Maanjäristyslaskenta siilomitoitusohjelmassa
Liikala, Tuomas (2015)
2015
Tietotekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-12-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511241775
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511241775
Tiivistelmä
Maanjäristyksiä on tutkittu viime vuosisatana paljon, ja ihmisten käsitys luonnonilmiöstä tarkentuu jatkuvasti. Käytännön kokemuksen ja teoreettisten mallien kautta rakenteista osataan tehdä paremmin alueen seismisyyttä vastaavaksi, jolloin käytetyt standardit kehittyvät ja tarkentuvat jatkuvasti. Aiempien katastrofaalisten tuhojen sijaan nykyiset rakenteet säilyvät monilla seismisillä alueilla voimakkaasta maanjäristyksestä pienillä vaurioilla Lisäksi tutkimusta on tehty köyhien alueiden kehittämiseksi, kuten esimerkiksi tutkimalla Intiassa käytettyjen heikkojen rakenteiden kehittämistä edullisin rakennusratkaisuin kestävämmäksi. Maanjäristyksien seuranta ja tutkimus on aktiivista ympäri maailmaa.
Tämän diplomityön tavoitteena on mitoittaa rakenne niin, että se olisi mahdollisimman optimaalinen. Siilojen valmistuskustannuksissa materiaalikustannuksilla on merkittävä osuus. Siilon teräspaino lasketaan usein kymmenissä tonneissa ja teräksen hinta on muutaman euroa kilo. Ylimitoittaminen aiheuttaa ylimääräisiä kuluja, mutta sitäkin tärkeämpää on välttää alimitoittaminen. Alimitoittamisen riskinä on rakenteen hajoaminen odotettavissa olevissa kuormitustilanteissa, josta voi seurata materiaalikulujen lisäksi vaaraa myös ihmisille. Tehtyjen virheiden korjaaminen jälkeenpäin on hyvin vaikeaa, joten ohjelman tulee olla luotettava. Yrityksen kannalta keskeinen tavoite on saada luotettavaa laskentatietoa seismisyyden vaikutuksista mitoitettavan siilojen rakenteisiin ja perutuksiin.
Työn tärkein kontribuutio oli automatisoitu mitoitusohjelma, joka auttaa suorittamaan raskaan analyyttisen laskentatyön minuuteissa. Ulkopuolisena työnä tehtynä yksittäinen laskenta voi kestää päiviä ja maksaa tuhansia euroja. Nopea laskenta mahdollistaa erilaisten variaatioiden ja vertailujen tekemistä. Työssä saadun ohjelman JIS-, UBC- ja eurokoodi-standardien mukaisia mitoitustuloksia verrataan yleisesti käytössä olevaan FEM-laskentaan, joka on yleiskäyttöisyydellään ja nopeudella saavuttanut merkittävän aseman metalliteollisuudessa. Lisäksi vertailuja tehdään ulkopuolisten tahojen suorittamiin laskemiin.
Työssä löytyi merkittävä etu analyyttisten menetelmien eduksi maanjäristyslaskennassa suhteessa FEM-laskentaan, joka antoi selvästi suurempia tuloksia vastaavalle laskennalle. Tarkka syy laskentatuloksien eroille jäi epäselväksi, vaikka vertailuja on suoritettu monesta erilaisesta näkökulmasta. Osa työhön kaavailluista lisäasioista jäi toteuttamatta. Ohjelma toimii kokonaisuudessaan hyvin tuloksin. Työ onnistui yleisellä tasolla vaatimusten mukaisesti.
Tämän diplomityön tavoitteena on mitoittaa rakenne niin, että se olisi mahdollisimman optimaalinen. Siilojen valmistuskustannuksissa materiaalikustannuksilla on merkittävä osuus. Siilon teräspaino lasketaan usein kymmenissä tonneissa ja teräksen hinta on muutaman euroa kilo. Ylimitoittaminen aiheuttaa ylimääräisiä kuluja, mutta sitäkin tärkeämpää on välttää alimitoittaminen. Alimitoittamisen riskinä on rakenteen hajoaminen odotettavissa olevissa kuormitustilanteissa, josta voi seurata materiaalikulujen lisäksi vaaraa myös ihmisille. Tehtyjen virheiden korjaaminen jälkeenpäin on hyvin vaikeaa, joten ohjelman tulee olla luotettava. Yrityksen kannalta keskeinen tavoite on saada luotettavaa laskentatietoa seismisyyden vaikutuksista mitoitettavan siilojen rakenteisiin ja perutuksiin.
Työn tärkein kontribuutio oli automatisoitu mitoitusohjelma, joka auttaa suorittamaan raskaan analyyttisen laskentatyön minuuteissa. Ulkopuolisena työnä tehtynä yksittäinen laskenta voi kestää päiviä ja maksaa tuhansia euroja. Nopea laskenta mahdollistaa erilaisten variaatioiden ja vertailujen tekemistä. Työssä saadun ohjelman JIS-, UBC- ja eurokoodi-standardien mukaisia mitoitustuloksia verrataan yleisesti käytössä olevaan FEM-laskentaan, joka on yleiskäyttöisyydellään ja nopeudella saavuttanut merkittävän aseman metalliteollisuudessa. Lisäksi vertailuja tehdään ulkopuolisten tahojen suorittamiin laskemiin.
Työssä löytyi merkittävä etu analyyttisten menetelmien eduksi maanjäristyslaskennassa suhteessa FEM-laskentaan, joka antoi selvästi suurempia tuloksia vastaavalle laskennalle. Tarkka syy laskentatuloksien eroille jäi epäselväksi, vaikka vertailuja on suoritettu monesta erilaisesta näkökulmasta. Osa työhön kaavailluista lisäasioista jäi toteuttamatta. Ohjelma toimii kokonaisuudessaan hyvin tuloksin. Työ onnistui yleisellä tasolla vaatimusten mukaisesti.