Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία μελετάται η συμπεριφορά, η ανάλυση καθώς και η διαδικασία διαστασιολόγησης μεταλλικών καπνοδόχων με βάση τα τελικά κείμενα των Ευρωκωδίκων. Μέσω των καπνοδόχων μεταβιβάζονται καυσαέρια σε ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, τα οποία προέρχονται κυρίως από λέβητες βιομηχανιών. Είναι συνήθως κυλινδρικού σχήματος και με ύψος που ξεπερνά τα 40 m. Γενικά, λόγω των διαστάσεων τους μπορούν να χαρακτηριστούν ως εύκαμπτες κατασκευές και επομένως είναι επιρρεπείς στη ροή του ανέμου. Λόγω της ροής του ανέμου οι καπνοδόχοι επηρεάζονται, συν τοις άλλοις, από στροβιλώδη διέγερση, οπότε η περιοδική διάχυση των δινών επιφέρει στη καπνοδόχο ταλαντώσεις εγκάρσια στη ροή του ανέμου.

 

Η όλη εργασία απαρτίζεται από δέκα κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται ιστορική αναδρομή για τη χρήση, τα υλικά κατασκευής, τις μεθοδολογίες σχεδιασμού καπνοδόχων, αλλά και για τα σημαντικά γεγονότα που ήταν καθοριστικά για τη διάθρωση και σύνταξη των σημερινών κανονιστικών κειμένων.

 

Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο ρόλος των καπνοδόχων για το περιβάλλον. Γίνεται αναφορά στο πως η γεωμετρία, οι συνθήκες λειτουργίας της καπνοδόχου αλλά και η κατάσταση της ατμόσφαιρας επηρεάζουν τη διασπορά των ρύπων που εξάγονται από την καπνοδόχο.

 

Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στον τρόπο σχεδιασμού και κατασκευής των θεμελιώσεων αυτοϊσορροπούμενων καπνοδόχων.

 

Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία υπολογισμού της πίεσης αλλά και της συνολικής δύναμης λόγω της ροής του ανέμου στην καπνοδόχο. Οι υπολογισμοί γίνονται με βάση το ΕΝ1991-1-4. Στο ίδιο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα κριτήρια και η μεθοδολογία ελέγχου της καπνοδόχου έναντι στροβιλώδους διέγερσης. Στην αρχή του κεφαλαίου παρατίθεται το γνωστικό υπόβαθρο για την κατανόηση της συμπεριφοράς των καπνοδόχων υπό τη δράση του ανέμου.

 

Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται η διαδικασία ανάλυση της καπνοδόχου υπό σεισμικά φορτία με βάση το ΕΝ1998-1.

 

Στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται οι διατάξεις του ΕΝ1991-1-5 για τον υπολογισμό των θερμικών δράσεων.

 

Το έβδομο κεφάλαιο περιλαμβάνει τις πρόνοιες του ΕΝ1993-1-6 σχετικά με την αντοχή και ευστάθεια των κελυφών. Περιγράφονται οι δυνατές μέθοδοι ανάλυσης και σχεδιασμού κελυφών. Επίσης παρουσιάζονται οι απαιτούμενοι έλεγχοι για τις οριακές καταστάσεις αστοχίας, ήτοι Πλαστική Αστοχία (LS1), Πλαστικότητα σε Ανακύκλιση (LS2), Λυγισμός (LS3) και Κόπωση (LS4). Επίσης, αναφέρεται και ο έλεγχος έναντι λειτουργικότητας.

 

Στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι διατάξεις του ΕΝ1993-3.2 σχετικά με το σχεδιασμό των μεταλλικών καπνοδόχων. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται πληροφορίες σχετικά με τις μεθόδους μείωσης του μέγιστου εύρους ταλάντωσης εγκάρσια στη ροή του ανέμου, λόγω στροβιλώδους διέγερσης. Οι μέθοδοι αφορούν την χρήση αεροδυναμικών συσκευών ή αποσβεστήρων.

 

Στο ένατο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα παράδειγμα εφαρμογής. Το παράδειγμα αφορά την ανάλυση και διαστασιολόγηση της μεταλλικής καπνοδόχου που θα κατασκευαστεί στα πλαίσια επέκτασης του ηλεκτροπαραγωγού σταθμού στη Σύρο. Η καπνοδόχος είναι κυλινδρικού σχήματος με σταθερή εξωτερική διάμετρο 3.753 m και ύψος 60 m. Το πάχος του κελύφους της καπνοδόχου μεταβάλλεται καθ’ ύψος. Υπολογίζονται αναλυτικά όλα τα φορτία που επιβάλλονται στην κατασκευή, τουτέστιν ίδια βάρη, φορτία ανέμου (πιέσεις ανέμου και δυνάμεις λόγω στροβιλώδους διέγερσης), σεισμικές και θερμικές δράσεις. Γίνεται προσομοίωση της καπνοδόχου στο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων ADINA. Για τους σκοπούς της ανάλυσης αναπτύσσονται δύο στατικά προσομοιώματα: ένα με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων κελύφους και το άλλο με τη χρήση ραβδωτών πεπερασμένων στοιχείων. Γίνεται έλεγχος για τις τέσσερεις οριακές καταστάσεις αστοχίας (LS1, LS2, LS3 και LS4) όπως και έλεγχος για την οριακή κατάσταση λειτουργικότητας με βάση το ΕΝ1993-1-6. Για τις οριακές καταστάσεις αστοχίας αναπτύσσονται όλες οι δυνατές μέθοδοι ελέγχου, ήτοι έλεγχος με βάση τη μεμβρανική θεωρία μέσω των αναλυτικών σχέσεων του Παραρτήματος Α και Β του ΕΝ1993-1-6 αλλά και μέσω αριθμητικών μη γραμμικών αναλύσεων. Σε κάθε έλεγχο οριακής κατάστασης αστοχίας παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα όπως προέκυψαν από όλες τις μεθόδους ελέγχου που χρησιμοποιήθηκαν. Επίσης, οι έλεγχοι πραγματοποιούνται και με τα δύο στατικά προσομοιώματα του αναπτύχθηκαν. Στα πλαίσια της οριακής κατάστασης αστοχίας LS4, μελετάται η μείωση του μέγιστου εύρους εγκάρσιας ταλάντωσης μέσω αεροδυναμικών συσκευών αλλά και με τη χρήση αποσβεστήρα.

 

Τέλος, στο δέκατο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα γενικά συμπεράσματα για τη συμπεριφορά, ανάλυση και διαστασιολόγηση μεταλλικών καπνοδόχων, όπως προέκυψαν από την παρούσα εργασία. Επίσης, παρατίθενται προτάσεις για θέματα που χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης και μπορούν να αποτελέσουν αντικείμενο για μελλοντικές μελέτες.