Betonin lujuus ja pitkäaikaisvaikutukset taivutetussa rakenteessa
Viljanen, Heli (2020)
2020
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
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
2020-09-14
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202009126976
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202009126976
Tiivistelmä
Diplomityössä verrattiin huokostetun ja huokostamattoman betonin toimintaa osana taivutettua rakennetta. Betonin pitkäaikaismuodonmuutoksia tutkittiin teräsbetonipalkkien koekuormituksilla. Palkkien kuormituskokeiden ohella tehtiin puristuskokeita, joilla testattiin betonin puristuslujuutta ja kimmokerrointa. Palkeissa käytetyn raudoituksen myötölujuutta, murtolujuutta ja kimmokerrointa selvitettiin raudoituksen vetokokeilla. Tutkimuksessa käytettyjen betonien puristuslujuus 28 päivän iässä normikoekappaleista mitattuna oli huokostetulla betonilla 40,0 MPa ja huokostamattomalla betonilla 36,5 MPa. Koekappaleiden valun yhteydessä mitattiin tuoreen betonin ilmamäärä, joka oli huokostetulla betonilla 3,5 % ja huokostamattomalla betonilla 2,0 %.
Molemmista betonilaaduista kuormitettiin neljä palkkia pitkäaikaisesti eri jännitystasoille. Kuormitusajan alussa suurin betonissa vaikuttanut puristusjännitys oli laskennallisesti noin 0, 19, 37 ja 52 % betonin 28 päivän iässä mitatusta puristuslujuudesta. Huokostetusta betonista valetuille palkeille kohdistettiin suurempi kuorma, sillä betonilla oli suurempi lujuus kuin huokostamattomalla betonilla. Pitkäaikaiskuormitus alkoi betonien 34 päivän iässä ja kesti keskimäärin 86 päivää. Pitkäaikaiskuormituksen jälkeen palkit kuormitettiin murtoon. Kuormitusten aikana mitattiin betonin ja raudoituksen venymiä sekä palkin taipumaa. Mittaustuloksia verrattiin laskennallisen analyysin tuloksiin. Laskennassa poikkileikkauksen venymäjakauma määritettiin täysin halkeilleen poikkileikkauksen mukaan. Palkin taipumaa arvioitiin Eurokoodin mukaisesti interpoloimalla taivutusjäykkyyttä halkeamattoman ja täysin halkeilleen poikkileikkauksen väliltä. Pitkäaikaismuodonmuutokset arvioitiin betonin teholliseen kimmokertoimeen perustuvalla menetelmällä. Kutistuman osuuden havaittiin olevan merkittävä, sillä palkit olivat poikkileikkaukseltaan pieniä ja ympäristön suhteellinen kosteus pitkäaikaiskuormitusjakson aikana oli vain 20...45 %.
Kuormituksen aiheuttamista välittömistä venymistä ei saatu luotettavia mittaustuloksia, joten venymiä verrattiin vain pitkäaikaisvaikutusten osalta. Pitkäaikaismuutokset poikkileikkauksen venymäjakaumassa vastasivat melko hyvin laskennallisia tuloksia. Suurimman kuormitustason palkeilla havaittiin huokostetussa betonissa suurempaa epälineaarisuutta huokostamattomaan betoniin verrattuna. Pitkäaikaiskuormitusjakson lopussa mitattu taipuma-arvo oli kaikilla palkeilla suurempi kuin laskennallinen taipuma. Huokostetusta betonista valetuilla palkeilla mitatun ja laskennallisen taipuman ero oli 25...55 %. Huokostamattomasta betonista valetuilla palkeilla vastaava ero oli 16...24 %. Taipumaerojen pääteltiin aiheutuvan mahdollisesti huokostetun betonin pienemmästä kimmokertoimesta tai epävarmuustekijöistä poikkileikkauksen halkeamiskestävyyden laskennassa. Betonin kimmokerrointestit tukivat päätelmää huokostetun betonin pienemmästä kimmokertoimesta, mutta nämä testit tehtiin hyvin pienellä koekappaleiden lukumäärällä, joten tarkempien johtopäätösten tekemiseen tarvittaisiin lisätutkimusta aiheesta.
Molemmista betonilaaduista kuormitettiin neljä palkkia pitkäaikaisesti eri jännitystasoille. Kuormitusajan alussa suurin betonissa vaikuttanut puristusjännitys oli laskennallisesti noin 0, 19, 37 ja 52 % betonin 28 päivän iässä mitatusta puristuslujuudesta. Huokostetusta betonista valetuille palkeille kohdistettiin suurempi kuorma, sillä betonilla oli suurempi lujuus kuin huokostamattomalla betonilla. Pitkäaikaiskuormitus alkoi betonien 34 päivän iässä ja kesti keskimäärin 86 päivää. Pitkäaikaiskuormituksen jälkeen palkit kuormitettiin murtoon. Kuormitusten aikana mitattiin betonin ja raudoituksen venymiä sekä palkin taipumaa. Mittaustuloksia verrattiin laskennallisen analyysin tuloksiin. Laskennassa poikkileikkauksen venymäjakauma määritettiin täysin halkeilleen poikkileikkauksen mukaan. Palkin taipumaa arvioitiin Eurokoodin mukaisesti interpoloimalla taivutusjäykkyyttä halkeamattoman ja täysin halkeilleen poikkileikkauksen väliltä. Pitkäaikaismuodonmuutokset arvioitiin betonin teholliseen kimmokertoimeen perustuvalla menetelmällä. Kutistuman osuuden havaittiin olevan merkittävä, sillä palkit olivat poikkileikkaukseltaan pieniä ja ympäristön suhteellinen kosteus pitkäaikaiskuormitusjakson aikana oli vain 20...45 %.
Kuormituksen aiheuttamista välittömistä venymistä ei saatu luotettavia mittaustuloksia, joten venymiä verrattiin vain pitkäaikaisvaikutusten osalta. Pitkäaikaismuutokset poikkileikkauksen venymäjakaumassa vastasivat melko hyvin laskennallisia tuloksia. Suurimman kuormitustason palkeilla havaittiin huokostetussa betonissa suurempaa epälineaarisuutta huokostamattomaan betoniin verrattuna. Pitkäaikaiskuormitusjakson lopussa mitattu taipuma-arvo oli kaikilla palkeilla suurempi kuin laskennallinen taipuma. Huokostetusta betonista valetuilla palkeilla mitatun ja laskennallisen taipuman ero oli 25...55 %. Huokostamattomasta betonista valetuilla palkeilla vastaava ero oli 16...24 %. Taipumaerojen pääteltiin aiheutuvan mahdollisesti huokostetun betonin pienemmästä kimmokertoimesta tai epävarmuustekijöistä poikkileikkauksen halkeamiskestävyyden laskennassa. Betonin kimmokerrointestit tukivat päätelmää huokostetun betonin pienemmästä kimmokertoimesta, mutta nämä testit tehtiin hyvin pienellä koekappaleiden lukumäärällä, joten tarkempien johtopäätösten tekemiseen tarvittaisiin lisätutkimusta aiheesta.