Structural interaction of silo and its support structure
Jalo, Toni (2024)
Diplomityö
2024
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20241209100351
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20241209100351
Tiivistelmä
This master thesis discusses about the structural interaction of silo and its support structure. Objective was to study the silo global stability and method to produce spring coefficients to be used as a boundary condition in silo finite element analysis. Purpose of the spring coefficients is to simulate the stiffness of support structure. Silo global stability study objective was to test if local and global initial imperfection have an interaction.
Spring coefficient study was performed with silo beam element model. It was loaded with dummy load and spring coefficients were calculated from support reactions and corresponding displacements. Global stability study was performed with set of different silo shell geometries. Each silo geometry ultimate capacity was found out with geometrically and materially nonlinear analysis with local and combination of local and global initial imperfections.
As a result, the method to produce spring coefficients was working as expected. Variation was found between different support leg stiffness properties and when silo was loaded simultaneously with vertical and horizontal loads. Silo global stability study showed local and global initial imperfection do not have significant interaction.
As a conclusion, silo global stability can be ensured by separate analysis for support structure and silo as long as both are sized for realistic load distribution. Diplomityön tarkoituksena oli tutkia siilojen ja kannatusrakenteen välistä vuorovaikutusta. Tavoitteena oli tutkia siilojen globaalia stabiliteettia sekä testata tapaa tuotttaa kannatuspisteiden jousivakiot siilojen numeerista analyysiä varten. Jousivakioiden tarkoituksena on simuloida kannatusrakenteen jäykkyyttä. Siilon globaalin stabiliteetin esimerkkitapauksessa tarkoituksena oli testata paikallisten ja globaalien epätäydellisyyksien mahdollinen yhteisvaikutus.
Jousivakioiden määrityksessä hyödynnettiin siilojen palkkielementtimallia. Esimerkkitapauksessa siilon palkkielementtimallia kuormitettiin häiriövoimalla. Jousivakiot laskettiin tukipisteistä mitattujen tukireaktioiden ja siirtymien perusteella. Siilojen globaalin stabiliteetin esimerkkitapauksessa kuoren äärikapasiteetti määritettiin GMNI-analyysin avulla. Äärikapasiteetti määritettiin sarjalle siilojen kuoria varioiden kuoren halkaisijaa, seinämänpaksuutta ja korkeutta. Kunkin variaation äärikapasiteetti määritettiin paikallisille ja paikallisten sekä globaalien alkuvirheiden yhdistelmälle.
Jousivakioiden määrittämisen tuloksista nähtiin esitetyn tavan toimivan odotetulla tavalla. Variaatiota tuloksissa nähtiin eri siilon jalkojen profiilien jäykkyyksillä sekä eri kuormitustilanteilla. Siilojen globaalin stabiliteetin esimerkkiharjoitteen tuloksien perusteella lokaaleilla ja globaaleilla alkuvirheillä ei ole merkittävää vuorovaikutusta.
Yhteenvetona voidaan todeta siilojen globaalin stabiliteetin olevan varmistettu erillisillä kannatusrakenteen ja siilon analyysillä, jos molemmat mitoitetaan todenmukaiselle kuormajakaumalle.
Spring coefficient study was performed with silo beam element model. It was loaded with dummy load and spring coefficients were calculated from support reactions and corresponding displacements. Global stability study was performed with set of different silo shell geometries. Each silo geometry ultimate capacity was found out with geometrically and materially nonlinear analysis with local and combination of local and global initial imperfections.
As a result, the method to produce spring coefficients was working as expected. Variation was found between different support leg stiffness properties and when silo was loaded simultaneously with vertical and horizontal loads. Silo global stability study showed local and global initial imperfection do not have significant interaction.
As a conclusion, silo global stability can be ensured by separate analysis for support structure and silo as long as both are sized for realistic load distribution.
Jousivakioiden määrityksessä hyödynnettiin siilojen palkkielementtimallia. Esimerkkitapauksessa siilon palkkielementtimallia kuormitettiin häiriövoimalla. Jousivakiot laskettiin tukipisteistä mitattujen tukireaktioiden ja siirtymien perusteella. Siilojen globaalin stabiliteetin esimerkkitapauksessa kuoren äärikapasiteetti määritettiin GMNI-analyysin avulla. Äärikapasiteetti määritettiin sarjalle siilojen kuoria varioiden kuoren halkaisijaa, seinämänpaksuutta ja korkeutta. Kunkin variaation äärikapasiteetti määritettiin paikallisille ja paikallisten sekä globaalien alkuvirheiden yhdistelmälle.
Jousivakioiden määrittämisen tuloksista nähtiin esitetyn tavan toimivan odotetulla tavalla. Variaatiota tuloksissa nähtiin eri siilon jalkojen profiilien jäykkyyksillä sekä eri kuormitustilanteilla. Siilojen globaalin stabiliteetin esimerkkiharjoitteen tuloksien perusteella lokaaleilla ja globaaleilla alkuvirheillä ei ole merkittävää vuorovaikutusta.
Yhteenvetona voidaan todeta siilojen globaalin stabiliteetin olevan varmistettu erillisillä kannatusrakenteen ja siilon analyysillä, jos molemmat mitoitetaan todenmukaiselle kuormajakaumalle.