Ristikkomenetelmä (Strut-and-tie modeling)

Abstract

Tämän opinnäytetyön toimeksianto saatiin Wise Group Finland Oy:ltä. Opinnäytetyössä perehdyttiin ristikkomenetelmään ja sen soveltamiseen rakennesuunnittelussa talonrakennuskohteissa. Tavoitteena oli luoda työ, joka esittelee ristikkomenetelmän teorian ja menetelmän soveltamiskohteita teräsbetonirakenteiden mitoittamiseen. Osana työtä myös tehtiin laskelmat ja toteutettiin kuormituskoe yhdenmuotoisille aukollisille seinämäisille palkeille, joiden mitoituksessa käytettiin ristikkomenetelmän mukaisia erilaisia ristikkomalleja.

1980-luvulla varsinainen ristikkomenetelmä kehitettiin perustana Mörschin (1920) ristikko-analogia. Ajatuksena oli kehittää menetelmä, jonka avulla voidaan mallintaa teräsbetonirakenteen sisäiset voimasuureet kaikenlaisista rakenteista yhtäläisellä tavalla. Ristikkomenetelmässä teräsbetonirakenne mallinnetaan murtorajatilan ulkoista kuormaa siirtävien raudoituksesta koostuvien vetosauvojen ja betonisten puristussauvojen muodostamien yksinkertaisten voimamonikulmioiden avulla.

Ristikkomenetelmää voidaan hyödyntää erityisesti betonirakenteiden yksityiskohtien suunnittelussa, epäjatkuvuuskohdissa, joissa rakenteen jännitysjakaumat ja muodonmuutokset eivät ole lineaarisia. Kuitenkin ristikkomenetelmällä pystytään yhtenäisesti mitoittamaan koko rakenne eli myös rakenteen osat, joissa jännitysjakaumat ja muodonmuutokset ovat lineaarisia.

Kuormituskokeen tavoitteena oli saada käytännön kokemusta ristikkomallien valitsemisesta ja ristikkomenetelmän käyttämisestä mitoituksessa. Seinämäinen palkki on tyypillinen esimerkki suuresta epäjatkuvuusalueesta.

The thesis was commissioned by Wise Group Finland OY. The thesis studies the strut-and-tie modeling and its application in structural design of the house building projects. The goal was to introduce the theoretical background on strut-and-tie modeling and applications of the method in designing reinforced concrete structures. As a part of the thesis, calculations and the loading tests for deep beams with an opening were done, using the Strut-and-tie method.

In the 1980s Strut-and-tie modeling was developed based on the Mörsch (1920) truss analogy. The idea was to develop a method that could be used in the designing of all kinds of concrete structures consistently. STM is a design method that idealizes reinforced con-crete structure as a truss that resists the applied forces. The strut-and-tie models consist of concrete struts which resist compressive stress and reinforcing steel ties which resist ten-sile stress.

Strut-and-tie modeling is an appropriate design method for specific concrete structure de-tails, where stress distributions and deformations are not linear. However, with the strut-and-tie method it is possible to design the whole structure consistently, also the parts of the structure where deformations are linear.

The goal of the loading test was to gain practical experience in using the method and se-lecting an appropriate strut-and-tie model. The deep beam is a typical large discontinuity region.