Jälkijännitetyn betonipoikkileikkauksen vaurionsietokyvyn laskennallinen arviointi

Abstract

Jänneteräksen vaurioitumisesta aiheutuva rakenteen murtotapa voi olla hauras. Rakenteen murtuessa hauraasti, menettää se kapasiteettinsa äkillisesti ja arvaamattomasti, minkä vuoksi haurasta murtotapaa on vältettävä suunnittelussa. Ongelmalliseksi jännitettyjen rakenteiden kohdalla muodostuu kuitenkin jänneterästen vaurioiden venymäominaisuuksia rajoittava luonne. Jänneteräs voi vaurioitua paikallisesti satunnaisesta kohdasta jännityskorroosioilmiöiden vaikutuksesta. Tartunnallisilla jänteillä jänneteräksen paikallinen vaurio pienentää jänneteräksen tehollista poikkileikkauspinta-alaa siinä poikkileikkauksessa, jossa vaurio ilmenee. Jänneteräksen vaurion havaitsemiseksi riittävän ajoissa on varmistuttava siitä, että rakenne varoittaa jännevaurion tapauksessa selkeästi havaittavissa olevilla siirtymillä ja muodonmuutoksilla. Varoittaessaankin rakenteen on kyettävä kantamaan sille mitoitetut kuormitukset.

Tässä työssä esitellään jälkijännitetyn betonipoikkileikkauksen vaurionsietokyvyn arviointiin laskentamenetelmä, joka huomioi jänneteräksen vaurioitumisen. Lisäksi työssä sovelletaan esiteltävää menetelmää kahden eri mitoitusaikakauden siltarakenteen pääpalkkien tuki- ja kenttäpoikkileikkausten vaurionsietokyvyn arviointiin. Laskentatulosten analysoinnissa perehdytään erityisesti rakenteiden sitkeyskäyttäytymisen arviointiin jännevaurion tapauksessa. Työssä arvioidaan lisäksi mahdollisuuksia hyödyntää esiteltävää laskentamenetelmää uusien rakenteiden mitoituksessa ja pehmeän vetoraudoitteen tarpeen arvioinnissa.

Yksinkertaisimmillaan laskentamenetelmä on kaksivaiheinen: Ensimmäisessä vaiheessa poikkileikkauksen jänneteräksen poikkileikkauspinta-alaa redusoidaan, kunnes vauriosta varoittava halkeama syntyy betoniin tavallisella kuormitusyhdistelmällä. Toisessa vaiheessa ratkaistaan rakenteen taivutuskapasiteetti redusoidulla jänneteräsmäärällä, ja verrataan kapasiteettia harvinaisen kuormitusyhdistelmän aiheuttamiin rasituksiin.

Työssä tarkasteltujen case-kohteiden vaurionsietokyvyn laskennallisen arvioinnin tulosten perusteella voitiin todeta eri mitoitusaikakausien normistoissa olevan eroja sitkeystarkastelun suhteen. Molempien tarkasteltujen rakenteiden kenttäpoikkileikkaukset käyttäytyivät tarkasteluissa sitkeästi jännevaurion tapauksessa. Sen sijaan 1970-luvulla suunnitellun sillan tukipoikkileikkauksesta löydettiin jännevaurion tapauksessa vaarallisin mahdollinen tilanne: poikkileikkaukseen ei muodostuisi halkeamaa tavallisella kuormitusyhdistelmällä, vaikka jänneteräkset katkeaisivat, eikä poikkileikkaus myöskään kestäisi harvinaisen kuormitusyhdistelmän rasituksia jänneterästen katkettua. Toisaalta myös 2020-luvulla suunnitellun rakenteen tukipoikkileikkauksesta löydettiin tilanne, jossa rakenteen kapasiteetti ei olisi jänneterästen redusoinnin jälkeen riittävä harvinaista kuormitusyhdistelmää vastaan. Tällöin kuitenkin rakenteeseen osoitettiin muodostuvan halkeama teräsmäärää redusoimalla. Lisäksi huomattiin, että poikkileikkaus täyttää Eurokoodin asettaman sitkeysehdon.

Tutkimuksen case-tarkastelujen tuloksia ei voida yleistää koskemaan kaikkia kyseisten mitoitusaikakausien rakenteita otannan ollessa hyvin pieni. Tutkimustulosten perusteella voidaan kuitenkin arvioida vaarallisia poikkileikkauksia löytyvän erityisesti vanhemmista siltarakenteista.