Lohenpyrstön muotoinen S-pistekoloa jäljittelevä pystysideliitos: Laskennallinen mitoitus ja vetokokeet

Abstract

Rakennusten sortumat ovat luonteeltaan tuhoisia tapahtumia, joista voi aiheutua merkittäviä henkilövahinkoja ja taloudellisia kustannuksia. Sortumia ei pystytä täydellisesti estämään, vaikka se on yksi tärkeimmistä rakennesuunnittelun tavoitteista. Oikeanlaisella suunnittelulla sortumien todennäköisyyttä ja vaikutuksia voidaan tosin pienentää. Erityisesti jatkuvan sortuman estäminen on tärkeää, koska tällä mekanismilla tapahtuvat sortumat ovat suhteettoman suuria alkuperäiseen vaurioon nähden ja pahimmillaan johtavat koko rakennuksen romahtamiseen. Sortumiin varaudutaan ensisijaisesti käyttämällä menetelmänä sidejärjestelmää ja jos sitä ei voida käyttää, turvaudutaan vaihtoehtoisiin kuormansiirtoreitteihin tai avainasemassa oleviin rakenneosiin. Sidejärjestelmässä rakenneosat sidotaan toisiinsa, jolla luodaan jatkuvuutta sekä rakenteelle kykyä jakaa kuormia uudelleen rakenneosien vaurioitumisen jälkeen. Sidejärjestelmään kuuluvia pystysiteitä käytetään pysäyttämään pystysuuntainen sortuman eteneminen tilanteessa, jossa rakenneosan alapuolelta vaurioituu esimerkiksi seinä ja sen antama tuki häviää. Putoamisen sijaan rakenteet jäävät ripustettuina pystysiteiden varaan.

Tässä tutkimuksessa tehtiin katsaus sortumien estämiseen rakenteellisin keinoin edellä nimetyin menettelyin. Tutkimus keskittyi erilaisiin pystysideliitoksiin pääpainon ollessa Jonecon Oy:n suunnittelemassa lohenpyrstön muotoisessa S-pistekoloa jäljittelevässä liitoksessa. Tämä liitostyyppi ei tarvitse ylimääräisiä komponentteja valmistuksessa, on edullinen, voidaan sijoittaa myös raskaasti raudoitettuihin elementteihin ja liitoksen sisältävien elementtien osuminen kohdalleen työmaalla elementtiasennuksen aikana on helpompaa. Liitos on kuitenkin suhteellisen uusi, ja siksi käyttökokemuksia sekä dokumentaatiota on rajallisesti saatavilla. Tutkimuksessa selvitettiin liitoksen laskennallista toimintaa, ja tuloksia pyrittiin varmentamaan vetokokeilla.

Liitos koostuu alempaan elementtiin tai perustuksiin sijoitettavasta ankkurointitapista, lohenpyrstön muotoisesta kolosta, kahdesta koloa reunustavasta U-haasta ja kolon vieressä olevista eljästä harjateräksestä koostuvasta jatkosraudoituksesta. Ankkurointitappi ja juotosbetoni tukeutuvat elementtiin kolon muodosta johtuvan vaarnavaikutuksen avulla.

Laskennallisessa tarkastelussa tutkittiin liitoksen kestävyyttä eurokoodin mukaisesti neljän erilaisen murtotavan suhteen. Lähtökohdaksi liitoksen kokonaiskestävyydelle otettiin pystysiteissä yleisesti käytettyjen T16 ja T20 harjaterästankojen myötökuorma sekä murtoraja- että onnettomuustilan mitoituksessa.

Vetokokeissa viidessä koekappaleessa muutettiin kolon korkeutta ja tapin sijaintia. Kuudentena vertailukoekappaleena oli profiloitua juotosputkea käyttävä liitos. Yhdessä koekappaleessa lopullinen murtotapa oli ankkurointitapin irtoaminen ja lopuissa tapin katkeaminen. Laskennallista tarkastelua verrattiin kahteen koekappaleeseen, joissa oli havaittavissa alkavaa betonin murtumista. Myös spiraloputkellisen liitoksen sisältänyt vertailukappale murtui ankkurointitapin katkeamisella, ja siksi liitosten kokeisiin perustuva kestävyyden vertailu ei toteutunut. Vetokokeissa liitoksen murtokestävyys vastasi hyvin teoreettista laskentaa. Puhdas betonimurto esiintyi vain yhdessä koekappaleessa, ja siksi liitoksen kestävyyden tilastollisen satunnaisvaihtelun suuruutta on mahdotonta määrittää pelkästään tämän työn perusteella.

Lohenpyrstön muotoista koloa käyttävä liitostyyppi osoittautui kestäväksi liitokseksi. Tutkimuksen lopputuloksena saatiin eri murtotapojen kestävyyksien mukaan optimoidut mitat lohenpyrstön muotoiselle pystysideliitokselle elementtirakentamiseen.