Raudoittamattomien kumilevylaakereiden mitoitus talonrakentamisessa
Jussila, Seppo (2014)
2014
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Talouden 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
2014-04-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201403211136
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201403211136
Tiivistelmä
Yksikerroksisia kumilevylaakereita käytetään yleisesti betonielementtien liitoksissa tasauslaakereina. Lisäksi tasauslaakeri sallii pienen vaakavoiman ja kiertymän liitoksessa. Hyvin suunnitellussa ja toteutuneessa liitoksessa tukireaktion sijainti ja sen jakautumisala ovat optimaalisia.
Yksikerroksisten kumilevylaakereiden mitoituksesta tekee erilaisen monikerroksisiin nähden niiden painumakäyttäytyminen. Puristettuna yksikerroksisen kumilevylaakerin ja kontaktipinnan välillä kitka osittain pettää, jolloin laakeri laajenee sivuille ja sen pinta-ala kasvaa. Lisäksi vaakavoiman rasittamassa liitoksessa tapahtuu myös aina vaakavoimasta leikkausmuodonmuutosta ja kiinnittämättömillä laakereilla luistamista samaan aikaan.
Suunniteltaessa tavallista kumilevylaakeriliitosta laakerin koko mitoitetaan rajoittamalla sen painuman suuruutta ja paksuus määräytyy liitoksen vaakavoiman ja kiertymän vaikutuksesta. Mitoitettaessa kumin liukumoduuli on tyypillisesti ainoa merkittävä materiaaliparametri.
Tutkimuksessa on selvitetty kumilevylaakerin toimintaa sekä kirjallisuustutkimuksen perusteella, että kokeellisen tutkimuksen perusteella. Materiaaleina kokeissa oli CR ja NR. Kokeellisessa tutkimuksessa määritettiin kumilevylaakerin kimmokertoimet erilaisilla kontaktipinnoilla ja muotokertoimilla, kumilevyn laajeneminen puristettaessa ja kitkakerroin erilaisilla kontaktipinnoilla. Mitattuja puristus-, leikkaus- ja materiaalikokeista saatuja tuloksia verrattiin laskennallisiin mitoituksessa käytettyihin kaavoihin.
Tutkimuksen johtopäätöksissä todetaan standardiluonnoksessa prEN 1337-3:2011 ehdotettujen mitoituskaavojen, sekä norjalaisen B18 mitoitusmenetelmän, puristumalle olevan muita realistisempia suurilla puristuman arvoilla. Betonikappaleiden välissä kumin kimmokerroin on suurempi johtuen suuremmasta kitkakertoimesta. Kumilevyn laajenemisen mitoituskaavan todetaan olevan pätevä ainoastaan teräslevyjen välissä, kun taas betonin välissä laajeneminen on huomattavasti, 50…85 %, pienempää.
Kitkakertoimen mitoituskaava on tutkimuksen perusteella valittava kuorman vaikutusnopeuden perusteella. Leskelän mitoituskaava voisi olla mahdollinen korkealla kuormitusnopeudella ja liukumoduuliltaan jäykemmällä kumilla. Esimerkiksi tuulikuormalla kitkakertoimet ovat suurempia, kun taas matalammat kitkakerroinkäyrät sopivat hitaita kuormitusnopeuksia vastaaville pitkäaikaisille, ei kuitenkaan pysyville, kuormille.
Mittaustulosten tarkastelussa havaitaan, että laakereiden mitoitukseen on mahdollista määrittää koetulosten perusteella tarkempia painuman ja laajenemisen suunnittelukaavoja, mutta nämäkin olivat CR:lle ja NR:lle erilaisia ja olosuhteita muuttamalla niistä tulisi edelleen erilaisia. Käytännön suunnitteluun tarvitaankin likimääräisiä ja yksinkertaisia suunnittelukaavoja, jotka toimivat riittävän tarkasti.
Yksikerroksisten kumilevylaakereiden mitoituksesta tekee erilaisen monikerroksisiin nähden niiden painumakäyttäytyminen. Puristettuna yksikerroksisen kumilevylaakerin ja kontaktipinnan välillä kitka osittain pettää, jolloin laakeri laajenee sivuille ja sen pinta-ala kasvaa. Lisäksi vaakavoiman rasittamassa liitoksessa tapahtuu myös aina vaakavoimasta leikkausmuodonmuutosta ja kiinnittämättömillä laakereilla luistamista samaan aikaan.
Suunniteltaessa tavallista kumilevylaakeriliitosta laakerin koko mitoitetaan rajoittamalla sen painuman suuruutta ja paksuus määräytyy liitoksen vaakavoiman ja kiertymän vaikutuksesta. Mitoitettaessa kumin liukumoduuli on tyypillisesti ainoa merkittävä materiaaliparametri.
Tutkimuksessa on selvitetty kumilevylaakerin toimintaa sekä kirjallisuustutkimuksen perusteella, että kokeellisen tutkimuksen perusteella. Materiaaleina kokeissa oli CR ja NR. Kokeellisessa tutkimuksessa määritettiin kumilevylaakerin kimmokertoimet erilaisilla kontaktipinnoilla ja muotokertoimilla, kumilevyn laajeneminen puristettaessa ja kitkakerroin erilaisilla kontaktipinnoilla. Mitattuja puristus-, leikkaus- ja materiaalikokeista saatuja tuloksia verrattiin laskennallisiin mitoituksessa käytettyihin kaavoihin.
Tutkimuksen johtopäätöksissä todetaan standardiluonnoksessa prEN 1337-3:2011 ehdotettujen mitoituskaavojen, sekä norjalaisen B18 mitoitusmenetelmän, puristumalle olevan muita realistisempia suurilla puristuman arvoilla. Betonikappaleiden välissä kumin kimmokerroin on suurempi johtuen suuremmasta kitkakertoimesta. Kumilevyn laajenemisen mitoituskaavan todetaan olevan pätevä ainoastaan teräslevyjen välissä, kun taas betonin välissä laajeneminen on huomattavasti, 50…85 %, pienempää.
Kitkakertoimen mitoituskaava on tutkimuksen perusteella valittava kuorman vaikutusnopeuden perusteella. Leskelän mitoituskaava voisi olla mahdollinen korkealla kuormitusnopeudella ja liukumoduuliltaan jäykemmällä kumilla. Esimerkiksi tuulikuormalla kitkakertoimet ovat suurempia, kun taas matalammat kitkakerroinkäyrät sopivat hitaita kuormitusnopeuksia vastaaville pitkäaikaisille, ei kuitenkaan pysyville, kuormille.
Mittaustulosten tarkastelussa havaitaan, että laakereiden mitoitukseen on mahdollista määrittää koetulosten perusteella tarkempia painuman ja laajenemisen suunnittelukaavoja, mutta nämäkin olivat CR:lle ja NR:lle erilaisia ja olosuhteita muuttamalla niistä tulisi edelleen erilaisia. Käytännön suunnitteluun tarvitaankin likimääräisiä ja yksinkertaisia suunnittelukaavoja, jotka toimivat riittävän tarkasti.