Μελέτη των πειραματικών διατάξεων του Εργαστηρίου Μεταλλικών Κατασκευών, ΕΜΠ

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των δύο Πειραματικών Διατάξεων οι οποίες βρίσκονται στο Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών της σχολής πολιτικών μηχανικών Ε.Μ.Π. και χρησιμοποιούνται ως πλαίσια αντίδρασης για την διενέργεια φόρτισης διαφόρων πειραματικών δοκιμίων. Η ανάγκη για ακριβή προσδιορισμό της συμπεριφοράς τους κατά την διάρκεια των διάφορων δοκιμαστικών φορτίσεων, η οποία επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια των πειραμάτων, οδήγησε στην πραγματοποίηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη περιγραφή του χώρου δοκιμών του Εργαστηρίου Μεταλλικών Κατασκευών Ε.Μ.Π όπου συντελείται σημαντικό ερευνητικό έργο. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική παρουσίαση των δύο Πειραματικών Διατάξεων και παρατίθενται οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των μελών αυτών. Επίσης παρουσιάζονται κάποιες παρατηρήσεις που προέκυψαν κατά την διενέργεια των επιτόπου μετρήσεων. Το τρίτο κεφάλαιο αφορά στην προσομοίωση των μελών των δύο Πειραματικών Διατάξεων στο γραφικό περιβάλλον του προγράμματος Scia Engineer της εταιρίας Nemetschek στην φοιτητική του έκδοση 12.0.183. Τα μέλη των Πειραματικών Διατάξεων προσομοιώθηκαν με γραμμικά στοιχεία. Στο τέταρτο κεφάλαιο ολοκληρώνεται η παραπάνω προσομοίωση με την μελέτη των κόμβων των δύο Πειραματικών Διατάξεων. Για την μελέτη αυτή έγιναν τόσο αναλυτικοί υπολογισμoί, σύμφωνα με τις αντίστοιχες διατάξεις του EC-3, όσο και υπολογισμοί με χρήση του προγράμματος Robot Structural Analysis Professional 2011 της εταιρίας Autodesk. Επίσης στο κεφάλαιο αυτό προτείνεται η ενίσχυση συγκεκριμένου κόμβου δοκού – υποστυλώματος από άποψη στροφικής δυσκαμψίας. Το πέμπτο κεφάλαιο έγκειται στην μελέτη της απόκρισης των δύο Πειραματικών Διατάξεων από άποψη παραμορφώσεων υπό διάφορες δοκιμαστικές φορτίσεις. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται προσομοίωση της οριζόντιας φόρτισης Χωρικών Πλαισίων που πρόκειται να αποτελέσουν μελλοντική ερευνητική δραστηριότητα του εργαστηρίου. Πραγματοποιείται pushover ανάλυση των δοκιμίων των Χωρικών Πλαισίων έως τον σχηματισμό μηχανισμού κατάρρευσης. Επίσης στο κεφάλαιο αυτό μελετάται η συμπεριφορά της Πειραματικής διάταξης υπό την συγκεκριμένη φόρτιση καθώς και βελτιστοποίηση αυτής για ακραία περίπτωση φόρτισης. Τέλος το έβδομο κεφάλαιο αφορά σε συμπεράσματα τα οποία προέκυψαν κατά την μελέτη των δύο Πειραματικών Διατάξεων, καθώς επίσης και σε κάποιες προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.

The purpose of this Diploma Thesis is the study of two Experimental Frames which are in the faculty of Civil Engineering Metal Construction Laboratory of NTUΑ. These Frames are used as reaction frames for the loading of several experimental specimens. The accurate definition of their behaviour during several experimental loadings, which directly affect the precision of the experiments led to the realization of this dissertation. Chapter one comprises a brief description of the NTUΑ Ιnstitute of Steel Structures installations where significant scientific research takes place. In Chapter two there is a detailed presentation of the two Experimental Frames. What is more the measuring that was carried out for the specification of their geometrical characteristics, is cited. Apart from that, some observations that resulted from the measuring on the spot are presentated. Chapter three is concerned with the simulation of the Experimental Frames in the Scia Engineer’s graphic environment. This is the students’ edition 12.0.183 programme and belongs to Nemetschek company. The members of the Experimental Frames were simulated to linear elements. In Chapter four the simulation mentioned above is brought to a completion with the study of the two Experimental Frames’ joints. The calculations for this study were so detailed, according to EC-3 equivalent parts, as the calculations with Autodesk’s Robot Structural Analysis Professional 2011 programme. Besides Chapter four suggests the strengthening of one particular joint beam-column in relation to rotational stiffness Chapter five deals with how these two experimental frames respond to deformation under several experimental loadings Furthermore, in Chapter six simulation of the Space Frames’ horizontal loading takes place and this constitutes the laboratory’s future research subject. More specifically there is pushover analysis of the Space Frames up to the collapse mechanism. Also, in this chapter, the Experimental Frame’s behaviour under specific loading is examined as well as the Experimental Frame’s improvement in case of extreme loading. Finally, chapter seven consists of conclusions which arose during the two Experimental Frames’ study and some proposals for further scientific research.