Lämpötilaerojen ja kutistuman huomioon ottaminen massiivisten betonirakenteiden suunnittelussa sekä niiden vaikutukset betonibunkkerin mitoituksessa
Salminen, Juho Oskari (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
2016-10-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201609214529
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201609214529
Tiivistelmä
Teollisuuden massiivinen betonirakenne on tyypillisesti suorakaiteen muotoinen betoniallas, johon säilötään korkeassa lämpötilassa olevaa materiaalia. FEM-ohjelmien kehittyminen mahdollistaa lämpökuormien ja kutistuman tarkemman tutkimisen betonirakenteiden mitoituksessa. Lineaarisella mitoituksella kutistumat ja lämpökuormat aiheuttavat rakenteelle moninkertaisia jännityksiä mekaanisiin kuormiin verrattuna, mikä tarkoittaa moninkertaista raudoitusta.
Tutkimuksen alussa perehdytään massiivisiin betonirakenteisiin ja teräsbetonin käyttäytymiseen korkean lämpökuorman alaisena. Massiivisia betonirakenteita suunniteltaessa hydrataatiolämpö on olennaista ottaa huomioon. Seuraavaksi tutkitaan pakkovoimien vaikutusta betonirakenteiden suunnittelussa. Kaikki betonirakenteet halkeilevat, jolloin rakenteen taivutusjäykkyys pienenee. Jäykkyyteen vaikuttavat lisäksi kuormituksen laatu, kutistuma ja viruma. Pelkkien mekaanisten kuormien vallitessa betonirakenne mitoitetaan yleensä halkeilemattomana. Pakkovoimien suuruus riippuu rakenteen sille antamasta vasteesta, jolloin jäykkyyden pienentäminen halkeilun takia vähentää huomattavasti jännityksiä. Lisäksi pakkovoimien suuruus riippuu muodonmuutoksien rajoittuneisuudesta. Lämpökuormista johtuva halkeilu massiivisissa betonirakenteissa poikkeaa perinteisestä betonirakenteiden halkeilusta ja se tulee ottaa huomioon halkeamaleveyttä ja halkeamaväliä laskettaessa.
Lopuksi laaditaan FEM-laskentamalli todellisesta kohteesta Etelä-Suomessa. Ensiksi rakenne mitoitetaan mekaanisille kuormille. Tämän jälkeen lämpötilakuormille ja kutistumalle tehdään omat laskentamallit. Rakenteen jäykkyys laskee niin paljon, että pakkovoimista syntyvät jännitykset ovat perusteltuja ja lähellä kokemusperäisiä tuloksia. Dlubal RFEM-ohjelmisto osoittautui käteväksi ja luotettavaksi työkaluksi lämpökuormista ja kutistumasta johtuvien pakkovoimien mitoituksessa.
Tutkimuksen alussa perehdytään massiivisiin betonirakenteisiin ja teräsbetonin käyttäytymiseen korkean lämpökuorman alaisena. Massiivisia betonirakenteita suunniteltaessa hydrataatiolämpö on olennaista ottaa huomioon. Seuraavaksi tutkitaan pakkovoimien vaikutusta betonirakenteiden suunnittelussa. Kaikki betonirakenteet halkeilevat, jolloin rakenteen taivutusjäykkyys pienenee. Jäykkyyteen vaikuttavat lisäksi kuormituksen laatu, kutistuma ja viruma. Pelkkien mekaanisten kuormien vallitessa betonirakenne mitoitetaan yleensä halkeilemattomana. Pakkovoimien suuruus riippuu rakenteen sille antamasta vasteesta, jolloin jäykkyyden pienentäminen halkeilun takia vähentää huomattavasti jännityksiä. Lisäksi pakkovoimien suuruus riippuu muodonmuutoksien rajoittuneisuudesta. Lämpökuormista johtuva halkeilu massiivisissa betonirakenteissa poikkeaa perinteisestä betonirakenteiden halkeilusta ja se tulee ottaa huomioon halkeamaleveyttä ja halkeamaväliä laskettaessa.
Lopuksi laaditaan FEM-laskentamalli todellisesta kohteesta Etelä-Suomessa. Ensiksi rakenne mitoitetaan mekaanisille kuormille. Tämän jälkeen lämpötilakuormille ja kutistumalle tehdään omat laskentamallit. Rakenteen jäykkyys laskee niin paljon, että pakkovoimista syntyvät jännitykset ovat perusteltuja ja lähellä kokemusperäisiä tuloksia. Dlubal RFEM-ohjelmisto osoittautui käteväksi ja luotettavaksi työkaluksi lämpökuormista ja kutistumasta johtuvien pakkovoimien mitoituksessa.