Kantavien teräskuitubetonirakenteiden mitoitus
Mäntyranta, Mikko (2013)
2013
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2013-10-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201310241385
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201310241385
Tiivistelmä
Teräskuitubetonirakenteiden yleistymisen suurimpana rajoitteena on virallisten yleisesti hyväksyttyjen mitoitusohjeiden puuttuminen. Diplomityössä pyritään etsimään Suomeen soveltuvaa Eurokoodin mukaista kantavien teräskuitubetonirakenteiden mitoitustapaa käymällä läpi olemassa olevia ulkomaisia ohjeita ja aiheeseen liittyvää kirjallisuutta. Selvityksen pohjalta on esitelty merkittävimpiä maailmalla julkaistuja mitoitusohjeita sekä lyhyt kirjallisuusselvitys. Olennaista on myös teräskuitubetonin jäännösvetolujuuden määrittäminen, jota on taustoitettu eri ohjeiden tapauksessa. Työssä pohditaan lisäksi potentiaalisia käyttökohteita ja tutkitaan esimerkkinä teräskuitubetonista valmistetun pilarilaatan mitoitusta.
Selvityksen perusteella valittiin yksityiskohtaisempaan tarkasteluun saksassa julkaistu betoninormia DIN 1045 täydentävä DAfStb-Richlinie Stahlfaserbeton -ohje. Saksalainen ohje on yksi harvoista virallisista ohjeista ja se osoittautui normin DIN 1045 kanssa yksityiskohdiltaan kattavimmaksi. Ohje ei ole soveltamisalaltaan laajin, mutta se jättää yhdessä taustatietojen kanssa vähiten tulkinnanvaraisuutta. DIN 1045 -normissa esitetyt mitoitusohjeet ovat lähes yhtenevät normin EN 1992-1-1 kanssa käytettäessä saksalaista kansallista liitettä.
Useassa Euroopan maassa koekuormitettujen kantavien teräskuitubetonipilarilaattojen on havaittu toimivan riittävällä teräskuitumäärällä sitkeästi murtotilanteessa. Esimerkkilaskelmassa pyrittiin mitoittamaan toimistorakennukseen soveltuva pilarilaatta saksalaisen ohjeen mukaisesti. Ohjeen sallimissa rajoissa laatan paksuus muodostui noin puolitoistakertaiseksi tavanomaiseen laattaan verrattuna, jolloin taloudellisuus on kyseenalainen. Ratkaisevassa osassa on käytettävän jäännösvetolujuuden arvo, joka tyypillisesti määritetään taivutuskokeilla pienin koekappalein, jonka jälkeen saatu taivutusvetolujuus muutetaan suoraksi vetolujuudeksi. Lopullinen arvo ei välttämättä kuvaa todellista tilannetta laattamaista rakennetta suunniteltaessa. Suunniteltavan rakenneosan kokoa pyritään ohjeissa kuitenkin huomioimaan erilaisilla kokokertoimilla.
Työn kuluessa havaittiin, että esitettyä mitoitustapaa tulisi yksinkertaistaa mahdollisimman paljon, jotta sen käyttö voisi yleistyä. Jäännösvetolujuuden määrittämiseen ja rakenneosan koon huomioimiseen ei ole vielä löydetty yleisesti hyväksi todettua ratkaisua. Teräskuitubetonin potentiaalisia käyttökohteita ovat esimerkiksi pientalojen rakenteet, holvit, seinät, perustukset ja elementit sekä korkeata leikkauskapasiteettia tai dynaamisten kuormitusten kestokykyä vaativat rakenteet. Jatkotutkimuksiksi suositellaan vertailulaskelmien suorittamista muiden ohjeiden mukaisesti sekä kuormituskokeita.
Selvityksen perusteella valittiin yksityiskohtaisempaan tarkasteluun saksassa julkaistu betoninormia DIN 1045 täydentävä DAfStb-Richlinie Stahlfaserbeton -ohje. Saksalainen ohje on yksi harvoista virallisista ohjeista ja se osoittautui normin DIN 1045 kanssa yksityiskohdiltaan kattavimmaksi. Ohje ei ole soveltamisalaltaan laajin, mutta se jättää yhdessä taustatietojen kanssa vähiten tulkinnanvaraisuutta. DIN 1045 -normissa esitetyt mitoitusohjeet ovat lähes yhtenevät normin EN 1992-1-1 kanssa käytettäessä saksalaista kansallista liitettä.
Useassa Euroopan maassa koekuormitettujen kantavien teräskuitubetonipilarilaattojen on havaittu toimivan riittävällä teräskuitumäärällä sitkeästi murtotilanteessa. Esimerkkilaskelmassa pyrittiin mitoittamaan toimistorakennukseen soveltuva pilarilaatta saksalaisen ohjeen mukaisesti. Ohjeen sallimissa rajoissa laatan paksuus muodostui noin puolitoistakertaiseksi tavanomaiseen laattaan verrattuna, jolloin taloudellisuus on kyseenalainen. Ratkaisevassa osassa on käytettävän jäännösvetolujuuden arvo, joka tyypillisesti määritetään taivutuskokeilla pienin koekappalein, jonka jälkeen saatu taivutusvetolujuus muutetaan suoraksi vetolujuudeksi. Lopullinen arvo ei välttämättä kuvaa todellista tilannetta laattamaista rakennetta suunniteltaessa. Suunniteltavan rakenneosan kokoa pyritään ohjeissa kuitenkin huomioimaan erilaisilla kokokertoimilla.
Työn kuluessa havaittiin, että esitettyä mitoitustapaa tulisi yksinkertaistaa mahdollisimman paljon, jotta sen käyttö voisi yleistyä. Jäännösvetolujuuden määrittämiseen ja rakenneosan koon huomioimiseen ei ole vielä löydetty yleisesti hyväksi todettua ratkaisua. Teräskuitubetonin potentiaalisia käyttökohteita ovat esimerkiksi pientalojen rakenteet, holvit, seinät, perustukset ja elementit sekä korkeata leikkauskapasiteettia tai dynaamisten kuormitusten kestokykyä vaativat rakenteet. Jatkotutkimuksiksi suositellaan vertailulaskelmien suorittamista muiden ohjeiden mukaisesti sekä kuormituskokeita.