Teräspaaluanturan solmupisteen jännitysten analysointi paalun ja anturan liitoksessa

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia jännitysten muodostumista teräspaaluhatun ja raudoitetun betonianturan liitoksessa käyttäen FEM analyysia. Tavoitteena oli määrittää laskentatapa, millä puristuksen jännityspinta-ala voitaisiin määrittää tilanteessa, jossa raudoitus on suorassa kontaktissa teräksisen paaluhatun päällä. Eurokoodissa ei ole kyseiseen tilanteeseen suoraa ohjetta, kun solmupisteessä vaikuttaa useamman kuin yhden suunnan vetoa.

Työn tilaajana toimi SSAB Europe Oy ja työ toteutettiin Ramboll Finland Oy:n toimesta. SSAB Europe Oy on johtava pohjoismainen korkealaatuisten nauha-, kvarttolevy ja putkituotteiden valmistaja, ja toimii myös vahvasti teräspaalujen ja teräspaaluanturoiden kehitystyössä.

Aiheen suurimpina haasteina oli luoda epälineaarisesti toimiva FEM malli, jossa raudoitettu teräsbetonirakenne liittyy teräksiseen paaluhattuun. Mallinnuksen tarkkuus ja eri osien kontaktit toisiinsa korostuivat, koska jännitysjakauman pienillä muutoksilla oli suurta vaikutusta kokonaisvoimaan. Materiaalimallit pyrittiin luomaan mahdollisimman realistisesti, sisältäen materiaalien eri murtumismekanismit.

Opinnäytetyössä tarkasteltavan solmupisteen lujuuden ollessa useissa tapauksissa teräspaaluanturan kokonaiskapasiteetin rajoittava tekijä, saatiin työn tuloksista tärkeää tietoa paaluanturoiden mitoitukseen ja teräspaalujen kehitykseen.

The purpose of the thesis was to analyze formation of stresses in the connection between steel pile and reinforced concrete pile foundation using finite element method (FEM). Main goal was to define a calculation method of concrete compression stress area in a situation where reinforcing bars is in direct contact to pile cap. Eurocode does not have direct formula for this situation when node has more than one direction of tension.

The work was commissioned by SSAB Europe Ltd. and it was carried out by Ramboll Finland Ltd. SSAB is a highly-specialized global steel company which develops high-strength steels and provides services for better performance and sustainability.

The most substantial challenge of the thesis was to create a non-linear FEM model which has reinforced foundation attached to steel pile. The accuracy of modeling and contacts of the different parts of model had a significant effect to results because small changes of stress distribution greatly influenced overall force. The aim was to create material models as realistic as possible, including the various fracture mechanisms of the materials.

The results of this study provided important data about compression stress distribution in steel pile foundation. With the capacity of the connection being limiting factor for steel pile, results directly mirror foundations overall capacity.