Eristetyn muottiharkkoseinän laskennallinen mitoitus kuormituskokeiden perusteella
Salonen, Juuso (2013)
Salonen, Juuso
2013
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Tuotantotalouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2013-11-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201311181445
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201311181445
Tiivistelmä
Tarve tälle työlle ilmeni, kun Rakennusteollisuus RT tilasi VTT:ltä kuormituskokeen, jossa kuormitettiin eristettyjä muottiharkkoseiniä epäkeskeiselle puristukselle ja puristuksen ja taivutuksen yhdistelmälle. Kokeissa huomattiin rakenteissa olevan paljon ylimääräistä varmuutta. Tämän työn tarkoitus oli luoda luotettava laskentamalli, joka toimisi kuormituskokeiden havaintojen mukaisesti. Jo työn alussa huomattiin, että erillisillä yksinkertaisilla laskentamalleilla molemmat kuormitustavat saadaan laskettua hyvin. Suuremman työn takana oli luoda yksi laskentamalli, jolla saadaan ratkaistua molemmat kuormitustapaukset, eli joka toimii myös kuormitusten yhdistelyyn.
Työn painoarvo oli koko ajan laskennassa, jota hiottiin työn loppuun asti. Ongelmia aiheuttivat mm. betonin ja betoniterästen yhteistoiminnan kuvaaminen, eristeen materiaaliominaisuudet sekä ohjelmistolliset rajoitteet. Lopullinen laskentamalli on edellämainittujen kompromissi, joka täyttää työlle asetetut tavoitteet ja on jalostettavissa työkaluksi oikeiden harkkorakenteiden mitoitukseen. Betonin ja terästen yhteistoiminta kuvattiin lopullisessa laskentamallissa teräksen ympärille mallinnetulla heikennetyllä alueella, joka salli teräksen ottaa voimia betonin menetettyä vetolujuutensa. Käytetyn ohjelman lisenssiehtojen takia aivan kaikkia kyseisen ohjelman ominaisuuksia ei työssä saatu käytettyä, mutta lopulta käytössä ollut lisenssi osoittautui riittäväksi laskentamallin luomiseksi. Eristeen materiaaliominaisuudet osoittautuivat kuitenkin lopulta suurimmaksi ongelmaksi työn tekemisessä niiden suuren vaihtelun takia. Lopulliset tulokset laskettiin eristeen arvoilla, jotka saatiin muuttamalla niitä kunnes tulokset vastasivat kuormitusten tuloksia.
Lopulta malli saatiin toimimaan halutusti, ja yhdellä mallilla saatiin laskettua molemmat kuormitustapaukset. Suurimmaksi epävarmuudeksi jäi eristeen materiaaliominaisuudet, kuten edellisessä kappaleessa todettiin. Lopulta todettiin, että harkkojen väliin on syytä asentaa esimerkiksi teräksiä, jotka siirtävät kuormaa kuorelta toiselle. Jos kuorma halutaan siirtää pelkästään eristeellä, on eristeen ominaisuuksia huononnettava riittävän varmuuden saamiseksi niin paljon, että eristeen antama hyöty analyysiin muuttunee lähes merkityksettömäksi. Tämän työn tuloksista huomattiin kuitenkin se, että toisen kuoren mukaan ottaminen analyysin on ehdottomasti kannattavaa rakenteen kestävyyden kannalta. Työn jälkeen on tarkoitus aloittaa mitoitusohjeiden laskenta, joka perustuu tässä työssä luotuun laskentamalliin. Jotta nyt luotua malli voidaan hyödyntää mitoituksessa, täytyy täytyy ratkaista se, miten se saadaan luotettavasti tehtyä. The need for this thesis appeared when Confederation of Finnish Construction Industries RT ordered loading test of real size stackable heat-insulating hollow block wall from VTT. The walls were loaded in two different ways; one with eccentrically applied compressive force and one with continuous lateral load and compressive load. It was shown in these loadings, that there is a lot of extra certainty in these kind of structures. The purpose of this works is to create a working analysis model for these structures, with which can both loading types be calculated. When both loading types can be calculated with one model, there is a possibility to calculate different kinks of loadings.
The main focus of this thesis has been in analysis. Biggest problems were faced with the analysis of concrete and rebars, material properties of insulation and software limitations. The final analysis model is a compromise of the previous that fulfills the objective of this Thesis. The model constructed can also be processed in to a model that can be used in analysing real block structures. The united action of concrete and rebars was modeled in the final analysis model with weakened area of concrete around the rebar. The weakening allowed rebars some force after the concretes tension yield strength was reached. Because of licensing terms of the analysis program all of the features in the program could not be used, but in the end the license that was used proved to be proficient to the task in hand. Material properties of the insulation used ended up to be the biggest problem in the analysis because big variation of the properties. Final results were analysed with insulations material properties that were determined by fixing them so, that the results matched the results of the performed loadings.
In the end the model worked the way it was supposed and both loading scenarios could be calculated with one analysis model. The biggest uncertainty ended up being the material properties of the insulation, as stated before. For future preference it was stated that for example there should be rebars installed between the hollow block shells. These rebars would transfer loads from shell to shell. If loads are transferred solely through insulation the material properties of the insulation should be weakened to gain enough certainty on the bearing load of the structure. After these weakenings the benefit of the insulation could end up being meaningless. This thesis clearly showed that analysing the whole heat-insulating hollow block is definitely profitable, it only needs to bee studied how it can be done in a reliably way.
Työn painoarvo oli koko ajan laskennassa, jota hiottiin työn loppuun asti. Ongelmia aiheuttivat mm. betonin ja betoniterästen yhteistoiminnan kuvaaminen, eristeen materiaaliominaisuudet sekä ohjelmistolliset rajoitteet. Lopullinen laskentamalli on edellämainittujen kompromissi, joka täyttää työlle asetetut tavoitteet ja on jalostettavissa työkaluksi oikeiden harkkorakenteiden mitoitukseen. Betonin ja terästen yhteistoiminta kuvattiin lopullisessa laskentamallissa teräksen ympärille mallinnetulla heikennetyllä alueella, joka salli teräksen ottaa voimia betonin menetettyä vetolujuutensa. Käytetyn ohjelman lisenssiehtojen takia aivan kaikkia kyseisen ohjelman ominaisuuksia ei työssä saatu käytettyä, mutta lopulta käytössä ollut lisenssi osoittautui riittäväksi laskentamallin luomiseksi. Eristeen materiaaliominaisuudet osoittautuivat kuitenkin lopulta suurimmaksi ongelmaksi työn tekemisessä niiden suuren vaihtelun takia. Lopulliset tulokset laskettiin eristeen arvoilla, jotka saatiin muuttamalla niitä kunnes tulokset vastasivat kuormitusten tuloksia.
Lopulta malli saatiin toimimaan halutusti, ja yhdellä mallilla saatiin laskettua molemmat kuormitustapaukset. Suurimmaksi epävarmuudeksi jäi eristeen materiaaliominaisuudet, kuten edellisessä kappaleessa todettiin. Lopulta todettiin, että harkkojen väliin on syytä asentaa esimerkiksi teräksiä, jotka siirtävät kuormaa kuorelta toiselle. Jos kuorma halutaan siirtää pelkästään eristeellä, on eristeen ominaisuuksia huononnettava riittävän varmuuden saamiseksi niin paljon, että eristeen antama hyöty analyysiin muuttunee lähes merkityksettömäksi. Tämän työn tuloksista huomattiin kuitenkin se, että toisen kuoren mukaan ottaminen analyysin on ehdottomasti kannattavaa rakenteen kestävyyden kannalta. Työn jälkeen on tarkoitus aloittaa mitoitusohjeiden laskenta, joka perustuu tässä työssä luotuun laskentamalliin. Jotta nyt luotua malli voidaan hyödyntää mitoituksessa, täytyy täytyy ratkaista se, miten se saadaan luotettavasti tehtyä.
The main focus of this thesis has been in analysis. Biggest problems were faced with the analysis of concrete and rebars, material properties of insulation and software limitations. The final analysis model is a compromise of the previous that fulfills the objective of this Thesis. The model constructed can also be processed in to a model that can be used in analysing real block structures. The united action of concrete and rebars was modeled in the final analysis model with weakened area of concrete around the rebar. The weakening allowed rebars some force after the concretes tension yield strength was reached. Because of licensing terms of the analysis program all of the features in the program could not be used, but in the end the license that was used proved to be proficient to the task in hand. Material properties of the insulation used ended up to be the biggest problem in the analysis because big variation of the properties. Final results were analysed with insulations material properties that were determined by fixing them so, that the results matched the results of the performed loadings.
In the end the model worked the way it was supposed and both loading scenarios could be calculated with one analysis model. The biggest uncertainty ended up being the material properties of the insulation, as stated before. For future preference it was stated that for example there should be rebars installed between the hollow block shells. These rebars would transfer loads from shell to shell. If loads are transferred solely through insulation the material properties of the insulation should be weakened to gain enough certainty on the bearing load of the structure. After these weakenings the benefit of the insulation could end up being meaningless. This thesis clearly showed that analysing the whole heat-insulating hollow block is definitely profitable, it only needs to bee studied how it can be done in a reliably way.