Jälkijännitetyn betonipalkin pilariliitoksen toiminta pysäköintirakennuksessa
Kankaanpää, Petri (2020)
2020
Rakennustekniikan DI-tutkinto-ohjelma - Degree Programme in Civil Engineering, MSc (Tech)
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-04-22
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004284133
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004284133
Tiivistelmä
Pysäköintirakennukset ovat isoja rakennekokonaisuuksia, joissa rakenteet altistuvat suurille rasituksille. Tilan käytännöllisistä syistä pystyrakenteiden tulee viedä mahdollisimman vähän tilaa ja jännevälien on oltava pitkiä. Jälkijännitetyt betonipalkit ovat vaakarakenteiksi kilpailukykyinen ratkaisu, sillä niillä saavutetaan pitkät jännevälit suhteellisen pienellä rakennekorkeudella. Jälkijännitetyt rakenteet ovat säilyvyydeltään ja huoltokustannuksiltaan erinomainen rakenne pysäköintirakennuksiin.
Tässä tutkimuksessa selvitettiin erilaisia liitosvaihtoehtoja jälkijännitettyjen palkkien pilariliitoksiin. Liitoksia käsitellään usein laskennallisesti nivelinä tai jäykkinä liitoksina. Tutkimuksessa pohdittiin liitoksen valinnan vaikutusta rakennekokonaisuuteen. Rakenteen jäykistystapa rajaa liitosvaihtoehtoja.
Palkin suuntaisista muodonmuutoksista aiheutuu pakkovoimia pilariliitoksiin. Betonirakenteissa on aina huomioitava kutistuman ja viruman vaikutus. Pitkä betonipalkki venyy lämpötilan muuttuessa useita millimetrejä. Lisäksi jännittäessä betonirakennetta puristetaan aksiaalisesti. Vaakasuuntaiset liikkeet aiheuttavat pilariin merkittäviä vaakakuormia, mikäli niitä ei pystytä sivuuttamaan. Pilarit on mahdollista raudoittaa näille kuormille, jotta halkeamia ei synny. Toinen vaihtoehto on käyttää työnaikaista tai pitkäaikaista laakeria, joka sallii palkin liikkeen välittämättä siitä kuormitusta pilarille. Jälkijännitettyjä palkkeja käyttäessä rakenne jäykistetään usein kehäjäykistyksellä. Riittävä määrä jäykkiä liitoksia mahdollistaa rakenteen tasapainon säilymisen kehän suunnassa.
Kumilevylaakeri mahdollistaa kuormien tasaisen jakautumisen palkilta pilarille. Riittävän paksu laakeri sallii palkin kiertymisen ilman kuormituspisteen huomattavaa siirtymistä. Kumin ja betonin kimmoiset ominaisuudet mahdollistavat liitoksen rasituksista seuraavien muodonmuutosten tapahtumisen kokonaan laakerissa betonin sijaan. Tämä vähentää merkittävästi betonin halkeilua liitosalueella.
Tässä tutkimuksessa vertailtiin elementtimenetelmään perustuvalla ohjelmalla liitoksen jäykkyysominaisuuksien muuttamisen vaikutusta pilarin kuormituksiin. Kirjallisessa osiossa keskityttiin ensisijaisesti pystykuormien sekä palkin pituuden muutosten vaikutuksiin. Esimerkkirakenteet, joilla liitosominaisuuksia vertaillaan, ovat kaksiaukkoinen pihakansirakenne ja kolmikerroksinen pysäköintitalo. Niihin on kohdistettu asianmukaiset kuormat.
Rakenneanalyysin tulosten mukaan on tehty vertailua eri liitostyyppien pilarille välittyvästä momenttirasituksesta. Jäykkä liitos osoittautui selvästi raskaimmaksi pilarin momenttien kannalta. Sopivan kokoisella pitkäaikaisella laakerilla pilarin momentit muistuttavat lähes nivelellisesti tuetun pilarin momentteja. Pitkäaikaisen laakerin puristuskestävyyden tai kiertymärajan ylittyminen heikentävät sen ominaisuuksia kuitenkin selvästi. Työnaikaisen liukulaakerin käyttö liitoksessa vähentää palkin muodonmuutoksista syntyvää momenttia pilareissa. Liukulaakerin edut korostuvat etenkin pitkissä rakenteissa, ja se on suhteellisen halpa keino keventää pilarin momenttirasitusta.
Tässä tutkimuksessa selvitettiin erilaisia liitosvaihtoehtoja jälkijännitettyjen palkkien pilariliitoksiin. Liitoksia käsitellään usein laskennallisesti nivelinä tai jäykkinä liitoksina. Tutkimuksessa pohdittiin liitoksen valinnan vaikutusta rakennekokonaisuuteen. Rakenteen jäykistystapa rajaa liitosvaihtoehtoja.
Palkin suuntaisista muodonmuutoksista aiheutuu pakkovoimia pilariliitoksiin. Betonirakenteissa on aina huomioitava kutistuman ja viruman vaikutus. Pitkä betonipalkki venyy lämpötilan muuttuessa useita millimetrejä. Lisäksi jännittäessä betonirakennetta puristetaan aksiaalisesti. Vaakasuuntaiset liikkeet aiheuttavat pilariin merkittäviä vaakakuormia, mikäli niitä ei pystytä sivuuttamaan. Pilarit on mahdollista raudoittaa näille kuormille, jotta halkeamia ei synny. Toinen vaihtoehto on käyttää työnaikaista tai pitkäaikaista laakeria, joka sallii palkin liikkeen välittämättä siitä kuormitusta pilarille. Jälkijännitettyjä palkkeja käyttäessä rakenne jäykistetään usein kehäjäykistyksellä. Riittävä määrä jäykkiä liitoksia mahdollistaa rakenteen tasapainon säilymisen kehän suunnassa.
Kumilevylaakeri mahdollistaa kuormien tasaisen jakautumisen palkilta pilarille. Riittävän paksu laakeri sallii palkin kiertymisen ilman kuormituspisteen huomattavaa siirtymistä. Kumin ja betonin kimmoiset ominaisuudet mahdollistavat liitoksen rasituksista seuraavien muodonmuutosten tapahtumisen kokonaan laakerissa betonin sijaan. Tämä vähentää merkittävästi betonin halkeilua liitosalueella.
Tässä tutkimuksessa vertailtiin elementtimenetelmään perustuvalla ohjelmalla liitoksen jäykkyysominaisuuksien muuttamisen vaikutusta pilarin kuormituksiin. Kirjallisessa osiossa keskityttiin ensisijaisesti pystykuormien sekä palkin pituuden muutosten vaikutuksiin. Esimerkkirakenteet, joilla liitosominaisuuksia vertaillaan, ovat kaksiaukkoinen pihakansirakenne ja kolmikerroksinen pysäköintitalo. Niihin on kohdistettu asianmukaiset kuormat.
Rakenneanalyysin tulosten mukaan on tehty vertailua eri liitostyyppien pilarille välittyvästä momenttirasituksesta. Jäykkä liitos osoittautui selvästi raskaimmaksi pilarin momenttien kannalta. Sopivan kokoisella pitkäaikaisella laakerilla pilarin momentit muistuttavat lähes nivelellisesti tuetun pilarin momentteja. Pitkäaikaisen laakerin puristuskestävyyden tai kiertymärajan ylittyminen heikentävät sen ominaisuuksia kuitenkin selvästi. Työnaikaisen liukulaakerin käyttö liitoksessa vähentää palkin muodonmuutoksista syntyvää momenttia pilareissa. Liukulaakerin edut korostuvat etenkin pitkissä rakenteissa, ja se on suhteellisen halpa keino keventää pilarin momenttirasitusta.