VERIFIERING AV BELASTNINGSKAPACITETER PÅ JEROL ELDISTRIBUTIONSSTOLPAR HORISONTAL- och VERTIKALLASTER Verifierande tester har utförts på Jerol eldistributionsstolpar i komposit för att säkerställa att hållfasthetsberäkningarna som ligger till grund för uppbyggnaden av stolparna är korrekta. Man har valt att testa två typer av stolpar bägge typerna med en stolplängd på 13 m: 1. Jerol eldistributionsstolpar typ G. Testerna gjordes i oktober 2013. 2. Preliminära tester av optimerad laminatuppbyggnad på eldistributionsstolpar typ S+2. Testerna gjordes i december 2013. 3. Jerol eldistributionsstolpar typ S+2. Testerna gjordes i mars och april 2014. Testerna verifierar att de hållfasthetsvärden som är kalkylerade överensstämmer med praktiska test. Testerna säkerställer därmed att de angivna belastningskapaciteterna som angivits för Jerol eldistributionsstolpar är korrekta. Sida 1 av 17
Testutrustning och testriggning för horisontal- och vertikaltester på stolpar Test, Horisontal belastning Här belastar man stolpen med horisontallast för att kontrollera krafter och utböjning. Bild 1. Stolpen i testrigg Bild 2. Stolpen belastas under testet. Sida 2 av 17
Test, Vertikal belastning Här belastar man stolpen med vertikallast för att kontrollera vilken knäcklast stolpen klarar. Stolpens båda ändar är fästa i ledade konsoler. Bild 1. Ledad infästning i stolpens rotända Bild 2. Ledad infästning av stolptoppen i testriggens ändförankring. Sida 3 av 17
Bild 3. Testriggens hydraulikcylinder Bild 4. Mätning av utböjning Sida 4 av 17
Vertikalbelastning G 13 stolparna ska klara en vertikalkraft, Fk=71,2 kn med en knäcklängd = 1,0 x stolplängd. S+2 13 stolparna ska klara en vertikalkraft, Fk = 112,64 kn med en knäcklängd = 1,0 x stolplängd Eulers formel l På det sätt som stolpen spänns in i testriggen blir knäcklängden = 1. Test av tryck på stolpen. Stolpen böjer ut vid trycklast från hydraulpumpen. Sida 5 av 17
BAR Verifiering av hållfasthetsberäkningar 2014-04-08 Bar Kg 100 8000 100 7500 100 7500 100 7450 100 7410 100 7380 100 7470 110 7700 80 6400 70 5700 60 4850 50 3850 40 3250 100 7300 100 7000 90 6200 80 5700 70 4900 60 4000 50 3460 40 3240 105 7600 100 6900 90 6800 100 7500 Omvandlingsgraf Bar/Kg. 105 95 85 75 65 55 45 35 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 Kg Bar y = 0,0137x - 0,8993 x = (y+0,8993)/0,0137 R² = 0,96124 Bar Spridningen av resultat max +/- 500kg vid 105 bar =6,5 % Linjär (Bar) Vid testet på G 13 stolparna uppmättes enbart trycket på cylindern varefter man testade ut vad trycket i Bar motsvarade i tryckkraft i kg, se grafen ovan. Vid testet på S+2 13 stolparna användes en kalibrerad lastcell, monterad på den hydrauliska cylindern, som direkt ger kraften i kg. Sida 6 av 17
Verifierande tester på Jerol kompositstopar, typ G För att kontrollera att de teoretiska beräkningarna på G stolparna överensstämmer med verkligheten har verifierande tester utförts på horisontalbelastning och vertikalbelastning. Testerna utfördes i oktober 2013. Testerna övervakades av utomstående. Testerna är upptagna på film och de finns sparade hos Jerol. Vid testning av horisontalbelastning följdes upplägget för testförfarandet beskrivet i EN 14 229:2010 Annex C, punkt C7. Vid testning av vertikalbelastning utsätts stolparna för axiellt tryck i en testrigg där stolpen är infäst i var ända i en ledad konsol. För att få rätt jämförande värde på vertikalbelastningen, med det testade värdet, omräknas stolpens vertikalbelastningskapacitet så att den korrigeras från utgångsberäkningen genom att addera till den beräknade knäcklängden den del av stolpen som i beräkningarna anses vara låst under marknivå, dvs. 2m. Som teststolpe valdes stolptyp Jerol G13. På 4 st. stolpar utfördes horisontalbelastning till brott. På 2 st. stolpar utfördes vertikalbelastning för att finna maximalt vertikalbelastningsvärde. Beräkningarna ger följande värden för G 13 stolpen, materialfaktorn M = 1,40 inkluderad: Vilket ger för horisontal brottlast ett värde på 6,44 kn x 1,40 = 9,02 kn (919 kg) Maximal knäcklast 63,2 kn x 1,4 = 88,5 kn och omräknat, för att ge för testförfarandet rätt jämförande värde (Knäcklängd = 13m istället för 11 m), = 71,24 kn (7 262 kg) Sida 7 av 17
Test 1.1 Stolpe 1, Horisontal belastning G 13 Stolptyp: G13 A: Stolplängd 13000 [mm] B: Bandbredd 300 [mm] C: Avstånd mellan band 1400 [mm] D: Innspänningslängd 2000 [mm] E: Avstånd från inspänningslängd till brott 100 [mm] F: Avstånd från stolptopp till belastningspunkt 150 [mm] Mätning nr. [kn] [kg] X-värde [mm] Y-värde [mm] Kommentarer 1 2,00 204 900 112 2 3,00 306 1 210 158 3 4,00 413 1 550 220 4 5,00 511 1 750 282 5 5,50 556 2 050 339 6 6,00 614 2 250 413 7 6,44 655 2 500 468 D. Last 8 7,00 714 2 650 548 9 7,50 765 2 750 615 10 8,00 815 3 000 685 11 8,50 868 3 175 770 12 9,02 915 Brott 13 9,50 950 Avvikelse pga. infästning [mm] X-värdet anger den horisontala utböjningen och Y-värdet anger stolptoppens förskjutning vertikalt. Jerol G13 är dimensionerad till 6,44kN horisontalbelastning., och en brottbelastning på 9,02 kn. Beräkningarna stämmar väl överens med detta praktiska test, Test 1.1, och materialfaktorn är M = 1,4. Sida 8 av 17
Test 1.2 Stolpe 2, Horisontal belastning G 13 Stolptyp: G13 A: Stolplängd 13000 [mm] B: Bandbredd 300 [mm] C: Avstånd mellan band 1400 [mm] D: Innspänningslängd 2000 [mm] E: Avstånd från inspänningslängd till brott 100 [mm] F: Avstånd från stolptopp till belastningspunkt 150 [mm] Mätning nr. [kn] [kg] X-värde [mm] Y-värde [mm] Kommentarer 1 2,00 204 917 53 2 3,00 306 1 100 85 3 4,00 408 1 500 140 4 5,00 508 1 680 205 5 5,50 564 2 060 243 6 6,00 613 2 240 283 7 6,44 658 2 405 322 D. Last 8 7,00 712 2 600 372 9 7,50 765 2 785 425 10 8,00 813 2 960 480 11 8,50 870 3 125 530 12 9,02 919 0 0 Brott 13 9,50 0 0 Avvikelse pga. infästning [mm] X-värdet anger den horisontala utböjningen och Y-värdet anger stolptoppens förskjutning vertikalt. Jerol G13 är dimensionerad till 6,44kN horisontalbelastning., och en brottbelastning på 9,02 kn. Beräkningarna stämmar väl överens med detta praktiska test, Test 1.1, och materialfaktorn är M = 1,4. Sida 9 av 17
Test 1.3 Stolpe 3, Horisontal belastning G 13 Stolptyp: G13 A: Stolplängd 13000 [mm] B: Bandbredd 300 [mm] C: Avstånd mellan band 1400 [mm] D: Innspänningslängd 2000 [mm] E: Avstånd från inspänningslängd till brott 100 [mm] F: Avstånd från stolptopp till belastningspunkt 150 [mm] Mätning nr. [kn] [kg] X-värde [mm] Y-värde [mm] Kommentarer Avvikelse pga. infästning [mm] 1 2,00 206 785 51 20 2 3,00 304 1 170 90 3 4,00 404 1 545 141 4 5,00 507 1 930 209 5 5,50 565 2 145 253 6 6,00 616 2 325 293 7 6,44 657 2 430 320 D. Last 8 7,00 711 2 630 271 9 7,50 763 2 805 420 10 8,00 819 3 005 280 11 8,50 865 3 155 529 12 9,02 920 0 0 Brott 13 9,50 0 0 X-värdet anger den horisontala utböjningen och Y-värdet anger stolptoppens förskjutning vertikalt. Jerol G13 är dimensionerad till 6,44kN horisontalbelastning., och en brottbelastning på 9,02 kn. Beräkningarna stämmar väl överens med detta praktiska test, Test 1.3, och materialfaktorn är M = 1,4. Sida 10 av 17
Test 1.4 Stolpe 4, Horisontal belastning, G 13 Stolptyp: G13 A: Stolplängd 13000 [mm] B: Bandbredd 300 [mm] C: Avstånd mellan band 1400 [mm] D: Innspänningslängd 2000 [mm] E: Avstånd från inspänningslängd till brott 100 [mm] F: Avstånd från stolptopp till belastningspunkt 150 [mm] Mätning nr. [kn] [kg] X-värde [mm] Y-värde [mm] Kommentarer Avvikelse pga. infästning [mm] 1 2,00 204 2 3,00 306 3 4,00 408 4 5,00 510 5 5,50 561 6 6,00 612 7 6,44 655 D. Last 650 kg 8 7,00 714 9 7,50 656 2 570 363 10 8,00 783 2 840 11 8,50 866 3 250 12 9,02 910 0 0 Brott 13 9,50 919 X-värdet anger den horisontala utböjningen och Y-värdet anger stolptoppens förskjutning vertikalt. Jerol G13 är dimensionerad till 6,44kN horisontalbelastning., och en brottbelastning på 9,02 kn. Beräkningarna stämmar väl överens med detta praktiska test, Test 1.4, och materialfaktorn är M = 1,4. OBS! Stolpen som testades i detta test har tidigare genomgått vertikalbelastningstestet nedan! Sida 11 av 17
Test 2.1, Vertikal belastning, G 13 Stolpen belastades tills den brast. Efter 105 bar gick trycket ner vilket visar att trycket på 105 bar är maximalt tryck som stolpen klarar av. Bar 100 105 95 Utböjning [mm] 145 210 680 Kraft [kg] 7 365 7 730 7 000 Kraft [kn] 72,2 75,8 68,7 Max värde var 105 bar. Det gav en utböjning på 210mm mitt på stolpen och motsvarar ca. 75,8 kn. Beräknat värde 71,2 kn Resultatet är 6,5 % större än det beräknade värdet, vilket gör att värdet motsvara det beräknade även ifall den maximala felmarginalen skulle ha infallit vid mätningen. Test 2.2, Vertikal belastning, G 13 Stolpen belastades inte tills den brast. Stolpen användes efteråt i test 1.4 för att kolla om stolpen fick skador efter vertikal-testet. Bar 90 105 100 95 Utböjning [mm] 138 270 420 800 Kraft [kg] 6 635 7 730 7 365 7 000 Kraft [kn] 65,1 75,8 72,2 68,7 Max värde var 105 bar. Det gav en utböjning på 270mm mitt på stolpen och motsvarar ca 75,8 kn. Beräknat värde 71,2 kn Resultatet är 6,5 % större än det beräknade värdet, vilket gör att värdet motsvara det beräknade även ifall den maximala felmarginalen skulle ha infallit vid mätningen. Slutsatser från testerna av stolpe typ G: Testerna på G 13 stolparna verifierar att de kalkylerade hållfasthetsvärdena överensstämmer med praktiska test. Sida 12 av 17
Verifierande tester på Jerol kompositstopar, typ S+2 För att kontrollera att de teoretiska beräkningarna på S+2 stolparna överensstämmer med verkligheten har verifierande tester utförts på horisontalbelastning och vertikalbelastning. Testerna utfördes i mars och april 2014. Tester är upptagna på film och de finns sparade hos Jerol. Preliminära tester gjordes i december 2013 efter att laminatuppbyggnaden justerats för denna typ av stolpe. Vid testning av horisontalbelastning följdes upplägget för testförfarandet beskrivet i EN 14 229:2010 Annex C, punkt C7. Vid testning av vertikalbelastning utsätts stolparna för axiellt tryck i en testrigg där stolpen är infäst i var ända i en ledad konsol. För att få rätt jämförande värde på vertikalbelastningen, med det testade värdet, omräknas stolpens vertikalbelastningskapacitet så att den korrigeras från utgångsberäkningen genom att addera till den beräknade knäcklängden den del av stolpen som i beräkningarna anses vara låst under marknivå, dvs. 2m. Som teststolpe valdes stolptyp Jerol S+2 13. På 3 st. S+2 13 stolpar utfördes i december 2013 tester för att kontrollera att den justerade laminatuppbyggnaden på stolpen ger den rätta materialfaktorn vid horisontal belastning. På 2 st. stolpar utfördes i april 2014 horisontalbelastning till brott. På 3 st. stolpar utfördes i april 2014 vertikalbelastning för att finna maximalt vertikalbelastningsvärde. Preliminära tester, december 2013; Horisontalbelastning, S+2 13 Testerna i december 2013 var av inofficiell karaktär där vikten låg på att kontrollera att den ändrade laminatuppbyggnaden hade önskad effekt. Här testades enbart horisontalbelastningskapaciteten på tre S+2 13 stolpar infästa i testriggen på samma sätt som de som beskrivs i testerna 3.1 och 3.2, se nedan. Stolparnas testvärden låg mellan 1570 kg och 1620 kg och visade således att laminatet har den materialfaktor, M = 1,4, som vi har i de ursprungliga beräkningarna. Sida 13 av 17
Beräkningarna ger följande värden för S+2 13 stolpen, materialfaktorn M = 1,40 inkluderad: Vilket ger för horisontal brottlast ett värde på 11,18 kn x 1,40 = 15,65 kn (1 595 kg) Beräknad maximal knäcklast 99,5 kn x 1,4 = 139,3 kn och omräknat, för att ge för testförfarandet rätt jämförande värde (Knäcklängd = 13m istället för 11 m), = 112,64 kn (11 482 kg) Sida 14 av 17
Test 3.1 Stolpe 1, Horisontalbelastning, S+2 13 A: Stolplängd 13 000 [mm] B: Bandbredd 300 [mm] C: Avstånd mellan band 1 400 [mm] D: Innspänningslängd 2 000 [mm] E: Avstånd från inspänningslängd till brott 2 700 [mm] F: Avstånd från stolptopp till belastningspunkt 200 [mm] Mätning nr. [kn] [kg] X-värde [mm] Beräknat X- värde [mm] Kommentarer Avvikelse pga. infästning [mm] 1 2,00 203 470 2 3,40 348 810 3 4,00 407 940 4 5,00 509 1 195 5 5,87 598 1 400 6 7,00 713 1 670 7 7,80 795 1 761 1 833 F. Arbete 8 8,42 858 2 650 9 9,43 961 2 234 10 11,23 1 145 2 668 D. Last 11 13,32 1 358 3 155 12 15,56 1 586 3 590 Brott. 13 X-värdet anger den horisontala utböjningen. Jerol S+2 13 är dimensionerad till 11,18 kn horisontalbelastning och en brottbelastning på 15,60 kn Beräkningarna stämmar väl överens med detta praktiska test, Test 3.1, och materialfaktorn är M = 1,4 Sida 15 av 17
Test 3.2 Stolpe 2, Horisontalbelastning, S+2 13 A: Stolplängd 13 000 [mm] B: Bandbredd 300 [mm] C: Avstånd mellan band 1 400 [mm] D: Innspänningslängd 2 000 [mm] E: Avstånd från inspänningslängd till brott 5 450 [mm] F: Avstånd från stolptopp till belastningspunkt 200 [mm] Mätning nr. [kn] [kg] X-värde [mm] Beräknat X- värde [mm] Kommentarer 1 2,00 213 417 2 3,40 353 767 3 4,00 409 906 4 5,00 512 1 183 5 5,87 613 1 456 6 7,00 702 1 682 7 7,80 795 1870 1 833 F. Arbete 8 8,50 859 2004 9 8,84 901 2 187 10 11,18 1 145 2655 D. Last 11 13,32 1 358 3156 12 15,72 1 602 3 800 Brott. 13 Avvikelse pga. infästning [mm] X-värdet anger den horisontala utböjningen. Jerol S+2 13 är dimensionerad till 11,18 kn horisontalbelastning och en brottbelastning på 15,60 kn. Beräkningarna stämmar väl överens med detta praktiska test, Test 3.2, och materialfaktorn är M = 1,4 Sida 16 av 17
Test 4.1 Stolpe 1 Vertikalbelastning, S+2 13 Stolpen belastades två gånger, först skedde utböjning i sidled. Därefter vreds stolpen 90 grader, för att se ifall det fanns ett ogynnsammare läge, och belastades på nytt, den här gången skedde utböjningen uppåt. Vertikal Kraft [kg] 13 905 17 455 Vertikal Kraft [kn] 136,4 171,2 Anmärkning Böjdes i sidled Böjdes uppåt Beräknad knäckkapacitet 112,64 kn (11 482 kg). Man kan konstatera att värdet då utböjningen skedde i sidled var det ogynnsammare läget och motsvarade 80 % av det högsta värdet. Vid testvärdet på 136,4 kn vilket är ca 21 % högre än beräknat avslutades testet och stolpen trycktes på nytt, då stolpen vridits 90 grader. Stolpen användes därefter i Horisontalbelastningstestet 3.1 Test 4.2 Stolpe 2 Vertikalbelastning, S+2 13 Utgående från test 4.1 belastades stolpen tills 80 % av testvärdet klart översteg det beräknade. Vertikal Kraft [kg] 15 655 12 524 (=80%) Vertikal Kraft [kn] 153,6 122,9 Anmärkning Böjdes uppåt 80 % av kraft Beräknad knäckkapacitet 112,64 kn (11 482 kg). Vid testvärdet 153,6 kn vilket är 36 % högre än beräknat avslutades testet. Stolpen användes därefter i Horisontalbelastningstestet 3.2 Test 4.3 Stolpe 3 Vertikalbelastning Stolpen belastades tills 80 % av testvärdet klart översteg det beräknade. Vertikal Kraft [kg] 15 695 12 556 (=80%) Vertikal Kraft [kn] 154,0 123,2 Anmärkning Böjdes uppåt 80 % av kraft Beräknad knäckkapacitet 112,64 kn (11 482 kg). Vid testvärdet på 154,0 kn vilket är ca 37 % högre än beräknat avslutades testet. Slutsats från testerna av stolpe typ S+2: Testerna på S+2 13 stolparna verifierar att de kalkylerade hållfasthetsvärdena överensstämmer med praktiska test. Sida 17 av 17