Pyörähdyssymmetristen säiliöiden kuljetuskehtojen suunnittelu, valmistus ja materiaalivertailu

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena on löytää kestävä, kevyt, edullinen ja helposti valmistettava ja mahdollisimman helposti kierrätettävissä oleva vaihtoehto nykyisin käytettäville kehtorakenteille suunnittelemalla rakenne ja sen valmistusprosessi uudestaan. Työssä selvitetään myös suurlujuusteräksen käyttömahdollisuudet kyseisessä sovelluskohteessa. Työn teettäjänä on Viafin Terästorni Oy, jonka valmistamia pyörähdyssymmetrisiä säiliöitä tai niiden osia kehdoilla kuljetetaan. Suunniteltavan kehdon tulee kestää maantie- ja merikuljetuksen aikaiset kuormitukset.

Yrityksen edustajat valitsivat ideoiduista rakennevaihtoehdoista parhaan, jota lähdettiin jatkokehittämään. Mitat kehtorakenteelle saatiin analyyttisen laskennan ja kaupallisella elementtimenetelmäohjelmistolla suoritetun FEM-laskennan perusteella. Rakenteen valmistusprosessien määrittäminen tehtiin kirjallisuudesta saaduilla tiedoilla, painottuen suurlujuusteräksen käytössä ilmeneviin haasteisiin.

Työn tuloksena syntyi käytössä olevaan rakenteeseen verrattuna kevyempi rakenne, jossa voitiin hyödyntää modulaarisuutta liittämällä erilliset lisäjalat merikuljetusta varten. Riittävä puristuskuormituksen kestävyys saavutettiin uumalevyihin taivutetuilla jäykistemuodoilla korvaten erilliset hitsattavat jäykisterivat.

Johtopäätöksenä todettiin suurlujuusteräksen (S690) käytöstä saavutettavan etuja vain, jos rakennetta kyetään keventämään tarpeeksi kompensoimaan kasvanut materiaalin kilohinta. Materiaaliksi uudelle rakenteelle valittiin tästä syystä S355. Jäykisteripojen korvaaminen taivutettavalla jäykistemuodolla voi olla kannattavaa, mikäli materiaaliominaisuuksista ja – paksuudesta määräytyvä vaadittu jäykisteväli on riittävän suuri.

The goal of this bachelor’s thesis is to find an optional structure and design manufacturing process for transportation cradles which Viafin Terästorni Oy uses to transport their circular symmetrical storage tanks. The structure must be robust, lightweight, economical and easy to manufacture and if possible easily recyclable. Cradle structure must withstand loads during highway and sea transport. Possibilities of the use of high-strength steel are also evaluated.

Company representatives evaluated all the possible structure geometries and chose the best option for further development. This structure was dimensioned by using analytical calculations and FEM-analysis carried out by commercial finite element method software. Design of manufacturing process was done based on literature focusing on the challenges of use of high-strength steel.

Result of this bachelor’s thesis was lighter structure compared to the existing one. Modularity was used in this new structure with the possibility to equip the cradle with separate extension legs for sea transport. Sufficient capacity against compression loading was achieved with the use of bended stiffening shape in the web plates replacing separate welded stiffeners.

Conclusion was that the use of high-strength steel (S690) is cost-effective only if the mass of the structure is decreased by that much that the increased unit price is compensated. Material used in this structure was S355 because of that reason. Replacing the welded stiffeners with bended stiffening shape can be reasonable if the material properties and thickness dependent distance between stiffeners is big enough.