Betonikantisen teräspalkkisillan osittainen liittotoiminta

Abstract

Liittorakenteissa mekaanisilta ominaisuuksiltaan poikkeavilta materiaaleilta, teräkseltä ja betonilta, hyödynnetään niiden edullisia ominaisuuksia, betonin puristuskestävyyttä ja teräksen lujuutta vedettynä ja puristettuna. Ennen betoni-teräs -liittorakenteiden yleis-tymistä 1960 – luvun lopulta lähtien olivat teräspalkkisillat usein betonikantisia teräspalkkisiltoja, joista puuttuivat leikkausvoimaa välittävät vaarnatapit. Mitoituksessa kansirakenteen teräspalkit ja betonilaatta oletettiin toimivan erikseen, ilman liittovaikutusta.

Koekuormitusten ja monitorointien perusteella näissä ”laiskakantisissa” teräspalkkisilloissa on materiaalien välille havaittu muodostuvan osittaista yhteistoimintaa, jonka ansiosta sillan kantavuus on ollut parempi kuin alun perin odotettiin. Siltatyypin kantokyvyssä tiedetään olevan hyödyntämätöntä potentiaalia, jonka muodostumista ja suuruutta selvitettiin tässä tutkimuksessa teoreettisesti ja koekuormituksen mittaustulosten perusteella.

Tutkimuksessa koekuormitettiin käytössä oleva betonikantinen teräspalkkisilta tarkoituksena tuottaa tietoa rakenteen käyttäytymisestä ja osittaisen liittovaikutuksen kehittymisestä liikkuvan kuorman alla. Koekuormituskohteeksi valittiin vapaasti tuettu siltarakenne, jossa on mahdollisimman vähän rakenneosien yhteistoiminnassa esiintyviä epävarmuustekijöitä.

Koekuormituksessa mitattiin erinäisiä suureita, kuten rakenteen taipumia, venymiä ja liitoksen siirtymiä mitattiin lukuisista pisteistä useilla eri liikennekaistoilla ja kuormitusta-soilla. Näiden mittaustulosten perusteella pystyttiin arvioimaan sillan päällysrakenteen poikkisuuntaista kuormanjakokykyä, rakenneosien jäykkyyksien vaikutusta voimasuureisiin ja osittaisen leikkausliitoksen kehittymiseen vaikuttavia tekijöitä. Koekuormitusta simuloitiin FEM-analyysin avulla ja tuloksia verrattiin rakenteesta muodostetun analyyttisen mallin avulla.

Tulosten perusteella voidaan todeta, että koekuormitettu rakenne toimii osittaisena liitto-rakenteena. Välittömästi kuormituksen alla sillan pääkannattimessa kehittyy tehokas liittotoiminta liitospinnassa vaikuttavan kitkan ansiosta ja kuormittamattomalla alueella liittovaikutus pysyy alhaisemmalla tasolla. Pääkannattimien muuttuvat jäykkyydet ja kuormien poikittainen jakaantuminen sillan teräspalkkien välillä on keskeisessä asemassa sillan toimintaa tarkastellessa. Tutkimuksen perusteella voidaan betonikantisessa teräspalkkisillassa olettaa olevan merkittävästi käyttämätöntä kapasiteettia, johon on aiheellista kiinnittää huomiota siltojen kantavuuksia arvioitaessa.