FEM-analyse av større skivekonstruksjoner med lett-takelementer

Abstract

Lett-Tak Systemer AS i Larvik produserer lette takelementer med plater av kryssfiner, trelekter og u-formede stålkanaler som bærende komponenter. Elementene benyttes i takkonstruksjoner som, i tillegg til vertikale påkjenninger, utsettes for horisontale skivekrefter. Det har i de siste årene blitt arbeidet med å forbedre beregningsmetodene for skivekonstruksjoner med lett-takelementer. Denne oppgaven er et ledd i dette arbeidet. Målet med oppgaven har vært å undersøke hvordan man kan modellere store skivekonstruksjoner med en enkel finite element-modell. Grunnen til at det er benyttet en enkel oppbygning er for å oppnå en rasjonell modelleringsprosess, samt en tilfredsstillende beregningstid. Det er valgt å utarbeide en todimensjonal modell som kun består av stav- og bjelkeelementer i tillegg til forbinderelementer. Som fremgangsmåte er det valgt å utvikle en testmodell med tre lett-takelementer. Oppbygningen av testmodellen tar utgangspunkt i et fullskalaforsøk som tidligere er utført av masterstudenter ved UMB, og resultater fra fullskalaforsøket er benyttet for kalibrering av testmodellen. I tillegg til fullskalaforsøket er tidligere utarbeidede beregningsmodeller benyttet som sammenligningsgrunnlag. Det er også utarbeidet en stor modell som er bygd opp på samme måten som testmodellen. På den måten er det undersøkt hvordan en stor modell, med tilsvarende elementer som testmodellen, fungerer. Geometri og lastsituasjon er for den store modellen gitt av Lett-Tak Systemer AS som også har beregnet denne takkonstruksjonen etter en av metodene som brukes i dag. Forbinderne i lett-takelementene er avgjørende for stivheten og kapasiteten til en skivekonstruksjon med slike elementer. Både testmodellen og den store modellen er utarbeidet i ulike varianter med ulike egenskaper hos forbinderne. Det er gjort analyser med ikke-lineære ikke-koblede forbinderelementer i tillegg til lineære ikke-koblede og koblede forbinderelementer. Dette er gjort for å undersøke hvilken type forbinderelementer som gir de mest tilfredsstillende resultatene i forhold til fullskalaforsøket. Det konkluderes med at det er fullt mulig å lage enkle modeller for å modellere større skivekonstruksjoner med lett-takelementer. Resultatene viser at modellen med lineære ikke-koblede forbinderelementer gir de mest tilfredsstillende resultatene. Likevel kan det med fordel jobbes videre med en modell som benytter koblede forbinderelementer, da en slik modell har et større potensial. Det at modellene i denne oppgaven er todimensjonale innebærer noen begrensninger. Det kan også jobbes videre med hvordan dette best mulig kan håndteres. Resultatene fra analysene i denne oppgaven gir en bedre kapasitet enn det Lett-Tak Systemer AS opererer med i sine beregninger. Det ligger derfor et potensial for å spare ressurser ved å bruke mer raffinerte beregningsmetoder enn det som benyttes i dag. Uansett vil det være nødvendig med en ytterligere verifisering av resultatene i denne oppgaven før beregningsmodellene kan benyttes.