Harjateräksen ja betonin välisen tartunnan mittaaminen vetoterästen limijatkoksissa teräsbetonipalkeissa

Abstract

Teräsbetonissa olevia raudoitetankoja ei usein ole isommissa rakenteissa mahdollista toteuttaa täysimittaisina, sillä tankojen kuljettaminen työmaalle muuttuu liian vaikeaksi. Tällöin raudoitetankoja joudutaan jatkamaan työmaalla. Yksinkertainen ja yleinen toteutustapa jatkamiseen on limijatkos, jossa jatkettavat tangot asetetaan jatkospituuden matkalta vierekkäin rakenteessa. Jännitykset siirtyvät jatkoksessa terästangolta toiselle betonin välityksellä. Riittävän limityspituuden oikea määrittäminen on toteutetun rakenteen kannalta kriittistä, sillä liian lyhyen jatkospituuden käyttäminen johtaa rakenteen murtumiseen hauraasti suunniteltua pienemmällä rasituksella. Limijatkos vaikuttaa myös rakenteen paikallisiin jäykkyysominaisuuksiin, sillä teräsmäärä jatkoksen kohdalla on suurempi. Limijatkoksen riittävän jatkospituuden määrittämiseen käytettävä kaava uudistuu uudessa eurokoodissa.

Tässä työssä tutkittiin kokeellisesti limijatkosalueen käyttäytymistä taivutusrasitetun teräsbetonipalkin vedetyssä pinnassa. Tutkimuksessa tutkittavat teräsbetonipalkit olivat poikkileikkaukseltaan neljää eri kokoa. Raudoitustankojen halkaisija muuttuu palkin poikkileikkauksen mukananiin, että raudoitussuhde olisi kaikilla palkeilla suunnilleen sama. Koekappaleissa käytetty limijatkospituus vaihtelee välillä 20–60 kertaa raudoitustangon halkaisija. Lisäksi limijatkoksen sisältävän palkin toimintaa verrataan palkkiin, jossa kaikki pääteräkset ovat täysimittaisia. Tutkittavia koekappaleita oli yhteensä 40.

Koekappaleet asetettiin neljän pisteen taivutuskuormitusjärjestelyyn, jossa limijatkoksen alueella on tasainen taivutusmomentti eikä leikkausvoimarasitusta. Mittauksilla selvitettiin palkin taipumaa, käyristymää, momenttikestävyyttä sekä raudoitusterästen jännityksiä ja venymiä erityisesti limijatkoksen alueella ja sen välittömässä läheisyydessä. Mittauksia suoritettiin sekä venymäantureilla terästangoista, siirtymäantureilla betonin pinnasta että Digital Image Correlation -menetelmällä koekappaleen kyljestä otetuista valokuvista. Työssä erityisenä tavoitteena oli limijatkoksen toiminnan mittaamisen lisäksi verrata eri menetelmillä saatuja tuloksia toisiinsa ja arvioida eri mittausmenetelmien etuja ja heikkouksia.

Koekuormitusten perusteella vaadittiin 30-40 kertaa tangon halkaisijan pituinen limijatkospituus siirtämään B500B-luokan harjaterästangon myötöjännitystä vastaava voima terästangolta toiselle. Tätä suurempi limijatkospituus paransi jatkoksen kestävyyttä teräksen myötörajan jälkeen tapahtuville muodonmuutoksille. Harjateräksiin liimatut venymäanturit toimivat hyvin terästen muodonmuutoksien pysyessä pieninä, mutta myötörajan jälkeen saatujen tulosten epäluotettavuus kasvoi ja suurilla venymillä tuloksia ei saatu lainkaan. Digital Image Correlation -mittaukset osoittivat kätevyytensä betonin pinnan muodonmuutosten mittaamisessa ollen tulosten käsittelyssä huomattavasti joustavampi mittaustapa mekaanisiin siirtymäantureihin verrattuna.