Betonisiltaan kohdistuvat rasitukset pakotetuista ja estetyistä muodonmuutoksista
Jalonen, Kimmo (2016)
2016
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
2016-03-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201602233546
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201602233546
Tiivistelmä
Pakotettujen ja estettyjen muodonmuutosten aiheuttamat rasitukset rakenteessa riippuvat rakenteen taivutusjäykkyydestä. Kun rakenne halkeilee, rakenteen taivutusjäykkyys pienenee, jolloin estettyjen muodonmuutosten aiheuttamat rasitukset pienenevät. Sitä, kuinka paljon rasitukset pienenevät rakenteen halkeilun vaikutuksesta, ei ole juuri tutkittu. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää laskennallisesti kuinka paljon rasitukset pienenevät sillan päällysrakenteessa. Tuloksia verrattiin Liikenneviraston ohjeen redusointikertoimiin, joilla voidaan pienentää estettyjen muodonmuutosten aiheuttamia rasituksia suunniteltaessa uutta siltaa.
Aihetta tutkittiin kirjallisuusselvityksen ja laskennallisten tarkasteluiden avulla. Laskennalliset tarkastelut tehtiin MathCad-ohjelmalla käyttäen momenttien laskemiseen yleistä voimamenetelmää. Laskennoilla tutkittiin sillan päällysrakenteen taivutusjäykkyyden pienentymistä päällysrakenteen halkeillessa siltaan kohdistuvien kuormien vaikutuksesta. Tarkasteluissa käytettiin suunnittelussa käytettäviä materiaalimalleja, kuormia ja kuormitusyhdistelmiä. Siltojen valintaa pohjustettiin tutkimalla Liikenneviraston Siltarekisteriä ja tutkittaviksi silloiksi valittiin mahdollisimman hyvin Liikenneviraston siltoja edustavat sillat. Tutkittaviksi silloiksi valittiin teräsbetoninen jatkuva palkkisilta sekä jännitetty betoninen jatkuva palkkisilta.
Päällysrakenteen taivutusjäykkyyksien muutoksia laskettiin useilla kuormitusyhdistelmillä ja saatujen tuloksien avulla tutkittiin tukipainumasta, pintalämpötilaerosta ja jännevoimasta aiheutuvien rasituksien muuttumista suhteessa kimmoiseen tilanteeseen. Diplomityössä tutkittavien siltojen pääraudoitteiden ja jänneraudoitteiden määriä varioitiin.
Saatujen tulosten perusteella rasitukset estetyistä muodonmuutoksista pienenevät huomattavasti kimmoisesta tilanteesta päällysrakenteen halkeillessa. Teräsbetonisella sillalla rasituksista lähtee yli puolet murtorajatilassa ja jännitetyllä sillallakin rasitukset pienenevät noin viidenneksen. Toisin kuin tukipainuman ja pintalämpötilaeron rasitukset, jännevoiman pakkomomentin huomattiin kasvavan eräillä kuormitusyhdistelmillä. Ilmiö oli havaittavissa sellaisilla kuormitusyhdistelmillä, joissa keskikentän taivutusjäykkyys pieneni enemmän verrattuna muun päällysrakenteen taivutusjäykkyyksiin. Jännevoiman pakkomomentti oli suurimmillaan lähes puolitoistakertainen kimmoiseen tilanteeseen verrattuna.
Aihetta tutkittiin kirjallisuusselvityksen ja laskennallisten tarkasteluiden avulla. Laskennalliset tarkastelut tehtiin MathCad-ohjelmalla käyttäen momenttien laskemiseen yleistä voimamenetelmää. Laskennoilla tutkittiin sillan päällysrakenteen taivutusjäykkyyden pienentymistä päällysrakenteen halkeillessa siltaan kohdistuvien kuormien vaikutuksesta. Tarkasteluissa käytettiin suunnittelussa käytettäviä materiaalimalleja, kuormia ja kuormitusyhdistelmiä. Siltojen valintaa pohjustettiin tutkimalla Liikenneviraston Siltarekisteriä ja tutkittaviksi silloiksi valittiin mahdollisimman hyvin Liikenneviraston siltoja edustavat sillat. Tutkittaviksi silloiksi valittiin teräsbetoninen jatkuva palkkisilta sekä jännitetty betoninen jatkuva palkkisilta.
Päällysrakenteen taivutusjäykkyyksien muutoksia laskettiin useilla kuormitusyhdistelmillä ja saatujen tuloksien avulla tutkittiin tukipainumasta, pintalämpötilaerosta ja jännevoimasta aiheutuvien rasituksien muuttumista suhteessa kimmoiseen tilanteeseen. Diplomityössä tutkittavien siltojen pääraudoitteiden ja jänneraudoitteiden määriä varioitiin.
Saatujen tulosten perusteella rasitukset estetyistä muodonmuutoksista pienenevät huomattavasti kimmoisesta tilanteesta päällysrakenteen halkeillessa. Teräsbetonisella sillalla rasituksista lähtee yli puolet murtorajatilassa ja jännitetyllä sillallakin rasitukset pienenevät noin viidenneksen. Toisin kuin tukipainuman ja pintalämpötilaeron rasitukset, jännevoiman pakkomomentin huomattiin kasvavan eräillä kuormitusyhdistelmillä. Ilmiö oli havaittavissa sellaisilla kuormitusyhdistelmillä, joissa keskikentän taivutusjäykkyys pieneni enemmän verrattuna muun päällysrakenteen taivutusjäykkyyksiin. Jännevoiman pakkomomentti oli suurimmillaan lähes puolitoistakertainen kimmoiseen tilanteeseen verrattuna.