Σχεδιασμός και βελτιστοποίηση δεξαμενών με σύγχρονες μεθόδους - Παπαγεωργίου, Ιωάννης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2018)
Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας αποτελεί η μελέτη και η βελτιστοποίηση μεταλλικών δεξαμενών με σύγχρονες μεθόδους. Με τον όρο σύγχρονοι μέθοδοι αναφέρονται οι προβλέψεις του Ευρωκώδικα και ειδικά του τμήματος 1-6 του ΕΝ1993, το οποίο έχει σημαντικό θεωρητικό υπόβαθρο και αποτελεί την πιο εξελιγμένη κανονιστική προσέγγιση στο θέμα του λυγισμού των κελυφών. Η μελέτη των δεξαμενών πραγματοποιείται για συνθήκες χαμηλής στάθμης πλήρωσης, όπου η πίεση του ανέμου επί των τοιχωμάτων είναι κρίσιμη στην εμφάνιση φαινομένων λυγισμού. Αρχικά γίνεται μια συνοπτική περιγραφή του φαινομένου του λυγισμού των κελυφών και κατ’ επέκταση των λεπτότοιχων δεξαμενών. Αναφέρονται οι διάφορες αναλυτικές και αριθμητικές μέθοδοι για την εκτίμηση του φορτίου λυγισμού και πειραματικά δεδομένα. Στην συνέχεια περιγράφεται η μεθοδολογία του ΕΝ1993-1-6, όσον αφορά τον έλεγχο λυγισμού σε δεξαμενές. Σύμφωνα με αυτόν, προτείνονται τρεις ανεξάρτητες μέθοδοι έλεγχου: η μέθοδος των τάσεων, η μέθοδος αριθμητικών αναλύσεων ΜΝΑ/LBA και τέλος η μέθοδος αριθμητικών αναλύσεων GMNIA. Ως παράδειγμα δεξαμενής χρησιμοποιήθηκε μια αγκυρωμένη κυλινδρική δεξαμενή νερού με αυτοστηριζόμενη κωνική οροφή. Τα τοιχώματα της είναι μεταβλητού πάχους καθ’ ύψος. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφονται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της και το προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων που μορφώθηκε στο λογισμικό SOFiSTiK 2018. Ακόμη περιγράφονται τα διάφορα είδη γραμμικών και μη γραμμικών αναλύσεων που πραγματοποιούνται. Τα φορτία που εισήχθησαν για τον έλεγχο της δεξαμενής είναι τα μόνιμα φορτία, ο άνεμος, τα φορτία χιονιού και η υδροστατική πίεση του νερού στην ελάχιστη στάθμη πλήρωσης. Για τα φορτία ανέμου χρησιμοποιήθηκε η κανονική κατανομή σύμφωνα με τον ΕΝ1991-1-4. Ο υπολογισμός των φορτίων και των συνδυασμών φόρτισης γίνεται στο Κεφάλαιο 5. Στο κεφάλαιο 6 πραγματοποιείται ο έλεγχος των τοιχωμάτων της δεξαμενής με την μέθοδο των τάσεων. Επίσης στα κεφάλαια 7 και 8 ελέγχεται ο λυγισμός με τις μεθόδους ΜΝΑ/LBA και GMNIA αντίστοιχα. Διαπιστώνεται ότι η μέθοδος των τάσεων είναι αρκετά πιο συντηρητική σε σχέση με την μέθοδο GMNIA η οποία δίνει και τα πιο ευμενή αποτελέσματα. Στην συνέχεια διερευνάται η επιρροή του μεγέθους των ατελειών και της ποιότητας ανοχής κατεργασίας βάσει των κατηγοριών του ΕΝ1993-1-6. Η διερεύνηση γίνεται με την χρήση πλήρως μη γραμμικών αναλύσεων GMNIA όπου διαφαίνεται η δυσμενής επιρροή των ατελειών. Πέραν της διερεύνησης των μεθόδων ελέγχου του λυγισμό κατά τον Ευρωκώδικα, επιχειρείται στο Κεφάλαιο 9, η βελτιστοποίηση του πάχους των τοιχωμάτων της δεξαμενής στα πλαίσια του οικονομικού και ασφαλούς σχεδιασμού. Αρχικά διερευνάται το ελάχιστο πάχος τοιχωμάτων που απαιτείται ώστε να ικανοποιείται μόνο η μέθοδος ελέγχου αναλύσεων GMNIA, που είναι και η λιγότερο συντηρητική. Επίσης, μέσω της μεθόδου αυτής εξετάζεται η επιρροή της παρουσίας μιας και δύο περιμετρικών ενισχύσεων στην απομείωση του πάχους του κελύφους. Συνολικά συμπεραίνεται ότι είναι δυνατή σημαντική μείωση του βάρους της δεξαμενής. Τέλος, στο κεφάλαιο 10, παρατίθεται σχολιασμός των τριών μεθόδων έλεγχου του Ευρωκώδικα και συμπεράσματα που προκύπτουν από την μελέτη λυγισμού των δεξαμενών.