Siltanosturin pääkannattimen kitkaliitoksen mitoitus

Abstract

The purpose of this thesis was to examine the internal loading mechanisms, and dimensioning parameters affecting on them, in fiction grip bolted joints, often used as splice joints in electrical overhead crane girders. General instructions for dimensioning are drawn up, to facilitate the design work and to exploit the good mechanical properties of the joint type in question, based on the principle of balanced joint stress design. Electrical overhead crane is one of the most common type of crane existing. Therefore, the resources tied for designing may have a great influence on total cost. Bolted joint, for one, is one of the most common fastening methods in steel structures and the most common removable joint in mechanical engineering. Friction grip bolted joints, especially, have been observed to have some properties beneficial to load bearing capacity, durability and strength. Those properties are not accurately, or at all, presented in current bolted joint design standards. The loading mechanisms of fiction grip bolted joints are being studied analytically by means of literature and previous studies, and baselines for standards are established. A Finite Element Model is instantiated and analyzed, and the results are being compared with corresponding analytical and experimental studies, and are utilized when drawing instructions for dimensioning up. The results obtained from the finite element model are in good agreement with previous analytical and experimental studies. By these observations, it can be claimed that for fiction grip bolted joints, it is possible to equal static strength and even better fatigue strength than for a plain specimen with a drilled hole. The dimensioning table, composed by the dimensioning instructions, can be applied to other steel structures with similar loading cases as such.Diplomityön tarkoituksena on tutkia siltanosturin pääkannatinpalkinjatkoliitoksena käytettävän kitkaliitoksen sisäisiä kuormitusmekanismeja ja niihin vaikuttavia mitoitusparametreja. Lujuustarkastelun avulla laaditaan kitkaliitoksille yleiset mitoitussäännöt suunnittelutyön helpottamiseksi ja liitostyypin hyvien mekaanisten ominaisuuksien hyödyntämiseksi perustuen tasalujan mitoituksen periaatteeseen. Siltanosturit ovat yleisimpiä nosturityyppejä, joten niiden teräsrakennesuunnitteluun sidottujen resurssien merkitys korostuu kokonaiskustannuksissa. Ruuviliitokset puolestaan ovat yleisimpiä kiinnitysmenetelmiä erilaisissa teräsrakenteissa ja koneenrakennuksen yleisin irrotettava liitos. Ruuviliitostyypeistä etenkin kitkaliitoksella on havaittu olevan monia kuormankantokyvyn ja kestävyyden kannalta edullisia ominaisuuksia, joita nykyiset teräsrakenteiden suunnittelustandardit eivät kuvaa tarkasti tai ollenkaan. Kitkaliitoksen kuormitusmekaniikkaa on tutkittu sekä kirjallisuuden että aikaisempien tutkimusten avulla, ja muodostettu vertailukohtia myös teräsrakennestandardien mitoitusohjeille. Kitkaliitoksesta luotiin myös FE-malli, jonka analyysista saatavia tuloksia voitaisiin vertailla aikaisempiin tutkimustuloksiin ja hyödyntää mitoitussääntöjen laatimisessa. FE-analyysilla saadut tulokset olivat melko yhtäpitäviä aikaisempien laskennallisten ja kokeellisten tutkimusten kanssa. Näiden havaintojen nojalla voidaan mm. väittää, että kitkaliitokselle on mahdollista saavuttaa vastaava staattinen lujuus, ja jopa parempi väsymiskestävyys kuin reiälliselle vetokuormitetulle koesauvalle. Mitoitussääntöjen perusteella koostettu, kitkaliitosten taulukkomuotoinen mitoitusohje on sovellettavissa sellaisenaan myös muiden teräsrakenteiden vastaaviin kuormitustapauksiin