Puristusraudoitettu matala teräsbetonipalkki vs. korkea puristusraudoittamaton teräsbetonipalkki
Airaksinen, Konsta (2022)
Airaksinen, Konsta
2022
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
2022-06-10
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202206065520
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202206065520
Tiivistelmä
Raskaasti kuormitettu teräsbetonipalkki tarvitsee lisää taivutuskestävyyttä ja tässä työssä käsitellään kaksi keinoa, joilla sitä pystytään lisäämään. Keinoja siihen ovat palkin poikkileikkauksen korkeuden kasvattaminen tai puristusraudoituksen lisääminen, joita kumpaakin tässä työssä vertaillaan. Vertailun pääpaino on vaihtoehtojen rakenteellisessa toiminnassa ja mitoituksessa, mutta vertailua suoritetaan myös hiilijalanjäljen ja kustannusten kannalta. Työn tavoitteena on selvittää vaihtoehdoista turvallisempi, ekologisempi ja kustannustehokkaampi rakenneratkaisu.
Työssä on kolme osaa. Ensin työssä esitettiin kirjallisuustutkimuksena palkkien toimintaa puristusraudoitettuna ja pelkästään vetoraudoitettuna sekä kerrottiin poikkileikkausten mitoituksen perustat. Työssä sen jälkeen mitoitettiin matala veto- ja puristusraudoitettu poikkileikkaus sekä korkea pelkkä vetoraudoitettu poikkileikkaus samaan esimerkkitilanteeseen, jossa on raskas kuormitus. Palkkien poikkileikkausten mitoitus suoritettiin murtorajatilassa ja niille tehtiin myös käyttörajatilantarkastelut raudoituksen ja betonin jännityksille, halkeamaleveyksille ja taipumille. Käyttörajatilassa käytettiin ominais- ja pitkäaikaisyhdistelmää. Mitoitukset ja käyttörajatilantarkastelut suoritettiin Excel-taulukoissa, jotka ovat työssä liitteinä. Vertailu ekologisuuden ja taloudellisuuden kannalta tehtiin saatujen poikkileikkausten avulla, kun betonin ja betoniterästen määrät palkeissa oli selvillä. Rakenteellinen vertailu tehtiin työssä mitoituksen ohessa tulleiden huomioiden ja tulosten varmuuksien perusteella.
Työn tulosten perusteella korkea pelkästään vetoraudoitettu poikkileikkaus on parempi vaihtoehto rakenteellisesta, ekologisesta ja taloudellisesta näkökulmasta. Mitoituksen tuloksista huomataan, että raskaasti kuormitetulle matalalle puristusraudoitetulle poikkileikkaukselle tulee käyttörajatilan betonin puristusjännityksen tarkastelussa ongelmia etenkin, kun tarkastelua tehdään kuormien ominaisyhdistelyllä. Matalalla poikkileikkauksella ei päästä työssä käytettyyn betonin puristusjännityksen raja-arvoon, vaikka sen mitoituksessa sovellettiin paljon, joka lisää poikkileikkauksen toiminnan epävarmuutta murtorajatilassa. Myöskin ekologisuuden ja taloudellisuuden kannalta korkeamman poikkileikkauksen palkki on parempi vaihtoehto, vaikka se on tilavuudeltaan selvästi suurempi, koska teräsbetonissa käytettävän teräksen hiilijalanjälki ja hinta ovat betonia huomattavasti suurempia. Työn tuloksena saadaan, että taivutuskestävyyttä kannattaa parantaa poikkileikkauksen korkeutta kasvattamalla niin paljon, kuin kyseessä oleva tilanne antaa mahdollisuutta ja vasta sen jälkeen mitoittaa puristusrautoja.
Työssä on kolme osaa. Ensin työssä esitettiin kirjallisuustutkimuksena palkkien toimintaa puristusraudoitettuna ja pelkästään vetoraudoitettuna sekä kerrottiin poikkileikkausten mitoituksen perustat. Työssä sen jälkeen mitoitettiin matala veto- ja puristusraudoitettu poikkileikkaus sekä korkea pelkkä vetoraudoitettu poikkileikkaus samaan esimerkkitilanteeseen, jossa on raskas kuormitus. Palkkien poikkileikkausten mitoitus suoritettiin murtorajatilassa ja niille tehtiin myös käyttörajatilantarkastelut raudoituksen ja betonin jännityksille, halkeamaleveyksille ja taipumille. Käyttörajatilassa käytettiin ominais- ja pitkäaikaisyhdistelmää. Mitoitukset ja käyttörajatilantarkastelut suoritettiin Excel-taulukoissa, jotka ovat työssä liitteinä. Vertailu ekologisuuden ja taloudellisuuden kannalta tehtiin saatujen poikkileikkausten avulla, kun betonin ja betoniterästen määrät palkeissa oli selvillä. Rakenteellinen vertailu tehtiin työssä mitoituksen ohessa tulleiden huomioiden ja tulosten varmuuksien perusteella.
Työn tulosten perusteella korkea pelkästään vetoraudoitettu poikkileikkaus on parempi vaihtoehto rakenteellisesta, ekologisesta ja taloudellisesta näkökulmasta. Mitoituksen tuloksista huomataan, että raskaasti kuormitetulle matalalle puristusraudoitetulle poikkileikkaukselle tulee käyttörajatilan betonin puristusjännityksen tarkastelussa ongelmia etenkin, kun tarkastelua tehdään kuormien ominaisyhdistelyllä. Matalalla poikkileikkauksella ei päästä työssä käytettyyn betonin puristusjännityksen raja-arvoon, vaikka sen mitoituksessa sovellettiin paljon, joka lisää poikkileikkauksen toiminnan epävarmuutta murtorajatilassa. Myöskin ekologisuuden ja taloudellisuuden kannalta korkeamman poikkileikkauksen palkki on parempi vaihtoehto, vaikka se on tilavuudeltaan selvästi suurempi, koska teräsbetonissa käytettävän teräksen hiilijalanjälki ja hinta ovat betonia huomattavasti suurempia. Työn tuloksena saadaan, että taivutuskestävyyttä kannattaa parantaa poikkileikkauksen korkeutta kasvattamalla niin paljon, kuin kyseessä oleva tilanne antaa mahdollisuutta ja vasta sen jälkeen mitoittaa puristusrautoja.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8798]