Jälkijännitetyn CLT-seinän analysointi : Jännetankojen sijainnin ja materiaalin vaikutus seinän toimintaan
Kivekäs, Mikael (2023)
Kivekäs, Mikael
2023
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
2023-02-27
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302032045
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302032045
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää jälkijännitettyjen CLT-seinien käytön potentiaalia ei-seismisillä alueilla. Tutkimuksessa tarkastellaan seinän analysointia ja jännetankojen materiaalin, määrän, sijainnin ja jännevoiman vaikutusta seinän rakenteellisen toiminnan lisäksi seinäpaneelien tuotantoon.
Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa kirjallisuuden perusteella selvitetään jälkijännitettyjen CLT-rakenteiden käyttöä ei-seismisillä alueilla. Kirjallisuuden perusteella selvitetään myös toteutuneissa kohteissa käytettyjä jännitysjärjestelmiä. Lisäksi esitellään käytössä olevat laskentamenetelmät sekä arvioidaan niiden käyttökelpoisuutta rakennesuunnittelijan näkökulmasta.
Tutkimuksen toisessa vaiheessa hyödynnetään kirjallisuuden perusteella valittuja laskentamenetelmiä erilaisten seinäkonfiguraatioiden vertailuun. Vertailussa varioidaan jänteiden määrää, materiaalia, sijaintia ja jännevoimaa. Laskennassa hyödynnetään Winkler Spring Analogy (WSA)-menetelmää sekä numeerisia malleja.
Tutkimuksessa havaitaan, että jälkijännitettyjen CLT-seinien tutkimus on painottunut maanjäristysalueille, ja Suomen olosuhteita vastaavissa olosuhteissa tehtyjä tutkimuksia on vähän. Kokeellisen datan vähyyden vuoksi numeeristen laskentamallien kalibrointi ja validointi on haastavaa. Tutkimuksen perusteella laskentamallien validointiin ja esisuunnitteluun voidaan hyödyntää WSA-laskentamenetelmää. Jännekonfiguraation havaitaan olevan tehokkain sen sisältäessä vähintään kaksi jännetankoa, jotka on sijoitettu seinäpoikkileikkauksen reunoille. Tehokkain tankomateriaali on tutkimuksen perusteella mahdollisimman jäykkä materiaali, sillä näin voidaan käyttää halkaisijaltaan ohuempia tankoja ja säästää porauskustannuksissa. The objective of this master thesis is to analyze the potential of post-tensioned CLT-walls in non-seismic environments. Analysis of the wall and the effects of placement, number, material, and post-tension forces to the structural behavior and manufacturing of the wall are studied.
In the first phase of the study the current state of the usage of post-tensioned CLT-walls is researched based on literature. Literature research is also used to find out which post-tension configurations are used in existing buildings. In addition, the currently used calculation methods are introduced and their feasibility is assessed from the perspective of structural engineers.
In the second phase of the study different wall configurations are compared using calculation methods chosen in the first phase of the study. The placement, number, material, and forces of the post-tensioning bars are variated in the comparison. The Winkler Spring Analogy (WSA) method and numerical analysis are used in the calculations.
The study shows that research of the post-tensioned walls is focused to seismic areas and there are only a few studies conducted in non-seismic regions. Due to the lack of experimental data, calibration and validation of the numerical models are challenging. Based on the research WSA method can be used in the predesign of structures and validation of numerical models.
The post-tension configuration is shown to be the most effective, when including at least two bars located on the opposite ends of the cross section. According to the study, the most effective bar material is the one with the high elastic modulus. By using a material with high modulus of elasticity the diameter of the bar can be minimized, which affects to the drilling in the manufacturing process.
Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa kirjallisuuden perusteella selvitetään jälkijännitettyjen CLT-rakenteiden käyttöä ei-seismisillä alueilla. Kirjallisuuden perusteella selvitetään myös toteutuneissa kohteissa käytettyjä jännitysjärjestelmiä. Lisäksi esitellään käytössä olevat laskentamenetelmät sekä arvioidaan niiden käyttökelpoisuutta rakennesuunnittelijan näkökulmasta.
Tutkimuksen toisessa vaiheessa hyödynnetään kirjallisuuden perusteella valittuja laskentamenetelmiä erilaisten seinäkonfiguraatioiden vertailuun. Vertailussa varioidaan jänteiden määrää, materiaalia, sijaintia ja jännevoimaa. Laskennassa hyödynnetään Winkler Spring Analogy (WSA)-menetelmää sekä numeerisia malleja.
Tutkimuksessa havaitaan, että jälkijännitettyjen CLT-seinien tutkimus on painottunut maanjäristysalueille, ja Suomen olosuhteita vastaavissa olosuhteissa tehtyjä tutkimuksia on vähän. Kokeellisen datan vähyyden vuoksi numeeristen laskentamallien kalibrointi ja validointi on haastavaa. Tutkimuksen perusteella laskentamallien validointiin ja esisuunnitteluun voidaan hyödyntää WSA-laskentamenetelmää. Jännekonfiguraation havaitaan olevan tehokkain sen sisältäessä vähintään kaksi jännetankoa, jotka on sijoitettu seinäpoikkileikkauksen reunoille. Tehokkain tankomateriaali on tutkimuksen perusteella mahdollisimman jäykkä materiaali, sillä näin voidaan käyttää halkaisijaltaan ohuempia tankoja ja säästää porauskustannuksissa.
In the first phase of the study the current state of the usage of post-tensioned CLT-walls is researched based on literature. Literature research is also used to find out which post-tension configurations are used in existing buildings. In addition, the currently used calculation methods are introduced and their feasibility is assessed from the perspective of structural engineers.
In the second phase of the study different wall configurations are compared using calculation methods chosen in the first phase of the study. The placement, number, material, and forces of the post-tensioning bars are variated in the comparison. The Winkler Spring Analogy (WSA) method and numerical analysis are used in the calculations.
The study shows that research of the post-tensioned walls is focused to seismic areas and there are only a few studies conducted in non-seismic regions. Due to the lack of experimental data, calibration and validation of the numerical models are challenging. Based on the research WSA method can be used in the predesign of structures and validation of numerical models.
The post-tension configuration is shown to be the most effective, when including at least two bars located on the opposite ends of the cross section. According to the study, the most effective bar material is the one with the high elastic modulus. By using a material with high modulus of elasticity the diameter of the bar can be minimized, which affects to the drilling in the manufacturing process.