haku: @instructor Piironen, Jukka / yhteensä: 13
viite: 5 / 13
| Tekijä: | Salimi, Yadollah |
| Työn nimi: | Kaivosteollisuuden teräsbetonisen tornimaisen reaktorin rakenteellinen optimointi |
| Structural optimization of tower-like reactor of reinforced concrete in mining industry | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2013 |
| Sivut: | 137 + [40] Kieli: fin |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Rakennustekniikan laitos |
| Oppiaine: | Talonrakennustekniikka (Rak-43) |
| Valvoja: | Puttonen, Jari |
| Ohjaaja: | Piironen, Jukka |
| Digitoitu julkaisu: | https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/100768 |
| OEVS: | Digitoitu arkistokappale on julkaistu Aaltodocissa
|
| Sijainti: | P1 Ark Aalto | Arkisto |
| Tiivistelmä (fin): | Tarkastellun tornimaisen reaktorin käyttötarkoituksena on köyhien malmien hyödyntäminen hydrometallurgisella prosessilla. Reaktorin kokonaiskorkeus on 70 metriä ja se koostuu kolmesta osasta: alasäiliö, varsi ja yläsäiliö. Työn päätavoitteena oli alasäiliön muodon määrittäminen ja sen rakenneratkaisun optimointi lämpökuorman ja hydrostaattisen paineen suhteen. Tavoitteena oli lisäksi tutkia vapaasti ja jäykästi tuettua pyörähdyssymmetristä vartta sekä alasäiliön ja varren liitosta. Haasteellisimmat rasitukset olivat hydrostaattinen paine ja alasäiliön lämpöjännitykset. Kirjallisuuskatsauksessa esitellään pyörähdyskuorten mitoitusta. Varren rakenneratkaisut optimoitiin ja vartta tutkittiin teräsbetonisena ja esijännitettynä rakenteena. Alasäiliön muoto määriteltiin ja sen rakenneratkaisut optimoitiin. Alasäiliö jaettiin kahteen osaan: ala- ja yläosa. Yläosaan sovellettiin pyörähdyssymmetristä esijännitystä. Alasäiliön ja varren liitos vahvennettiin laatikollisin betonikerroksin hydrostaattista painetta vastaan. Se myös tutkittiin liittorakenteena ja teräsrakenteisena. Kaikki analyysit tehtiin Abaqus-laskentaohjelmalla. Lämmönsiirron laskennan perusteella varren sisäpuolisen mineraalivillan paksuuden on oltava vähintään 100 mm, jotta betonin pitkäaikainen lämpötila pysyy suositellussa lämpötilassa (<=+65 °C) kesäolosuhteissa. Jäykästi kiinnitetyssä varressa betonikerroksen lämpötila -20 °C aiheuttaa suuria vetojännityksiä juureen ja sen läheisyyteen. Alasäiliön lämpöjännityksiä voidaan pienentää erilaisilla sisäpinnan lämmöneristeratkaisuilla eri osissa. Tutkimuksen tulosten perusteella alasäiliön rakenteen optimaalinen rakenneratkaisu on alaosassa: 50 mm lujitemuovi, 25 mm mineraalivilla, 125 mm polyuretaani, jännitetty teräsbetoni ja 100 mm polyuretaani sekä yläosassa: 50 mm lujitemuovi, 150 mm mineraalivilla, 700 mm jännitetty teräsbetoni ja 100 mm polyuretaani. Rakenteen sisä- ja ulkopuolinen lämmöneristekerros on tarpeen pitämään betonikerroksen lämpötila suositelluissa rajoissa. Rakenteeseen sijoitetuilla jännekaapeleilla voidaan kumota yläosan betonipoikkileikkaukseen syntyvät vetojännitykset. Hydrostaattinen paine on määräävä kuorma alasäiliön ja varren liitoksessa eikä siitä aiheutuvia vetojännityksiä voida pienentää tehokkaasti tutkituilla betonivahvennuksilla. Liittorakenteena vain pientä osaa teräksen myötölujuudesta voidaan käyttää hyväksi ja teräsrakenteena seinämän paksuuden on oltava vähintään 150 mm. Vartta ja alasäiliötä on tutkittava tarkemmin liitoksen läheisyydessä. Jatkotutkimuksissa on tarkennettava toiminnallisen alasäiliön ja varren välisen liitoksen suunnittelua ja lämpötilajakauman määrittämistä. Myös rakenteiden eri materiaalikerrosten yhteistoimintaa, reaktoritornin rakennettavuutta ja jännittämistapaa on selvitettävä. |
| Tiivistelmä (eng): | The aim of the studied tower-like reactor is to utilize poor ores by improving hydrometallurgical processes. The reactor is about 70 meters high and it consists of three parts; lower tank, shaft and upper tank. The main aim of this thesis is to optimize the structures of the lower tank under hydrostatic and temperature loads. Also the axisymmetric shaft of the reactor with free and fixed bottom and the joint between the shaft and lower tank are studied. The greatest load challenge is hydrostatic pressure and temperature load in the lower tank. The literature part is a review over the calculations of axisymmetric shells. The structural optimization of the shaft is defined and also studied as a reinforced and a pre-stressed structure. The shape of the lower tank is defined as well as its structural optimization is carried out. The lower tank is divided into two parts: lower part and upper part. An axisymmetric pre-stressed method is applied on upper part. The joint is strengthened with a box-shaped concrete structure against hydrostatic pressure. The joint is also studied both as composite and steel structure. The analysis was carried out with Abaqus software, According to heat transfer calculations the internal mineral wool in the shaft should be at least 100 mm thick in order to keep the temperature of the concrete layer within the acceptable range (<=+65 °C). The concrete layer of the shaft with a fixed bottom will be exposed to high tensions if the temperature of the structure is -20 °C. Tensions caused by temperature load could be reduced with different structural solutions in both parts of the lower tank. Based on the study the optimized structure in the lower part is: 50 mm reinforced plastic, 25 mm mineral wool, 125 mm polyurethane, concrete layer and 100 mm polyurethane and in the upper part: 50 mm reinforced plastic, 150 mm mineral wool, 700 mm pre-stressed concrete layer and 100 mm polyurethane. The internal and external insulations are necessary to keep the temperature of the concrete layer within the acceptable range. The tension in the upper part may be nullified by the applied pre-stressing method, Hydrostatic pressure is the largest load loading the joint and the stresses caused by it cannot be reduced efficiently with strengthening. Only a small portion of the steel could be utilized if the joint is designed as a composite structure of steel and concrete. If the load in the joint area is carried out by a steel structure its thickness should be at least 150 mm. However, in future a more exact study should be made for the joint area and for the distribution of temperatures around structural discontinuities. Also the interaction between the material layers of the structures, constructability and implementation of pre-stressing should be paid attention to. |
| ED: | 2013-06-14 |
INSSI tietueen numero: 46876
+ lisää koriin
INSSI