Højstyrkebeton/plast som erstatning for stål.

Verificering og optimering

1

af

Design

Lars Damkilde, Søren H. Lambertsen og Michael S. Jepsen Section for Structural MechanicsDepartment of Civil Engineering, Aalborg University

Wavestar – bølgeenergianlæg. Flyderarm i stål

2

Centrale problemer i offshorekonstruktioner

• Udmattelse.

• Konstruktionerne udsættes for rigtigt mange påvirkninger med forskellig spændingsvidde.

• Korrosion• Korrosion

• Miljøet er meget aggressivt. Problemer med stål, der kan beskyttes, Stålarmerede betonkonstruktioner får ofte problemer

• Installation af konstruktion er besværlig

• Præfabrikerede elementer

• Vægten skal ned og prisen samme vej.

3

Nyt koncept for flyderarm i CRC beton og plast

Ideen fra Wavestar og HiCon

4

Konstruktionselementer – Kombination af CRC og plast

Plast bidrager med ”fyld” og ingen korrosion i armeringen

Dimension of square cross section:

d = 150 ~ 200 mm

5

PLASTIC / NYLON

REINFORCEMENT

CRC – 6 % fibers

Greater stiffness of cross section.

Plastic/Nylon reinforcement is an

unresolved issue

PLASTIC FILLING

d

Samlinger i komposit konstruktioner – Achilles hælen

Fiberline bridge - Kolding

6

”Den gode konstruktionsingeniør kendes på samlingerne”

Problemet: Overfører kræfter mellem elementer

Løsning: Boltede eller støbte samlinger

7

AAU’s opgave

• Optimere konstruktionsudformningen

• Samlinger, færre elementer

• Eftervise styrken specielt ved samlingerne.• Eftervise styrken specielt ved samlingerne.

8

Foreløbige resultater

• Enklere dele

• Genbrug af forme

• Ingen overflødige elementer• Ingen overflødige elementer

9

Vigtigt element: Indstøbte lejer - tolerancekrav

10

Analyse af konstruktionssamlinger

• Spændingskoncentrationer

Trækkapacitet i beton• Trækkapacitet i beton

• Udmattelseskriterier

• Forankring af stænger i forbindelse med samlinger.

11

Spændingskoncentrationer - afrundinger

• FEM (Finite Element Method) håndterer alle problemer (3D kompliceret geometri)

• Forskellig krumningsradius ændrer max spænding betydeligt

• R = 1 max 116 Mpa R = 4 max 80 MPa

12

Konstruktionsoptimering – LayOut Idegenerering

• Styrke/stivhedsoptimering

• Inddrage produktionskrav.

13

Konklusioner:

• Samlinger er det centrale problem i kompositkonstruktioner

• FEM-metoder kan afdække styrke/svagheder ved forskellige design udformninger

• Styrkekrav skal formuleres generelt.

• Generalisering ud fra test.

• Store muligheder for substituering af materialer (typisk stål) med andre materialer i forskellige kombinationer (kompositkonstruktioner).

• Optimeringsmetoder

• Den gode konstruktionsingeniørs erfaring eller egentlig optimering.

14