Putkipalkkiristikon ja pilarin liitoksen suunnittelu ja laskenta
Korpi, Henry (2017)
2017
Rakennustekniikka
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
2017-09-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708241790
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708241790
Tiivistelmä
Putkipalkkiristikon ja pilarin välinen liitos mitoitetaan usein nivelellisenä liitoksena. Ristikko on pilarissa kiinni ainoastaan yläpaarteen ja pilarin välisellä liitoksella. Tällaisessa ristikossa uloin diagonaali kiinnittyy yläpäästään yläpaarteeseen mahdollisimman lähelle paarteen ja pilarin välistä liitosta. Ristikon ja pilarin välisen liitoksen mitoitus tapahtuu rakenneosilla vaikuttavien rasitusten perusteella, jotka määritetään yleensä yksiulotteista elementtimenetelmää käyttävillä laskentaohjelmilla.
Pilarin ja yläpaarteen välisessä liitoksessa mitoitettavia komponentteja ovat ruuvit, yläpaarteen kestävyys sekä liitoslevyjen kestävyys. Tavanomaisesti mallinnettavalla kehämallilla, jossa pilarin ja yläpaarteen sekä diagonaalin ja yläpaarteen keskilinjat kohtaavat nivelellisinä, ei saada riittävän tarkkaa tietoa rasituksista, jotta kaikkien rakenneosien mitoittaminen onnistuisi yksiselitteisesti. Tämän työn tarkoituksena on kehittää uusi kehämalli. Kehämallin avulla halutaan saada tietoa rasituksista, jotka vaikuttavat ruuveihin, liitoslevyihin sekä yläpaarteeseen.
Liitoksen käyttäytymistä, liitoslevyjen taipumaa sekä ruuveihin kohdistuvaa vetorasitusta tutkittiin kolmiulotteisella FEM-analyysilla, jossa rakenne jaetaan pieniin osiin, joita kutsutaan elementeiksi. Elementit liittyvät toisiinsa pisteissä, joita kutsutaan solmuiksi ja analysointi perustuu elementtikentän siirtymiin. FEM-analysointi tehtiin Ansys 18.0 -ohjelmalla, johon liitos mallinnettiin kolmiulotteisina solidielementteinä. Malliin luotiin koko ristikko, jotta liitosalueella vaikuttavat rasitukset saatiin oikeiksi. Liitosaluetta lukuun ottamatta koko malli tehtiin sauvaelementein laskennan keventämiseksi.
Kahdesta erilaisesta liitoksesta tehtiin eurokoodin mukainen mitoitus tavanomaisen kehämallin antamien rasitusten perusteella. Tämän jälkeen kehiteltiin uusi kehämalli yksiulotteista elementtimenetelmää käyttävään laskentaohjelmaan, jonka antamilla rasituksilla laskelmat tehtiin uusiksi. Uuden kehämallin antamien rasitusten vastaavuus todellisiin rasituksiin todennettiin kolmiulotteisella FEM-analyysilla.
Tutkimuksen perusteella uuden kehämallin antamat tulokset ovat varsin hyviä. Tulokset vastaavat hyvin lähelle kolmiulotteisen FEM-analyysin antamia tuloksia, ja niiden perusteella voidaan mitoittaa liitoksen eri komponentit.
Pilarin ja yläpaarteen välisessä liitoksessa mitoitettavia komponentteja ovat ruuvit, yläpaarteen kestävyys sekä liitoslevyjen kestävyys. Tavanomaisesti mallinnettavalla kehämallilla, jossa pilarin ja yläpaarteen sekä diagonaalin ja yläpaarteen keskilinjat kohtaavat nivelellisinä, ei saada riittävän tarkkaa tietoa rasituksista, jotta kaikkien rakenneosien mitoittaminen onnistuisi yksiselitteisesti. Tämän työn tarkoituksena on kehittää uusi kehämalli. Kehämallin avulla halutaan saada tietoa rasituksista, jotka vaikuttavat ruuveihin, liitoslevyihin sekä yläpaarteeseen.
Liitoksen käyttäytymistä, liitoslevyjen taipumaa sekä ruuveihin kohdistuvaa vetorasitusta tutkittiin kolmiulotteisella FEM-analyysilla, jossa rakenne jaetaan pieniin osiin, joita kutsutaan elementeiksi. Elementit liittyvät toisiinsa pisteissä, joita kutsutaan solmuiksi ja analysointi perustuu elementtikentän siirtymiin. FEM-analysointi tehtiin Ansys 18.0 -ohjelmalla, johon liitos mallinnettiin kolmiulotteisina solidielementteinä. Malliin luotiin koko ristikko, jotta liitosalueella vaikuttavat rasitukset saatiin oikeiksi. Liitosaluetta lukuun ottamatta koko malli tehtiin sauvaelementein laskennan keventämiseksi.
Kahdesta erilaisesta liitoksesta tehtiin eurokoodin mukainen mitoitus tavanomaisen kehämallin antamien rasitusten perusteella. Tämän jälkeen kehiteltiin uusi kehämalli yksiulotteista elementtimenetelmää käyttävään laskentaohjelmaan, jonka antamilla rasituksilla laskelmat tehtiin uusiksi. Uuden kehämallin antamien rasitusten vastaavuus todellisiin rasituksiin todennettiin kolmiulotteisella FEM-analyysilla.
Tutkimuksen perusteella uuden kehämallin antamat tulokset ovat varsin hyviä. Tulokset vastaavat hyvin lähelle kolmiulotteisen FEM-analyysin antamia tuloksia, ja niiden perusteella voidaan mitoittaa liitoksen eri komponentit.