Sillan pienoismallin suunnittelu puukomposiitista, 3D-tulostus ja koekuormitus
Husaini, David (2018)
Husaini, David
2018
Rakennustekniikka
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-03-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201802231307
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201802231307
Tiivistelmä
Komposiittirakenteisten siltojen etuina perinteisistä materiaaleista rakennettuihin on niiden suuri lujuus- ja jäykkyyspainosuhde. Suuren esivalmistusasteen ja kevyen oman painon ansiosta, sillat voidaan valmistaa etukäteen tuotantotehtaalla ja kuljettaa kokonaisina asennettavaksi suoraan perustusten varaan tarvitsematta etukäteen kasaamista ja työmaan perustamista. 3D-tulostuksen myötä, voidaan kevyille komposiittirakenteisille silloille tuoda lisähyötyarvoja materiaalin muokkauksen ja uusien muotojen kautta. 3D-tulostetuilla rakenteilla ei ole rajoitteita, vaan materiaalia voidaan pursottaa suunniteltuihin kohtiin luoden aikaan uusia rakenteita. Tämän tutkimuksen päätavoitteina oli tutkia, voidaanko 3D-tulostamalla luoda luja siltarakenteen pienoismalli ja lisäksi tutkittiin mahdollisuutta isompien siltarakenteiden 3D-tulostamiseen. Lisäksi muina tavoitteina oli selvittää 3D-tulostuksen tuomia lisäarvoja sillansuunnitteluun ja -rakentamiseen.
Tutkimuksessa käytettiin lähdemateriaalina artikkeleita, ohjeita ja kirjoja, jotka liittyivät komposiittimateriaaleihin ja niiden 3D-tulostukseen. Kirjallisuusselvityksessä käsiteltiin laajempana kokonaisuutena kevytrakenteisia, kuitulujitteisia siltoja ja 3D-tulostamista tutkimuksessa käytetyllä menetelmällä. Myös 3D-tulostuksen nykytilaa käytiin läpi silta- ja rakennusalalla. Laskennallisessa tarkastelussa määritettiin siltarakenteen kestävyysanalyysi tekemällä laskennat FEM-analyysillä määrätyillä kuormilla ja geometrialla. Laskentaosuuden perusteella 3D-mallista 3D-tulostettiin pienoismalli, jota koekuormitettiin UPM:n tutkimuslaboratoriossa. Koekuormituksen tuloksia verrattiin lopussa pienoismallin laskentamallin tuloksiin.
Tutkimuksen aikana havaittiin, että 3D-tulostamalla voidaan luoda uusia muotoja, jotka ovat hyvin vaikeita, jollei mahdoton valmistaa perinteisillä menetelmillä. Tässä tutkimuksessa onnistuttiin luomaan kennolevyrakenteinen pienoismalli, joka osoittautui kestäväksi. Tulevaisuudessa voitaisiin toteuttaa yhä suurempia 3D-tulostettuja siltamalleja ympäristöystävällisestä materiaalista. Toimenpidesuosituksina havaittiin, että 3D-tulostettavan kappaleen mallinnusta tarkentaisi sopivat lisäosat, joilla voitaisiin mallintaa suoraan 3D-tulostettava rakenne kaikkine tulostusasetuksineen ja rakenteineen. Nyt tässä tutkimuksessa toteutuneen kennolevyrakenteisen pienoismallin ydinaineelle arvioitiin tietyt mitoituksessa käytetyt parametrit, joita käytettiin laskentamallissa. Tutkimuksessa käytetty materiaali oli tarkoitukseen riittävän lujaa. Vielä lujempiin siltarakenteisiin päästään käyttämällä 3D-tulostetuissa rakenteissa jatkuvia kuitulujitteita, joiden avulla voidaan saada täysi hyöty komposiittirakenteisista silloista.
Tutkimuksessa käytettiin lähdemateriaalina artikkeleita, ohjeita ja kirjoja, jotka liittyivät komposiittimateriaaleihin ja niiden 3D-tulostukseen. Kirjallisuusselvityksessä käsiteltiin laajempana kokonaisuutena kevytrakenteisia, kuitulujitteisia siltoja ja 3D-tulostamista tutkimuksessa käytetyllä menetelmällä. Myös 3D-tulostuksen nykytilaa käytiin läpi silta- ja rakennusalalla. Laskennallisessa tarkastelussa määritettiin siltarakenteen kestävyysanalyysi tekemällä laskennat FEM-analyysillä määrätyillä kuormilla ja geometrialla. Laskentaosuuden perusteella 3D-mallista 3D-tulostettiin pienoismalli, jota koekuormitettiin UPM:n tutkimuslaboratoriossa. Koekuormituksen tuloksia verrattiin lopussa pienoismallin laskentamallin tuloksiin.
Tutkimuksen aikana havaittiin, että 3D-tulostamalla voidaan luoda uusia muotoja, jotka ovat hyvin vaikeita, jollei mahdoton valmistaa perinteisillä menetelmillä. Tässä tutkimuksessa onnistuttiin luomaan kennolevyrakenteinen pienoismalli, joka osoittautui kestäväksi. Tulevaisuudessa voitaisiin toteuttaa yhä suurempia 3D-tulostettuja siltamalleja ympäristöystävällisestä materiaalista. Toimenpidesuosituksina havaittiin, että 3D-tulostettavan kappaleen mallinnusta tarkentaisi sopivat lisäosat, joilla voitaisiin mallintaa suoraan 3D-tulostettava rakenne kaikkine tulostusasetuksineen ja rakenteineen. Nyt tässä tutkimuksessa toteutuneen kennolevyrakenteisen pienoismallin ydinaineelle arvioitiin tietyt mitoituksessa käytetyt parametrit, joita käytettiin laskentamallissa. Tutkimuksessa käytetty materiaali oli tarkoitukseen riittävän lujaa. Vielä lujempiin siltarakenteisiin päästään käyttämällä 3D-tulostetuissa rakenteissa jatkuvia kuitulujitteita, joiden avulla voidaan saada täysi hyöty komposiittirakenteisista silloista.