Innovatív acél- és öszvérszerkezetek Dunai László

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Innovatív acél- és öszvérszerkezetek Dunai László"

Renáta Budainé
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Innovatív acél- és öszvérszerkezetek Dunai László MTA doktori védés május 21. 1

2 Innovatív szerkezet Innováció megújítás; új módszer, eljárás, eszköz, stb. bevezetése Tartószerkezeti innováció új anyag, gyártástechnológia, szerkezeti kialakítás, tervezési és szerelési eljárás Innovatív acél- és öszvérszerkezet --- disszertáció --- új típusú szerkezet + szerkezeti viselkedés + analízis és méretezés 2

3 Új típusú szerkezet 1. Vékonyfalú, hidegen alakított acél- és öszvérszerkezetek csarnok- és családi ház tartószerkezet új keret- és födémszerkezet 2. Acél- és öszvérszerkezetek csomópontjai magasépítési nyomatékbíró keretszerkezet véglemezes kapcsolat / szeizmikus 3. Nagyméretű, különleges acélszerkezetek hűtőtorony és Duna-híd új szerkezeti kialakítás + méret + szereléstechnológia szerkezeti viselkedés tervezés 3

4 Kutatási módszer K Előkészítő T Í E S Verifikációs VEM modell VEM analízis R É R Validációs Módszer V E L E Tervezési Jellemzők Z É T Prototípus Kialakítás S 4

5 Kutatócsoport Doktorandusz hallgatók Ádány S., Erdélyi Sz., Fóti P., Jakab G., Joó A., Kovács N., Vigh L.G. Szerkezetvizsgáló laboratórium BME: Kaltenbach L., Kálló M.; TU Lisbon: L. Calado IPARI PARTNEREK Lindab: Kotormán I. PiHun: Cholnoky P. Főmterv: Horváth A., Nagy Zs. 5

6 Vékonyfalú Vékonyfalú szerkezetek szerkezetek 6

7 vékonyfalú szerkezet Szerkezeti probléma keretszerkezet födémszerkezet keretsarok oszlop 7

8 vékonyfalú szerkezet Nyomott rúd torzulásos horpadás lemezhorpadás + kihajlás elemvég beroppanás 8

vékonyfalú szerkezet Keretsarok 6,0 lemezhorpadás Moment [knm] 4,0 2,0 0,0 0 20 40 60 80 100 120

9 vékonyfalú szerkezet Keretsarok 6,0 lemezhorpadás Moment [knm] 4,0 2,0 0, Displacement [0,001 rad] csavar kihúzódás 4 Moment [knm] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 Rotation [rad] 9

10 vékonyfalú szerkezet 1. tézis Kidolgoztam egy új típusú, hidegen hajlított acél szelvényekből álló keretszerkezeti rendszert, meghatároztam a viselkedési jellemzőit és igazoltam az alkalmazhatóságát kísérleti vizsgálatok alapján. A szerkezeti kialakítás jellegzetességei: (i) portál keret hidegen alakított, vékonyfalú C-szelvényű elemekkel, amelyek gerincükön csatlakoznak egymáshoz (ii) önfúrócsavaros kapcsolattal és (iii) dupla C-szelvényből kialakított zárt típusú oszloppal. 1.1 Meghatároztam a dupla C-szelvényű, zárt kialakítású nyomott rúd kölcsönhatási jelenségeket tartalmazó stabilitási viselkedési módjait és számítási módszert adtam a tervezési nyomási ellenállás meghatározására. 1.2 Meghatároztam a keretsarok csomópontnak az elemvég és kapcsolat kölcsönhatási jelenségein alapuló viselkedési módjait, és jellemeztem ezeket a lokális kapcsolóelem kísérletek eredményei alapján. 10

11 Öszvérfödém nyírókapcsolat vékonyfalú szerkezet csavar tönkremenetel < 3 mm 3..6 mm > 6 mm force/screw [kn] ar a 9,912 b 12,264 a) EJ-1-t2.0-sp-rf b) SX-1-t2.0-sp-rf a b relative displacement [mm] 11

12 vékonyfalú szerkezet Öszvérgerenda kn 10 kn 15 kn 20 kn 25 kn 30 kn 35,97 kn h e i g h t [m m ] stress [N/mm2] 12

13 vékonyfalú szerkezet 2. tézis Kidolgoztam egy új típusú öszvérszerkezetű födémgerendát, meghatároztam a viselkedési jellemzőit és igazoltam az alkalmazhatóságát kísérleti vizsgálatok alapján. A szerkezeti kialakítás jellegzetességei: (i) hidegen alakított, vékonyfalú acél C-szelvény, acél trapézlemez és vasbetonlemez, (ii) részlegesen behajtott önfúrócsavaros nyírókapcsolattal együttdolgoztatva. 2.1 Kinyomó kísérletek eredményei alapján osztályoztam az önfúrócsavaros nyírókapcsolatok viselkedési módjait és meghatároztam a gyakorlati szempontból alkalmazható kialakítást. 2.2 Öszvérgerenda kísérletek alapján bizonyítottam a részleges nyírókapcsolaton és képlékeny feszültség-eloszláson alapuló méretezési eljárás alkalmazhatóságát. 13

14 Csomópontok ciklikus viselkedése 14

15 véglemezes csomópont Szerkezeti probléma Disszipatív keretszerkezet Mj,Ed centre of compression Disszipatív zóna: csavarozott véglemezes csomópont Hiszterézis viselkedés? Kísérleti és végeselemes analízis Méretezés szemi-empírikus modell szerkesztési szabályok 15

véglemezes csomópont Kísérleti vizsgálatok véglemez törés Force position Force position Force position A A-A section 270 190 370 acél 50 100 50 200 920 support

16 véglemezes csomópont Kísérleti vizsgálatok véglemez törés Force position Force position Force position A A-A section acél support öszvér support moment [knm] x rotation [mrad] A 16

17 VEM modell és analízis véglemezes csomópont VEM modell: geometria + anyag csomópont hiszterézis viselkedés normal str ress [MPa] Modified Petersson-Popov model acél ciklikus analízise normal strain T-elem ciklikus analízise 3 TS1 2 1 F/Fe u/ue 17

18 Szemi-empirikus modell véglemezes csomópont M M last, p = M1 p M M 1p monotonic curve degradáció stable plastic cycles design curve poligonal cycle -M 1p Θ y Θ 1p Θ last, p monoton viselkedés Θ tipikus hiszterézis moment [knm] x rotation [mrad] ciklikus tervezési paraméterek 18

19 véglemezes csomópont 3. tézis Meghatároztam acél és öszvérszerkezetű csavarozott véglemezes csomópontok ciklikus viselkedését kísérleti és numerikus vizsgálatok alapján. 3.1 Kidolgoztam a csomópont ciklikus viselkedésének vizsgálatára alkalmas geometriailag és fizikailag nemlineáris végeselemes modell alapelveit. Bevezettem és kidolgoztam az általános, rétegelt elfajuló héjelem ágyazási rétegét, a feltételes támaszok és a véglemez alatti beton viselkedésének modellezésére. Módszert adtam ciklikus csomóponti modellek ellenőrzésére. 3.2 Meghatároztam egy szemi-empirikus ciklikus tervezési modell alapelveit, a (i) monoton nyomaték-elfordulás összefüggés, (ii) a viselkedési módra jellemző ciklikus poligonális mintagörbe és (iii) a kísérletileg meghatározott degradációs összefüggés alapján. 19

20 Nagyméretű, különleges szerkezetek Acélszerkezetű hűtőtorony Pentele Duna-híd Dunaújváros 20

21 Acélszerkezetű hűtőtorony 21

22 hűtőtorony Hűtőtorony csomópont Szerkezeti kialakítás viselkedés méretezés? 22

23 hűtőtorony Kísérleti vizsgálatok gyűrűs héjhorpadás átlós héjhorpadás 23

24 hűtőtorony VEM modell Lokális kapcsolat modell Csavarozott kapcsolat viselkedés, méretezés Globális csomópont modell Instabilitási analízis, virtuális kísérlet, prototípus fejlesztés, méretezés 24

hűtőtorony VEM analízis instabilitási analízis (a) (b) (c) 140 virtuális kísérlet 120 100

25 hűtőtorony VEM analízis instabilitási analízis (a) (b) (c) 140 virtuális kísérlet (d) Load [kn] Analysis Experiment Deflection of the joint [mm] 25

26 Pentele Duna-híd végleges állapot 26

27 Duna-híd Ívstabilitás hídmodell 27

28 Duna-híd Kísérleti és VEM eredmények Kísérlet VEM analízis síkbeli kihajlás Méretezés Méretezési eljárások biztonsági szintje? síkra merőleges kihajlás 28

29 Szerelési állapot Szerelési állapot 29

30 Duna-híd VEM modellek globális hídmodell #3.4 #3.5 temporary supporting bars #3.3 #3.6 #3.1 #3.2 N + M csomóponti lokális modell V N (+M) V erőbevezetés lokális modellje lokális lemez modell 30

Duna-híd VEM analízis feszültség-koncentráció instabilitási analízis virtuális kísérlet σ cr = 3560 MPa Load [N/mm 2 ] 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 normal

31 Duna-híd VEM analízis feszültség-koncentráció instabilitási analízis virtuális kísérlet σ cr = 3560 MPa Load [N/mm 2 ] normal imperfection large imperfection FEM EC3-1-5 Hungarian Standard (allowable stress) 1,47 x Hungarian Standard Lateral deflection of panel center [mm] 31

32 Próbaterhelés Próbaterhelés 32

33 4. tézis Kísérleti és numerikus vizsgálatokat hajtottam végre acél hűtőtorony csomópontjának és kosárfül alakú, párhuzamos kábelekkel függesztett ívhíd tervezésének támogatására. Meghatároztam a csőszelvényű elemek csomóponti viselkedési módjait és a függesztett ív globális stabilitási jelenségeit. A kísérleti és numerikus eredmények alapján: 4.1 Igazoltam az acélszerkezetű hűtőtorony csomópont prototípusok, illetve az alkalmazott méretezési eljárások megfelelőségét. 4.2 Meghatároztam a szabványos stabilitási eljárások biztonsági szintjét párhuzamos kábelekkel függesztett kosárfül alakú ívek esetén és ezzel bizonyítottam ezek alkalmazhatóságát az ívhíd gyakorlati tervezése során. 33

34 Köszönöm! 34

35 Köszönöm! 35

36 Köszönöm! 36

Hasonló dokumentumok

ANSYS alkalmazások a BME Hidak és Szerkezetek Tanszékén. Hidak és Szerkezetek Tanszéke

ANSYS alkalmazások a BME Hidak és Szerkezetek Tanszékén Joó Attila László Ansys konferencia és partneri találkozó 2008. 10. 10. Építőmérnöki Kar Szerkezetvizsgáló Laboratórium, Szerkezetinformatikai Laboratórium