Precast Prestressed Concrete Beams Made Continuous as a Deck Structure
Kytölä, Ulla (2023)
Kytölä, Ulla
Tampere University
2023
Rakennetun ympäristön tohtoriohjelma - Doctoral Programme in the Built Environment
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.
Väitöspäivä
2023-11-24
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-3148-1
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-3148-1
Tiivistelmä
Pihakansirakenteet ovat raskaasti kuormitettuja, työmaaolosuhteiltaan vaativia, haasteellisia suunnitella ja täten myös kalliita rakentaa. Esijännitetyt betonielementit ovat tyypillisesti käytetty rakenneratkaisu suomalaisessa pysäköintirakentamisessa, mutta raskaasti kuormitetuissa pihakansirakenteissa niiden käyttö ei ole yhtä yleistä kuin paikallavalurakentaminen. Elementtirakentaminen ei ole yleistynyt pihakansirakenteissa, koska nykyaikaisilta pihakansien runkorakenteilta vaaditaan usein pitkiä jännevälejä sekä korkeaa kapasiteettia. Kun kyseiset vaatimukset kasvavat riittävästi, sekä kuljetus- että nostotekniset seikat hankaloituvat ja muuttuvat lopulta elementtiteknisesti toteutettavan rakenneratkaisun kannalta ylitsepääsemättömiksi haasteiksi.
Maailmalla esijännitettyjen elementtipalkkien käyttömahdollisuuksia on pyritty laajentamaan tekemällä yksiaukkoisista esijännitetyistä betonielementeistä jatkuvia kytkemällä ne yhteen työmaalla. Jatkuvien rakenteiden etu yksiaukkoisiin rakenteisiin nähden on, että niissä taivutusrasitukset ovat pienempiä, niillä on parempi vaurionsietokyky ja ne mahdollistavat momentin uudelleen jakaantumisen. Elementtien yhteen kytkemisellä saavutettavat hyötynäkökulmat ovat selkeitä, mutta rakenteen käyttöön liittyy myös haasteita. Jälkikäteen jatkuvaksi kytketyn rakenteen rasitukset ovat vaikeasti ennustettavia sekä ajasta riippuvia. Informaatiota jatkoksen sitkeydestä on myös rajallisesti.
Elementtipalkkien väliseen jatkuvuuteen keskittyvä kansainvälinen tutkimus liittyy lähinnä siltarakenteisiin. Tämä työ keskittyy selvittämään rakenneratkaisun käyttömahdollisuuksia raskaasti kuormitetuissa pihakansirakenteissa. Työn tavoite on saavuttaa parempi ymmärrys jälkikäteen jatkuvaksi kytkettyjen esijännitettyjen betonielementtipalkkien toiminnasta. Tutkimuksen aineistona toimii kolmivaiheisen, vuosina 2018-2021 toteutetun, kokeellisen tutkimuksen tulokset. Kokeellisessa tutkimuksessa keskityttiin tutkitun rakenteen ajasta riippuviin pakkovoimiin, jatkosalueen toimintaan kuormituksen lähestyessä murtoa sekä momentin uudelleen jakaantumiseen.
Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että yksiaukkoisten elementtipalkkien kapasiteettia voidaan kasvattaa merkittävästi kytkemällä ne työmaalla jatkuvaksi rakenteeksi. Tutkitun rakenteen taivutusrasitusjakaumaan palkin matkalla vaikuttaa kaksi erityistä tekijää: ajasta riippuvat pakkovoimat sekä palkin matkalla muuttuva taivutusjäykkyys. Rakenteeseen muodostuvat pakkovoimat voivat olla merkittäviä, mistä syystä niiden kehittymiseen vaikuttavat tekijät tulisi huomioida jo suunnitteluvaiheessa. Rakenteen jännittämätön jatkosalue halkeilee väistämättä muuta rakennetta aikaisemmin kuormituksen edetessä, mikä johtaa siihen, ettei rakenne toimi enää täysin jatkuvana. Tämä tulee ottaa huomioon rakenteen taivutusrasituksia määritettäessä. Koetulokset varmistivat myös, että tutkitun rakenteen jatkosalue käyttäytyy murrossa sitkeästi, kun esijännitetyn palkin päädyn laajenemista estävä hakaraudoitus ja laatan poikittaisraudoitus ovat riittävät.
Maailmalla esijännitettyjen elementtipalkkien käyttömahdollisuuksia on pyritty laajentamaan tekemällä yksiaukkoisista esijännitetyistä betonielementeistä jatkuvia kytkemällä ne yhteen työmaalla. Jatkuvien rakenteiden etu yksiaukkoisiin rakenteisiin nähden on, että niissä taivutusrasitukset ovat pienempiä, niillä on parempi vaurionsietokyky ja ne mahdollistavat momentin uudelleen jakaantumisen. Elementtien yhteen kytkemisellä saavutettavat hyötynäkökulmat ovat selkeitä, mutta rakenteen käyttöön liittyy myös haasteita. Jälkikäteen jatkuvaksi kytketyn rakenteen rasitukset ovat vaikeasti ennustettavia sekä ajasta riippuvia. Informaatiota jatkoksen sitkeydestä on myös rajallisesti.
Elementtipalkkien väliseen jatkuvuuteen keskittyvä kansainvälinen tutkimus liittyy lähinnä siltarakenteisiin. Tämä työ keskittyy selvittämään rakenneratkaisun käyttömahdollisuuksia raskaasti kuormitetuissa pihakansirakenteissa. Työn tavoite on saavuttaa parempi ymmärrys jälkikäteen jatkuvaksi kytkettyjen esijännitettyjen betonielementtipalkkien toiminnasta. Tutkimuksen aineistona toimii kolmivaiheisen, vuosina 2018-2021 toteutetun, kokeellisen tutkimuksen tulokset. Kokeellisessa tutkimuksessa keskityttiin tutkitun rakenteen ajasta riippuviin pakkovoimiin, jatkosalueen toimintaan kuormituksen lähestyessä murtoa sekä momentin uudelleen jakaantumiseen.
Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että yksiaukkoisten elementtipalkkien kapasiteettia voidaan kasvattaa merkittävästi kytkemällä ne työmaalla jatkuvaksi rakenteeksi. Tutkitun rakenteen taivutusrasitusjakaumaan palkin matkalla vaikuttaa kaksi erityistä tekijää: ajasta riippuvat pakkovoimat sekä palkin matkalla muuttuva taivutusjäykkyys. Rakenteeseen muodostuvat pakkovoimat voivat olla merkittäviä, mistä syystä niiden kehittymiseen vaikuttavat tekijät tulisi huomioida jo suunnitteluvaiheessa. Rakenteen jännittämätön jatkosalue halkeilee väistämättä muuta rakennetta aikaisemmin kuormituksen edetessä, mikä johtaa siihen, ettei rakenne toimi enää täysin jatkuvana. Tämä tulee ottaa huomioon rakenteen taivutusrasituksia määritettäessä. Koetulokset varmistivat myös, että tutkitun rakenteen jatkosalue käyttäytyy murrossa sitkeästi, kun esijännitetyn palkin päädyn laajenemista estävä hakaraudoitus ja laatan poikittaisraudoitus ovat riittävät.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4673]