Sarjapariston lujuuslaskenta seismisissä olosuhteissa
Kotisaari, Markus (2013)
2013
Konetekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2013-01-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201301221034
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201301221034
Tiivistelmä
Sarjaparisto liitetään sähkölinjaan tarkoituksenaan kompensoida loistehoa sähkönsiirrossa. Koska sähkönsaanti on turvattava kaikissa olosuhteissa, sarjaparisto mitoitetaan kestämään suuria kuormituksia. Suuret kuormitukset aiheutuvat tuulen aiheuttamista voimista, jääkerroksen aiheuttamasta massan kasvusta ja maanjäristyksen aiheuttamista hitausvoimista. Tässä diplomityössä suoritettiin lujuusanalyysi Hydro-Quebec:lle toimitettuihin sarjaparistoihin liittyen. Tärkeä osa työtä oli vastespektrimenetelmän ymmärtäminen ja siihen perustuva laskenta maanjäristysten aiheuttamia rasituksia määritettäessä.
Sarjapariston mallinnus ja analysointi suoritettiin elementtimenetelmään perustuvalla Ansys 14.0 –lujuuslaskentaohjelmalla. Huomattiin, että tärkeä osa analyysiä on tehokkaan laskentamallin muodostaminen, koska ratkaistavia kuormitustapauksia on paljon. Ohjelma soveltuu hyvin sarjapariston seismiseen analyysiin. Toisaalta haruspareja olisi hyvä tutkia kokeellisesti, koska köysimäisen luonteensa johdosta niiden käyttäytyminen on epälineaarista ja vastespektrimenetelmä perustuu lineaariseen rakennemalliin. Tässä työssä epälineaarisuuden ongelma ratkaistiin poistamalla haruspareista aina toinen ja mallintamalla jäljelle jäänyt harus sauvaelementillä.
Sarjapariston haastavimmiksi kuormitustapauksiksi tulivat osien maksimirasituksia tarkastelemalla staattisista kuormitustapauksista lavan pitkän sivun suuntaiset tuulenpuuskat, dynaamisista kuormitustapauksista maanjäristyksen ja jääkerroksen yhdistetty kuormitus ja erityiskuormitustapaus, joka on tuulen aiheuttaman voiman ja jääkerroksen yhdistelmä rikkinäiselle rakenteelle. Sarjaparisto kestää hyvin kaikissa kuormitustapauksissa. Ainoa tapaus, jossa asiakkaan antamat varmuusluvut alittuvat on tuulenpuuskat, jolloin yhden rakenteen osan varmuusluvut ovat pienemmät kuin asiakkaan vaatimat. Toisaalta tuulen aiheuttamat voimat on laskettu varsin konservatiivisesti ja sen tähden voidaan olettaa näidenkin eristimien kestävän hyvin myös tuulenpuuskissa
Sarjapariston mallinnus ja analysointi suoritettiin elementtimenetelmään perustuvalla Ansys 14.0 –lujuuslaskentaohjelmalla. Huomattiin, että tärkeä osa analyysiä on tehokkaan laskentamallin muodostaminen, koska ratkaistavia kuormitustapauksia on paljon. Ohjelma soveltuu hyvin sarjapariston seismiseen analyysiin. Toisaalta haruspareja olisi hyvä tutkia kokeellisesti, koska köysimäisen luonteensa johdosta niiden käyttäytyminen on epälineaarista ja vastespektrimenetelmä perustuu lineaariseen rakennemalliin. Tässä työssä epälineaarisuuden ongelma ratkaistiin poistamalla haruspareista aina toinen ja mallintamalla jäljelle jäänyt harus sauvaelementillä.
Sarjapariston haastavimmiksi kuormitustapauksiksi tulivat osien maksimirasituksia tarkastelemalla staattisista kuormitustapauksista lavan pitkän sivun suuntaiset tuulenpuuskat, dynaamisista kuormitustapauksista maanjäristyksen ja jääkerroksen yhdistetty kuormitus ja erityiskuormitustapaus, joka on tuulen aiheuttaman voiman ja jääkerroksen yhdistelmä rikkinäiselle rakenteelle. Sarjaparisto kestää hyvin kaikissa kuormitustapauksissa. Ainoa tapaus, jossa asiakkaan antamat varmuusluvut alittuvat on tuulenpuuskat, jolloin yhden rakenteen osan varmuusluvut ovat pienemmät kuin asiakkaan vaatimat. Toisaalta tuulen aiheuttamat voimat on laskettu varsin konservatiivisesti ja sen tähden voidaan olettaa näidenkin eristimien kestävän hyvin myös tuulenpuuskissa