Liikuntasaumattoman sillan päätypenkereen käyttäytyminen – kokeellinen ja laskennallinen tutkimus
Mäntyranta, Lauri (2015)
2015
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
2015-03-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201502181098
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201502181098
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli tuottaa lisätietoa liikuntasaumattoman sillan päätypenkereen toiminnasta kokeellisen ja laskennallisen tutkimuksen avulla. Kokeellista tutkimusta varten on rakennettu Siltasimulaattori-koelaitteisto, jolla voidaan tutkia liikuntasaumattoman sillan päätypalkin ja -penkereen välistä yhteistoimintaa. Tutkimuksen keskeisenä tavoitteena oli myös analysoida Siltasimulaattorilla saatavia koetuloksia. Diplomityöhön sisältyi myös kirjallisuusselvitys, jossa tutkittiin erilaisia maanpaineteorioita sekä liikuntasaumattoman sillan päätypalkin ja -penkereen väliseen vuorovaikutukseen keskittyneitä tutkimuksia.
Siltasimulaattorilla tehdyissä koekuormituksissa tutkittiin etenkin päätypenkereen erilaisten ominaisuuksien vaikutusta. Koetulosten todettiin vastaavan melko hyvin oikealla liikuntasaumattomalla sillalla todettua käyttäytymistä. Päätypenkereen tiiviyden todettiin vaikuttavan selvästi varsinkin maanpaineen kehittymiseen. Koekuormituksissa tutkittiin myös kimmoisan materiaalin hyödyntämistä päätypalkin pinnalla. Kimmoisan materiaalin kokeissa maanpaineen kehittyminen oli hitaampaa ja maanpaineen maksimiarvot matalampia. Kimmoisan materiaalin todettiin myös tasanneen erilaisista päätytäytöistä johtuvia epäkeskisiä liikkeitä.
Siltasimulaattorista tehtiin FEM-malli PLAXIS 2D -ohjelmalla. Mallintamistuloksia verrattiin koekuormituksissa saavutettuihin tuloksiin ensisijaisesti maanpaineen kehittymisen osalta. FEM-mallintamisessa edettiin vaiheittain tutkien eri parametrien vaikutusta tuloksiin. FEM-mallissa todettu maanpaineen kehittyminen poikkesi koekuormituksissa todetusta varsinkin suuren alkujäykkyyden osalta, jonka vuoksi maanpaine kasvoi huippuarvoonsa jo pienillä muodonmuutoksilla. Poikkeavuudet FEM-mallin ja koetulosten kesken johtuvat todennäköisesti materiaalimallin huonosta soveltuvuudesta Siltasimulaattorin tapauksen mallintamiseen.
Siltasimulaattori-koelaitteistolla kyettiin toistamaan oikealla liikuntasaumattomalla sillalla todettua käyttäytymistä erilaisilla maamateriaaleilla, kuormitustiedoilla ja täytön tiiviyksillä hyvin nopealla tahdilla oikean sillan monitorointiin nähden. Siltasimulaattorilla tehtäviä kokeita ja FEM-mallin jatkokehitystä 3D-mallin osalta tulisikin jatkaa koetulosten paremman hyödyntämisen varmistamiseksi.
Siltasimulaattorilla tehdyissä koekuormituksissa tutkittiin etenkin päätypenkereen erilaisten ominaisuuksien vaikutusta. Koetulosten todettiin vastaavan melko hyvin oikealla liikuntasaumattomalla sillalla todettua käyttäytymistä. Päätypenkereen tiiviyden todettiin vaikuttavan selvästi varsinkin maanpaineen kehittymiseen. Koekuormituksissa tutkittiin myös kimmoisan materiaalin hyödyntämistä päätypalkin pinnalla. Kimmoisan materiaalin kokeissa maanpaineen kehittyminen oli hitaampaa ja maanpaineen maksimiarvot matalampia. Kimmoisan materiaalin todettiin myös tasanneen erilaisista päätytäytöistä johtuvia epäkeskisiä liikkeitä.
Siltasimulaattorista tehtiin FEM-malli PLAXIS 2D -ohjelmalla. Mallintamistuloksia verrattiin koekuormituksissa saavutettuihin tuloksiin ensisijaisesti maanpaineen kehittymisen osalta. FEM-mallintamisessa edettiin vaiheittain tutkien eri parametrien vaikutusta tuloksiin. FEM-mallissa todettu maanpaineen kehittyminen poikkesi koekuormituksissa todetusta varsinkin suuren alkujäykkyyden osalta, jonka vuoksi maanpaine kasvoi huippuarvoonsa jo pienillä muodonmuutoksilla. Poikkeavuudet FEM-mallin ja koetulosten kesken johtuvat todennäköisesti materiaalimallin huonosta soveltuvuudesta Siltasimulaattorin tapauksen mallintamiseen.
Siltasimulaattori-koelaitteistolla kyettiin toistamaan oikealla liikuntasaumattomalla sillalla todettua käyttäytymistä erilaisilla maamateriaaleilla, kuormitustiedoilla ja täytön tiiviyksillä hyvin nopealla tahdilla oikean sillan monitorointiin nähden. Siltasimulaattorilla tehtäviä kokeita ja FEM-mallin jatkokehitystä 3D-mallin osalta tulisikin jatkaa koetulosten paremman hyödyntämisen varmistamiseksi.