Teräksisen suurpaalun rakenteellinen toiminta siltarakenteissa

Abstract

Peruskallioon ulottuvat suurpaalut ovat yleinen perustustapa siltapaikan sijaitessa huonosti kantavalla maaperällä. Paalut kiinnittyvät sillan rakenneosiin joko nivelellisesti tai monoliittisesti ja ovat usein myös vaakasuunnassa kuormitettuja. Tällaisessa tilanteessa toisen kertaluvun vaikutusten huomioon ottaminen on oleellinen osa mitoitusta. Koska paalut ovat lisäksi ympäröity maa-aineksella, on rakenteen ja maan yhteistoiminta myös otettava mitoituksessa huomioon. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, miten toisen kertaluvun vaikutukset tulisi ottaa huomioon teräksisten suurpaalujen mitoituksessa ja sen avulla pyrkiä tuottamaan selkeämpää ja yksinkertaisempaa tietoa suurpaalujen mitoitukseen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa tehtiin kirjallinen selvitys suurpaalujen käytöstä siltakohteissa sekä selvitettiin nykyisiä mitoituskäytäntöjä. Tämän jälkeen tehtiin laskennallinen selvitys, jossa selvitettiin epälineaarisen FE-mallin avulla toisen kertaluvun momentin kehittymistä erilaisilla paaluperustuksilla. Paaluja tarkasteltiin sekä yksittäisinä rakenteina että pilarin jatkeina. Saatuja tuloksia vertailtiin analyyttisesti laskettuihin arvoihin niiltä osin kuin se oli mahdollista. Momentin kehittymisen lisäksi laskennallisessa selvityksessä tehtiin vertailulaskelmia todellisten kohteiden kanssa. Vertailun avulla saatiin käsitys, millainen vaikutus lineaarisella rakennemallilla ja analyyttisesti lasketulla toisen kertaluvun momentilla on suoraan epälineaarisella rakennemallilla laskettuun toisen kertaluvun momenttiin. Laskelmien perusteella nykyinen menetelmä antaa momentille hyvin konservatiivisen arvon verrattuna tutkimuksen tarkkaan menetelmään. Tutkimuksen tuloksena saatiin tietoa, miten erilaiset perustusratkaisut, kuormituksen kesto ja maa-ainekset vaikuttavat paaluun syntyvään momenttiin ja toisen kertaluvun vaikutuksiin. Lisäksi nykyisen ohjeistuksen analyyttisillä kaavoilla laskettujen arvojen todettiin vastaavan hyvin numeerisella menetelmällä laskettuja arvoja. Tehdyn tutkimuksen pohjalta nousi tarvetta suorittaa jatkotutkimuksia ennen kuin toisen kertaluvun vaikutusten huomioimiseksi voidaan antaa mitään yleispätevää ohjeistusta.