Fin plate -liitosten sitkeyden ja kiertymiskyvyn varmentaminen

Abstract

Ripalevyliitoksia (fin plate connection) käsitellään rungon globaalissa tarkastelussa tavallisesti nivelinä. Todellisuudessa ruuviryhmällä on kuitenkin liitoksen mitoituksen kannalta merkittävä kiertymisjäykkyys ja momenttikapasiteetti, minkä vuoksi todellisten ruuvivoimien laskeminen on vaikea tehtävä. Kantavan rakenneosan ja ruuvikokoonpanon kiertymisjäykkyydet yhdessä määräävät todellisen momenttikuvion muodon. Jotta liitos ei menettäisi kantokykyään enneaikaisesti palkin pakottaman kiertymän takia, liitoksella on oltava riittävä sitkeys ja kiertymiskyky. Sitkeän liitoksen suunnittelussa avainasemassa on oikeiden ruuvikokojen ja levypaksuuksien valinta siten, että reunapuristusmyötääminen on mahdollista ennen kuin ruuvit leikkaantuvat.

Eräs kirjallisuudesta löytyvä ripalevyliitoksen kiertymiskyvyn ja sitkeyden Eurokoodiin perustuva varmentamismenettely löytyy kirjasta ECCS No 126. Siinä ruuvikokoonpanoa kuormitetaan puhtaalla taivutusmomentilla ja määrätään murtotapa sitkeäksi. Reunapuristusmyötäämisen ollessa sitkeyden perustana on epäselvää, kuinka suuri muodonmuutos reiälle voidaan sallia, kun reunapuristuskestävyys Eurokoodin mukaan laskettuna on suurempi kuin ruuvin leikkauskestävyys. Ljubljanan yliopistossa tehtyjen tutkimusten mukaan Eurokoodin mukainen reunapuristuskestävyys on konservatiivisella puolella, mikä sitkeyden kannalta johtaa epävarmalle puolelle. Erityisesti kysymys koskee korkeita liitoksia, joissa pienikin kiertymä vaatii suuren muodonmuutoksen kauimpana ruuviryhmän painopisteestä olevissa rei’issä.

Asiaa tutkittiin epälineaariseen elementtimenetelmään perustuvin vertailulaskelmin. Havaittiin, että kun reunapuristuskestävyys mitoitetaan yhtä suureksi ruuvin leikkauskestävyyden kanssa, reiän maksimimuodonmuutos ruuvin murtuessa on enimmillään noin 0,1d riippuen voiman suunnasta. Reunapuristuksesta myötäävien reikien osuus liitoksen kokonaiskiertymästä vaihtelee suuresti, mutta enimmäisarvio 80 – 90 % kattaa suurimman osan käytännön tapauksista. Näiden lähtötietojen pohjalta kehitettiin uusi yksinkertaisempi menettely kiertymiskyvyn varmentamiseen. Lisäksi havaittiin, että yksileikkeisissä liitoksissa ruuveille kehittyy huomattavia vetovoimia ja että korkeissa liitoksissa ruuvivoimien pystykomponenttien jakauma noudattaa lujuusopin mukaista poikkileikkauksen leikkausjännitysjakaumaa.