Teräsbetonilaatan lävistymisen analysointi epälineaarisella elementtimenetelmällä
Råberg, Lotta (2013)
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-201311211469
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201311211469
Tiivistelmä
Pilari-laattarakenne on nykyaikana suosittu ratkaisu monissa rakennuksissa, sillä rakenne on yksinkertainen ja nopea rakentaa. Lisäksi se luo vapautta rakennuksen layoutin suunnitteluun sekä parantaa rakennuksen muuntojoustavuutta. Sen haasteena on pilarin päällä olevaan laattaan syntyvä monimutkainen kolmiulotteinen jännitystila, joka voi aiheuttaa pilarin lävistymisen laatan läpi hyvinkin nopeasti ilman merkittäviä ulkoisia ennusmerkkejä. Työn alussa kerrotaan teoriatasolla mitä lävistymisessä tapahtuu ja millaisia mekaanisia malleja kansainvälisissä tutkimuksissa on lävistymiselle kehitetty.
Työssä on tutkittu epälineaarisen kolmiulotteisen FEM-mallinnuksen soveltuvuutta lävistymisen mallintamiseen. Työn teoriaosuudessa on käyty läpi epälineaariseen FEM-mallinnukseen liittyvää teoriaa siten, että siinä on keskitytty lävistymisen mallintamisessa oleellisiin asioihin. Työssä on mallinnettu Code_Aster-ohjelmistolla laboratoriossa koestettu pilari-laattarakenne ja verrattu FEM-mallinnuksesta ja laboratoriokokeesta saatuja tuloksia toisiinsa. Tämän pohjalta arvioitiin FEM-mallinnuksen soveltuvuutta lävistymisen mallintamiseen ja täten rakennesuunnittelussa tehtävien päätösten tueksi. Saadut tulokset vastasivat muuten melko tarkasti laboratoriossa saatuja tuloksia, mutta FEM-mallinnetussa laatassa ei tapahtunut lävistysmurtoa, vaan se murtui taivutusmurrolla. Sen pohjalta voidaan arvioida, että FEM-mallinnus soveltuu teräsbetonisen laatan mallinnukseen, mutta lävistymisen onnistunut mallintaminen on epävarmaa tässä työssä käytetyllä menetelmällä. Kuitenkin FEM-mallinnuksesta saadun oikeanlaisen kuorma-taipumakuvaajan ja Muttonin teorian mukaisen murtokriteerin avulla pystytään lävis-tyskuorma sekä taipuma lävistyshetkellä arvioimaan hyvin tarkasti oikein.
Pilari-laattarakenteen mitoittaminen lävistymiselle on tärkeä osa rakenteen mitoituksessa ja se tehdään usein jonkin suunnitteluohjeen mukaisesti. Työssä selvitettiin FEM-mallinnetun koesarjan avulla, miten laatan lävistyskapasiteetti kasvoi laatan paksuuden kasvaessa ja millaisia lävistyskapasiteetteja suunnitteluohjeet antoivat vastaaville laatoille. Tulokseksi saatiin, että laatan paksuuden kasvaessa eri suunnitteluohjeiden mukainen varmuus pienenee todelliseen lävistyskapasiteettiin nähden, mutta saadut ratkaisut ovat koko ajan varmalla puolella. Riippumatta laatan paksuudesta, antaa Eurokoodi suuremman lävistyskapasiteetin kuin Suomen rakentamismääräyskokoelman tai Eurokoodin uudistuvan Suomen kansallisen liitteen mukaiset laskennat.
Työssä on tutkittu epälineaarisen kolmiulotteisen FEM-mallinnuksen soveltuvuutta lävistymisen mallintamiseen. Työn teoriaosuudessa on käyty läpi epälineaariseen FEM-mallinnukseen liittyvää teoriaa siten, että siinä on keskitytty lävistymisen mallintamisessa oleellisiin asioihin. Työssä on mallinnettu Code_Aster-ohjelmistolla laboratoriossa koestettu pilari-laattarakenne ja verrattu FEM-mallinnuksesta ja laboratoriokokeesta saatuja tuloksia toisiinsa. Tämän pohjalta arvioitiin FEM-mallinnuksen soveltuvuutta lävistymisen mallintamiseen ja täten rakennesuunnittelussa tehtävien päätösten tueksi. Saadut tulokset vastasivat muuten melko tarkasti laboratoriossa saatuja tuloksia, mutta FEM-mallinnetussa laatassa ei tapahtunut lävistysmurtoa, vaan se murtui taivutusmurrolla. Sen pohjalta voidaan arvioida, että FEM-mallinnus soveltuu teräsbetonisen laatan mallinnukseen, mutta lävistymisen onnistunut mallintaminen on epävarmaa tässä työssä käytetyllä menetelmällä. Kuitenkin FEM-mallinnuksesta saadun oikeanlaisen kuorma-taipumakuvaajan ja Muttonin teorian mukaisen murtokriteerin avulla pystytään lävis-tyskuorma sekä taipuma lävistyshetkellä arvioimaan hyvin tarkasti oikein.
Pilari-laattarakenteen mitoittaminen lävistymiselle on tärkeä osa rakenteen mitoituksessa ja se tehdään usein jonkin suunnitteluohjeen mukaisesti. Työssä selvitettiin FEM-mallinnetun koesarjan avulla, miten laatan lävistyskapasiteetti kasvoi laatan paksuuden kasvaessa ja millaisia lävistyskapasiteetteja suunnitteluohjeet antoivat vastaaville laatoille. Tulokseksi saatiin, että laatan paksuuden kasvaessa eri suunnitteluohjeiden mukainen varmuus pienenee todelliseen lävistyskapasiteettiin nähden, mutta saadut ratkaisut ovat koko ajan varmalla puolella. Riippumatta laatan paksuudesta, antaa Eurokoodi suuremman lävistyskapasiteetin kuin Suomen rakentamismääräyskokoelman tai Eurokoodin uudistuvan Suomen kansallisen liitteen mukaiset laskennat.