesis a research of the phenomenon of girder «web breathing» under too many times repeated loading is taking place. Specifically in this investigation , great attention has been paid to the behavior of crane runway girders. In the first chapter there is a description of the phenomenon as it is derived from current scientific research. A presentation of design procedures against «the web breathing», as these are suggested from researchers, is also included in this chapter. At the end of the chapter, a presentation of the EC3 design approach is given. In the second chapter, an analysis of girders with cross section of type HEB is taking place. These cross sections can be used for crane runway girders. All the checks that are required from EC3 for crane girders are implemented. The analysis takes into account both the ultimate limit state and the serviceability limit state. After this , an attempt of approaching the limit of the slenderness ratio (web depth to web thickness) that EC3 suggests for crane girders, follows. This approach is achieved by using welded cross sections instead of HEB type. The same checks, that are implemented to the girders with the HEB type cross sections , are applied. In the third chapter another approach of the crane girders slenderness limit is applied. This application is delivered by using methods that are suggested in the commentary of EC3 and mathematical expressions that consider the plate buckling effects due to direct stresses (EC3 Part 1.5). In the fourth chapter, the calibration of the finite elements model that is used for the crane girder analysis, takes place. The calibration is executed with the comparison of the results from experiments that were applied in a girder composed of thin plate elements. The experimental results were taken from Jonas Gozzi Doctoral Thesis. The finite elements that were used were quad structured shell elements. In the fifth chapter the previous finite element model is used, with the help of the Abaqus 6.10.1 software, for the analysis of crane girders with welded cross sections . A fatigue analysis of girders ,in which the depth and the thickness are varied , is given. In this analysis an application of web imperfection is used. The results that are derived lead to figures that show the variation between the slenderness ratio and the ratio of normal stresses ( in the web to flange junction) to fatigue detail category. Finally in the sixth chapter the conclusions of this postgraduate diploma thesis are presented . The main conclusion is that in the most common runway girders the web breathing phenomenon is negligible.