Konstruktionsoptimering af ortotropisk stålbrodæk til Hirtshals Havn

Optimization of orthotropic steel deck bridge for the port of Hirtshals

Nielsen, Kristian Krogsgaard

7. semester

Maskinteknik, Diplomingeniør

2019

2019-01-18

52

Dette projekt undersøger, hvordan man designer en ortotrop stålrampe – en tynd stålplade, som gøres stiv med ribber og bjælker – til et konkret anlæg i Hirtshals. To alternative løsninger sammenlignes. Begge ramper er 27 × 19 m med et knæk på 5° i de sidste 5 m. I den første løsning løber hovedbjælker langs rampens sider, og der er tværbjælker ved kajen, ved knækket og ved rampens afslutning. Under dækpladen anvendes trapezformede ribber for at øge stivheden. Den anden løsning har et tilsvarende, men lidt slankere rammeskelet og desuden indvendige tværmedlemmer med huller til mindre trapezformede ribber. Den simple rampe er kontrolleret med klassiske, analytiske beregninger efter Eurocode-standarder (europæiske normer for laster og stålkonstruktioner). Der er kontrolleret for nedbøjning, styrke under statisk last og træthed (risiko for brud ved gentagne belastninger). Den er også analyseret med den numeriske metode FEM (finite element metoden) i programmet Inventor med 3D solidelementer, med samme kontrolkriterier som i den analytiske model. Den mere komplekse rampe er udelukkende vurderet med FEM på grund af sin højere kompleksitet, med de samme indstillinger og krav. Begge løsninger lever op til de nødvendige sikkerheds- og funktionskrav. For at sammenligne dem i praksis er produktionen gennemgået, herunder forskellige svejsemetoder. En opgørelse af stål og svejsematerialer viser, at den komplekse løsning bruger en smule mindre stål, men kræver mere svejsearbejde. På den baggrund vurderes den komplekse rampe som den bedste samlede løsning, men der er behov for mere detaljerede specifikationer af svejsearbejdet for endeligt at fastslå konklusionen.

This project examines how to design an orthotropic steel ramp—a thin steel deck stiffened by ribs and beams—for a specific site in Hirtshals. Two alternative layouts are compared. Both ramps measure 27 × 19 m, with a 5° bend in the last 5 m. In the first layout, main girders run along the sides, with cross girders at the dock, at the bend, and at the end of the ramp. Trapezoidal ribs are placed beneath the deck to increase stiffness. The second layout has a similar but slightly slimmer frame and, inside it, additional crossmembers with openings for smaller trapezoidal ribs. The simpler ramp is checked using classical analytical calculations according to Eurocode standards (European design rules for loads and steel structures). It is verified for deflection, strength under static loads, and fatigue (the risk of failure under repeated loading). It is also analyzed with the finite element method (FEM) in the Inventor software using 3D solid elements, with the same acceptance criteria as the analytical model. The more complex ramp is assessed only with FEM due to its higher complexity, using the same settings and criteria. Both designs satisfy the required safety and performance demands. To compare them in production, the manufacturing steps and different welding methods are reviewed. A summary of the steel and welding materials shows that the complex design uses slightly less steel but requires more welding. Overall, the complex ramp is considered the better solution, but more detailed welding specifications are needed to confirm the conclusion.

[Dette resumé er genereret ved hjælp af AI]

Download
Vis denne rapport i AAU Studenterprojekter