Putkisiltojen suunnitteluohje
Vesanen, Saku (2022)
Diplomityö
Vesanen, Saku
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120870153
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120870153
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tutkitaan putkisiltojen suunnitteluun vaikuttavia seikkoja. Diplomityö tehtiin AFRY Finland Oy:n Prosessiteollisuus-divisioonalle, joka vastaa muiden muassa teollisuuslaitosten rakenteiden suunnittelusta. Putkisiltojen suunnittelua ei käsitellä juurikaan standardeissa, vaan suunnittelijan vastuulle jää usein soveltaa ohjeita ja standardeja suunnittelussa. Suunnittelijoilla kuluu paljon aikaa perustietojen soveltamiseen, mikä lisää suunnitteluun käytettävää aikaa. Tämä työ toimii suunnitteluohjeena rakennesuunnittelijoille suunnittelun alkuvaiheessa.
Aluksi tehtiin kirjallisuuskatsaus teollisuuden ohjeisiin, tutkimusartikkeleihin ja standardeihin, mitkä käsittelevät teräsrakenteiden ja putkisiltojen suunnittelua. Kirjallisuudesta löydettiin putkisiltojen suunnittelua koskevia ohjeita. Putkiston kitkakuormitusten suuruus määritetään kannatustasolle tuetun putkiston painon ja määrän perusteella. Putkisillan rakennejärjestelmä tulee suunnitella välttämään lukkiutumien, mikä voi aiheutua lämpölaajenemisen seurauksena. Rakenteen lukkiutuessa rakenteeseen syntyy ylimääräisiä voimia. Monista tässä työssä esitellyistä seikoista tulee sopia hankekohtaisesti vaadittavien osapuolien kesken.
Työssä laadittiin laskentamalleja paikoilleen rakennettavasta putkisillasta ja konepajalla koottavasta moduulista, joka kuljetetaan työmaalle. Työmaalle kuljetettavan moduulin etuina ovat paremmat olosuhteet rakentamiselle ja työmaaliikenteen häiriöiden välttäminen. Verrattuna paikoilleen rakennettavaan putkisiltaan moduuli vaihtoehdossa materiaalia kuluu enemmän. Modulaarisen rakenteen päätykehä tulee suunnitella jäykillä liitoksilla ja suuremmilla poikkileikkauksilla kuin moduulin muut sauvat. Laadituissa laskentamalleissa toteutettiin vertailu myös Pratt- ja modifioidun Warren-ristikon välillä. Tutkittavien ristikoiden väliset erot olivat pieniä käytetyn materiaalin mukaisesti laskettuna. In this thesis factors affecting designing pipe bridges are studied. This thesis is made for AFRY Finland Oy Process industries division, which is responsible for designing structures of industrial facilities among other things. Designing of pipe bridges is not covered much in standards, but rather it is designer’s responsibility to apply instructions and standards in designing. Designers use a lot of time on applying basic concepts, which increases required time for project. This thesis works as design guide in the start of the project.
At start, a literature review was conducted into instructions of industry, research articles and standards, which cover designing steel structures and pipe bridges. In literature several guiding factors were found for designing pipe bridges. Structural system of pipe bridge should be designed to avoid lock-in bracing, which can be result of thermal expansion of bridge structure. Lock in of structure creates additional loading case on structural system. During the pipe bridge designing all necessary parties should agree upon on many factors presented in this thesis.
In this thesis work calculation models were created using Autodesk Robot Structural Analysis software. Calculation models were simulating on site built structure and off site built structure, which is assembled on workshop premises. Off site assembling advantages are in better in avoiding site congestion. Compared to on site built structure, off site built modules require material consumption is higher. Especially controlling deflections in serviceability conditions are challenging in case of off site built structure. End frames of modules should be designed as rigid frames with larger cross-sections than other members of module. Pratt- and modified Warren-trusses were studied. Examined trusses showed little differences in material consumption.
Aluksi tehtiin kirjallisuuskatsaus teollisuuden ohjeisiin, tutkimusartikkeleihin ja standardeihin, mitkä käsittelevät teräsrakenteiden ja putkisiltojen suunnittelua. Kirjallisuudesta löydettiin putkisiltojen suunnittelua koskevia ohjeita. Putkiston kitkakuormitusten suuruus määritetään kannatustasolle tuetun putkiston painon ja määrän perusteella. Putkisillan rakennejärjestelmä tulee suunnitella välttämään lukkiutumien, mikä voi aiheutua lämpölaajenemisen seurauksena. Rakenteen lukkiutuessa rakenteeseen syntyy ylimääräisiä voimia. Monista tässä työssä esitellyistä seikoista tulee sopia hankekohtaisesti vaadittavien osapuolien kesken.
Työssä laadittiin laskentamalleja paikoilleen rakennettavasta putkisillasta ja konepajalla koottavasta moduulista, joka kuljetetaan työmaalle. Työmaalle kuljetettavan moduulin etuina ovat paremmat olosuhteet rakentamiselle ja työmaaliikenteen häiriöiden välttäminen. Verrattuna paikoilleen rakennettavaan putkisiltaan moduuli vaihtoehdossa materiaalia kuluu enemmän. Modulaarisen rakenteen päätykehä tulee suunnitella jäykillä liitoksilla ja suuremmilla poikkileikkauksilla kuin moduulin muut sauvat. Laadituissa laskentamalleissa toteutettiin vertailu myös Pratt- ja modifioidun Warren-ristikon välillä. Tutkittavien ristikoiden väliset erot olivat pieniä käytetyn materiaalin mukaisesti laskettuna.
At start, a literature review was conducted into instructions of industry, research articles and standards, which cover designing steel structures and pipe bridges. In literature several guiding factors were found for designing pipe bridges. Structural system of pipe bridge should be designed to avoid lock-in bracing, which can be result of thermal expansion of bridge structure. Lock in of structure creates additional loading case on structural system. During the pipe bridge designing all necessary parties should agree upon on many factors presented in this thesis.
In this thesis work calculation models were created using Autodesk Robot Structural Analysis software. Calculation models were simulating on site built structure and off site built structure, which is assembled on workshop premises. Off site assembling advantages are in better in avoiding site congestion. Compared to on site built structure, off site built modules require material consumption is higher. Especially controlling deflections in serviceability conditions are challenging in case of off site built structure. End frames of modules should be designed as rigid frames with larger cross-sections than other members of module. Pratt- and modified Warren-trusses were studied. Examined trusses showed little differences in material consumption.