University of Oulu

Teräksen ja betonin liittovaikutus laiteperustuksissa : tapaustutkimus

Saved in:
Author: Väyrynen, Ville1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Civil Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 4.3 MB)
Pages: 132
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202311213255
Language: Finnish
Published: Oulu : V. Väyrynen, 2023
Publish Date: 2023-11-22
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Kangaspuoskari, Matti
Reviewer: Kangaspuoskari, Matti
Description:

Tiivistelmä

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia teräksen ja betonin välistä liittovaikutusta tutkimustapauksen rakenteessa ja sen dynaamista käyttäytymistä. Työssä tutkittiin, miten materiaalien välinen kontakti vaikuttaa laiteperustuksen dynaamiseen käyttäytymiseen ja mitkä betonin ominaisuuksista ovat hyödyllisiä dynaamista kuormaa vastaan.

Kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin massiivibetonirakenteen lämpötilaa hydrataatiossa ja lämpötilaeron syntymistä betonin ja teräksen välille. Kirjallisessa osassa huomattiin betonin ja teräksen kontaktin määrittelemisen monimutkaisuus, sillä yksiselitteisiä kontaktin lujuuksia on haasteellista määrittää. Kokeellisessa osassa selvitettiin betonin lämmönkehityksen ja kutistuman vaikutusta kontaktiin staattisen FEM-laskennan avulla. Tuloksena havaittiin, ettei teräslevyrakenteiden ja betonin välillä ole kontaktia, vaan rakenteet ovat kytkettynä toisiinsa vain leikkausliittimien kautta.

Laiteperustuksen dynaamista käyttäytymistä tutkittiin dynaamisen FEM-laskennan pohjalta saatujen siirtymä- ja taajuusvasteiden avulla. Betonin jäykkyydellä havaittiin olevan suurin vaikutus tutkimustapauksen laiteperustuksen dynaamiseen käyttäytymiseen eli syntyvän amplitudin suuruuteen ja sitä kautta värähtelyn vaimenemiseen. Lisäksi havaittiin, että vaimennusta voidaan tehostaa muuttamalla perustuksen massa-jäykkyys-suhdetta tai ylläpitämällä materiaalien välistä kontaktia. Liittovaikutuksen määrittäminen osoittautui haastavaksi. Vaikka rakennetta voidaan pitää liittorakenteena, varsinaista liittovaikutusta rakenneosien välillä ei havaittu.

Työssä saatiin selville arvokasta tutkimustietoa liittyen liittorakenteisen laiteperustuksen dynaamiseen toimintaan. Lisäksi merkittävänä voidaan pitää tietoa liittyen teräksen ja betonin välisen kontaktin käyttäytymiseen liittorakenteissa, kun huomioidaan massiivibetonin lämmönkehitys ja kutistuma. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää rakennesuunnittelussa, erityisesti liittorakenteisten laiteperustusten dynaamisissa analyyseissä sekä teräksen ja betonin välisen kontaktin yksityiskohtaisessa ymmärtämisessä liittorakenteissa.

Steel and concrete composite action in machine foundations : case study

Abstract

The purpose of this thesis was to investigate the dynamic behavior of the composite foundation and the composite action between steel and concrete in the case study structure. This thesis investigated how the contact between materials affects the dynamic behavior of the machine foundation and which properties of concrete are useful against dynamic load.

The literature review examined the temperature of massive concrete structures during hydration and the development of a temperature difference between concrete and steel. The complexity of defining the contact between concrete and steel was noticed in the literature research, as it is challenging to determine unambiguous contact strengths. In the experimental study, the effect of heat development and shrinkage of concrete on the contact was investigated using a static FEM analysis. As a result, it was found that there is no contact between the steel plate structures and the concrete. The structures are connected to each other only through shear connectors.

The dynamic behavior of the machine foundation was investigated analyzing responses obtained from dynamic FEM analysis in both time and frequency domain. The stiffness of the concrete was found to have the greatest effect on the dynamic behavior of the machine foundation, i.e. on the magnitude of the amplitude and thus affected the decay of the vibration. In addition, it was found that the damping can be enhanced by changing the mass-stiffness-ratio of the foundation or by maintaining the contact between the materials. The vibration amplitudes caused by the impulse load were small, so the impulse load does not cause problems for the machine foundation in this case. Determining the composite action was challenging. Although the structure can be considered a composite structure, no actual composite action between the structural parts was observed.

In this work, valuable research information was obtained related to the dynamic behavior of composite machine foundation. In addition, significant information was obtained related to the behavior of the contact between steel and concrete in composite structures, when the heat development and shrinkage of massive concrete is considered. The results of this research can be used in structural design, especially in the dynamic analyses of composite structures and in understanding detailed contact behavior between steel and concrete in composite structures.

see all

Subjects:
Copyright information: © Ville Väyrynen, 2023. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.