Analysis of silo supporting ring beams and intermediate ring stiffeners
Silo taşıyan halka kirişlerin ve rijitleştirici halka elemanların analizi
- Tez No: 505699
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM TOPKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Silindirik metal kabuk formunda olan silolar içerdikleri malzemelerin doğrudan boşaltılabilmesine olanak sağlamak için genellikle bir kaç ayrık kolon tarafından mesnetlenirler. Ayrık kolonlar silo kabuğunda oluşan eksenel membran gerilmelerinde silo çevresi boyunca bir düzensizlik meydana getirir. Bu gerilmelerin düzensizliğini azaltmanın bir yolu, kolonlardan gelen gerilmeleri kabuğa homojen olarak kısmen ya da tamamen dağıtacak çok rijit bir halka kirişi kullanmaktır. Başka bir alternatif, esnek bir halka kirişi ve bir ara rijitleştirici halka kombinasyonu kullanmaktır. Silo taşıyan halka kirişler ve halka rijitleştiricileri ile ilgili konuları ele almak üzere üç bölümden oluşan analitik ve sayısal bir çalışma yapılmıştır. Büyük silolardaki kolonlardan gelen ayrık kuvvetleri silindirik kabuk yüzeyine aktarmak ve eşit bir şekilde dağıtmak için rijit bir halka kirişi kullanılır. Kabuk çevresindeki eksenel basınç gerilmelerinin düzensizlik derecesini belirlemek için Rotter tarafından rijitlik kriteri geliştirilmiştir. Rijitlik kriteri, silindirik kabuk ve halka kirişin göreceli rijitliklerine bağlıdır ve kabuk çevresi boyunca düzgün yayılı eksenel gerilme oluşturacak yük durumu için doğrulanmıştır. Çalışmanın ilk kısmı, rijitlik kriterinin global kesme ve eğilme altındaki silindirik kabuklara uygulanabilirliğini araştırmak için yapılmıştır. Bu amaca uygun olarak, global kesme ve eğilme etkilerine maruz farklı halka kiriş ve silindirik kabuk kombinasyonlarının kapsamlı sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, rijitlik kriterinin bu yükleme durumları altındaki kabuklar için de kullanılabileceğini göstermiştir. Eksenel gerilmelerdeki düzensizlik derecesi belirlenmiş ve tasarım standartları tarafından kolaylıkla uyarlanabilir basit formüller olarak sunulmuştur. Halka kirişi, kolon mesnetlerinden gelen ayrık kuvvetlerin çoğunun silindirik yüzeye daha homojen bir gerilme durumu oluşturacak şekilde dağılmasında önemli bir rol oynar. Eurocode EN 1993-4-1, uniform enine yükleme altındaki tekil halka kirişinde oluşan iç kuvetler için sadece tasarım denklemleri sunar. Silo kabuğu ile etkileşen bir halka kirişin davranışı, tekil bir halka kirişin davranışından çok daha karmaşıktır. Geleneksel tasarım durumlarında, silo kabuğu çevresi boyunca düzgün eksenel membran gerilmeleri sağlamak için ayrık mesnet kuvvetlerinin tamamen halka kiriş tarafından yeniden dağıtıldığı varsayılmaktadır. Ancak, bu varsayım halka kirişin silo kabuğundan daha rijit olması durumunda geçerlidir. Silindirik kabuk kendi düzleminde çok rijit olduğundan halka kiriş kabuğa oranla daha rijit olmalıdır. Çalışmanın ikinci bölümünde, düşük rijitlik ve pratik boyutlara sahip kapalı kesitli halka kirişlerin kullanıldığı durumlarda halka kirişinde oluşacak iç kuvvetleri elde etmek için bir araştırma yapılmıştır. Silo kabuğuna bağlanan daha esnek halka kirişlerdeki iç kuvvetleri ve yer değiştirmeleri elde etmek için sonlu elemanlar yöntemi ile parametrik bir çalışma yapılmıştır. Bir halka kiriş ve ara halka rijitleştirici kombinasyonu, büyük silolarda lokal mesnetten kaynaklanan gerilmeleri kabukta uniform bir şekilde dağıtmak için kullanılabilir. Topkaya ve Rotter (2014), ara halka kirişinin ideal konumunu belirlemiştir. Çalışmanın üçüncü bölümü ideal konumda veya bu konumun altında bulunan ara halka rijitleştiricilerin dayanım ve rijitlik gereksinimlerini araştırır. Bu amaca uygun olarak, ara halka rijitleştiricinin altındaki silindirik kabuk membran teorisi kullanılarak analiz edilmiştir. Rijitleştirici tarafından kabuk üzerinde oluşturulan reaksiyonlar belirlenmiştir. Ayrıca, ara halka rijitleştiricisindeki silindirik kabuk tarafından uygulanan yer değiştirmeler elde edilmiştir. Ardından bu kuvvet ve yer değiştirme sınır koşulları, rijitleştirici dayanım tasarım kriteri elde etmek ve silindirik kabuk çevresi boyunca iç kuvvet değişiminin kapalı form ifadelerini türetmek için ara halka rijitleştiricilere uygulanmıştır. Sonrasında, basit cebirsel ifade formundaki rijitlik kriteri, silindirik kabuğun çevresel doğrultudaki rijitliğinin ara halka rijitleştiricinin çevresel doğrultudaki rijitliğine oranı göz önüne alınarak geliştirilmiştir. Daha sonra, bu analitik çalışmalar farklı konumlara yerleştirilen halka rijitleştiricilerin rijitlik oranının uygun bir değerini saptamak için kapsamlı sonlu elemanlar analizi ile karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Silos in the form of a cylindrical metal shell are commonly supported by a few discrete columns to permit the contained materials to be directly discharged. The discrete supports produce a circumferential non-uniformity in the axial membrane stresses in the silo shell. One way of reducing the non-uniformity of these stresses is to use a very stiff ring beam which partially or fully redistributes the stresses from the local support into uniform stresses in the shell. Another alternative is to use a combination of a flexible ring beam and an intermediate ring stiffener. A three part analytical and numerical study has been undertaken to address the issues related with silo supporting ring beams and ring stiffeners. A stiff ring beam is utilized in larger silos to transfer and evenly distribute the discrete forces from the supports into the cylindrical shell wall. A stiffness criterion was developed by Rotter to assess the degree of non-uniformity in axial compressive stresses around the circumference. The stiffness criterion is based on the relative stiffnesses of the ring beam and the cylindrical shell and was verified for loading conditions that produce circumferentially uniform axial stresses around the circumference. The first part of the study has been undertaken to investigate the applicability of the stiffness criterion to cylindrical shells under global shear and bending. Pursuant to this goal extensive finite element analyses were conducted where different ring beam and cylindrical shell combinations are subjected global shearing and bending actions. The results revealed that the stiffness criterion can be extended to shells under this loading condition. The degree of non-uniformity in axial stresses is quantified and presented as simple formulas that can be readily adopted by design standards. The ring beam plays an important role in redistributing the majority of the discrete forces from the column supports into a more uniform stress state in the cylindrical wall. The Eurocode EN 1993-4-1 only provides design equations for stress resultants (internal forces) produced in the isolated ring beam under uniform transverse loading. The behavior of a ring beam which interacts with the silo shell is much more complex than that of an isolated ring beam. In traditional design treatments, it is assumed that the discrete support forces are redistributed entirely by the ring beam to provide circumferentially uniform axial membrane stresses in the silo shell. But this assumption is only approximately valid if the ring beam is much stiffer than the silo shell. Since the cylindrical shell is very stiff in its own plane, the ring beam must be remarkably stiff to be stiffer than the shell. The second part of the study has been undertaken to explore the ring beam stress resultants when closed section ring beams of lower stiffness and practical dimensions are used. A finite element parametric study is undertaken to explore the stress resultants and displacements in more flexible ring beams connected to a silo shell. A combination of a ring beam and an intermediate ring stiffener can be used for large silos to redistribute the stresses from the local support into uniform stresses in the shell. Topkaya and Rotter (2014) has identified the ideal location for the intermediate ring stiffener. The third part of the study explored strength and stiffness requirements for intermediate ring stiffeners placed at or below the ideal location. Pursuant to this goal, the cylindrical shell below the intermediate ring stiffener is analyzed using the membrane theory of shells. The reactions produced by the stiffener on the shell are identified. Furthermore, the displacements imposed by the shell on the intermediate ring stiffener are obtained. These force and displacement boundary conditions are then applied to the intermediate ring stiffener to derive closed form expressions for the variation of the stress resultants around the circumference to obtain a strength design criterion for the stiffener. A stiffness criterion in the form of a simple algebraic expression is then developed by considering the ratio of the circumferential stiffness of the cylindrical shell to that of the intermediate ring stiffener. These analytical studies are then compared with complementary finite element analyses that are used to identify a suitable value for the stiffness ratio for ring stiffeners placed at different locations.
Benzer Tezler
- Derin zemin karıştırma kolonlarının yol dolgusu altındaki kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin düşey deplasmanı üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of deep soil mixing columns on the vertical displacement of cohesive and cohesionless soils under embankment
ESMA ALAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜGE BALKAYA
- Yatay yüklü kazık, palplanş perde ve ahşap ıska hesabı
Design of laterally loaded piles, sheet pile wals,flanking strutting and supporting trenches
HULUSİ CERRAHOĞLU
- Remisyonda şizofreni hastalarında duygu odaklı müzik terapi uygulamasının duygu farkındalığı ve yaşam doyumu üzerine etkileri
Effects of emotion-based music therapy on emotional awareness and life satisfaction in patients with schizophrenia in remission
MELİS BAHAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Müzikİstanbul Gelişim ÜniversitesiPsikoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HANİFE YILMAZ ÇENGEL
DOÇ. DR. NURHAN EREN
- Çelik siloların GFRP ile güçlendirilmesinin sonlu elemanlar metodu kullanarak incelenmesi
Analysis of GFRP retrofitted steel silos using finite element method
MUSTAFA OMAR M WARAYTH
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiOndokuz Mayıs Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ TUHTA
- An investigation on the analysis and desing of silo structures
Silo yapılarının hesap ve tasarımı üzerine bir inceleme
MURAT ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
İnşaat MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. MEHMET ERŞEN ÜRKÜDAŞ