Nostolenkkien kapasiteetit betonielementissä

Abstract

Betonielementtien nostolenkeille vaaditaan jatkossa CE-merkintä. Nostolenkit ja -ankkurit on siirretty konedirektiivin 2006/42/EY alaisuuteen ja niihin viitataan nostoapuvälineinä. Konedirektiivi ei kuitenkaan sisällä tarkkoja keinoja nostolenkkien mitoitukseen tai testaukseen. Se ei myöskään viittaa pakollisesti mihinkään standardiin. Siinä kuitenkin määritellään, että mm. lujuuden todentaminen, käyttöohjeiden laadinta ja vaatimustenmukaisuusvakuutus ovat pakollisia CE-merkinnän kannalta. Muita velvoittavia standardeja ovat valtioneuvoston asetus 400/2008 ja konedirektiivin avustava julkaisu 2006/42/EC. Opinnäytetyön toimeksiantaja Pintos Oy toimii nostolenkkien valmistajana, joten CE-merkinnän saavuttaminen tuotteille on edellytys toiminnan jatkamiselle. Pintos Oy:n nostolenkit ovat pääasiassa pyöröteräksestä valmistettuja, jonka vuoksi tässä työssä keskitytään pääasiassa niihin. Aihe rajataan nostolenkkien lujuuden todentamiseen laskennallisilla ja kokeellisilla mitoitusmenetelmillä. Tavoitteena on selvittää laskennallisen mitoituksen eri lähteitä, niiden käyttökelpoisuutta ja paikkansapitävyyttä. Lisäksi luodaan nostolenkeille käytönaikaista toimintaa simuloiva testausprosessi, jonka avulla saadaan todellista tietoa nostolenkkien toiminnasta ja kapasiteeteista.

Nostolenkkien laskennallista mitoitusta vertaillaan kolmen eri lähteen välillä: Betoniteollisuus Ry Betonielementtien nostolenkit ja -ankkurit, tekninen raportti SFS CEN/TR 15728 ja Betonirakenteissa käytettävien kiinnikkeiden suunnittelu eurokoodi SFS-EN 1992-4. Lähteiden mitoitusmenetelmissä ja niiden laajuuksissa on suuria eroavaisuuksia. Kokeellista mitoitusta varten testausprosessi perustuu standardiin SFS-EN 13155. Itse kokeellisessa tutkimuksessa betonielementtiin keskeisesti kiinnitettyä nostolenkkiä rasitettiin vetokokeella murtoon saakka. Kyseessä oli staattinen koe, joka testasi nostolenkin ja betonin yhteistoimintaa, sekä nostolenkin teräksen ja betonin kapasiteettia. Vetokokeessa mitattiin voimaa ja nostolenkin siirtymää. Lisäksi koepäivänä tehtiin useita betonin puristuslujuuskokeita, jotta varmistuttiin oikeasta lujuudesta, simuloiden tehdasolosuhteissa betonielementin muotista noston lujuutta.

Laskennallisista mitoitusmenetelmistä kävi ilmi, että suurimpia kapasiteetteja nostolenkeille saatiin lähes poikkeuksetta Betoniteollisuus Ry:n nostolenkit ja -ankkurit julkaisun avulla. Suurimpana erona muihin laskennallisiin menetelmiin oli nostolenkin kapasiteetin hyödyntäminen teräksen murtolujuuteen saakka. Muissa lähteissä käytettiin myötölujuutta. Lisäksi vedon- ja leikkausvoiman yhteisvaikutuskaavoissa oli suuria eroja. Esim. NA16-nostolenkille saatiin nostolenkit ja -ankkurit ohjeen avulla noin 1,5 kertaisia sallittuja kuormia muihin laskennallisiin mitoitustapoihin verrattuna. Nostolenkit ja -ankkurit ohjeen heikkoutena voidaan pitää ennalta määritettyjä nostolenkkien minimi ankkurointipituuksia.

Vetokokeet onnistuivat hyvin ja koesarjojen välinen variaatio oli pientä. Kokeellisen mitoituksen avulla saatiinkin hieman suuremmat nostolenkin sallitut kuormat SA16-nostolenkeille, kuin laskennallisella mitoituksella. Ero sallituissa kuormissa kokeellisen mitoituksen ja Betoniteollisuus Ry:n nostolenkit ja -ankkurit julkaisun välillä oli n. 5,0 kN, betonielementin paksuuksilla 130 ja 160 mm. Standardien ja ohjeistuksien määrittämissä kokonaisvarmuuskertoimissa oli huomattavia eroja, joita pyrittiin hieman tasaamaan käyttämällä kaikille mitoitustavoille dynaamista kerrointa 1,6. Nostolenkeille tarvittaisiin yhtenäinen kansallinen linjaus mm. varmuuskertoimista. Kuitenkin yhdelle SA16-nostolenkille saatiin kokeellisella mitoituksella sallituksi kuormaksi 45,6 kN betoninelementin paksuudella 130 mm ja 54,1 kN paksuudella 160 mm. Tulokset oli normalisoitu betonin kuutiopuristuslujuudelle 15 MPa.