Jännitetyn teräsbetonisen palkin taivutusmitoitus siltasuunnittelussa ja FEM-laskentaohjelman soveltaminen

Abstract

Opinnäytetyö käsittelee jälkijännitettyjen siltarakenteiden suunnittelua. Työn taustalla oli tarve kehittää työtapoja jännitettyjen betonirakenteiden suunnittelussa, joka on siltasuunnittelun alalla yleistä ja vaativaa. Tavoitteena oli perehtyä jälkijännitettyjen betonirakenteiden toimintaan ja mitoitusperusteisiin sekä tutkia SOFiSTiK-laskentaohjelman käyttömahdollisuuksia erityisesti taivutusmitoituksen osalta. Lisäksi tavoitteena oli saada selkeä kuva jännitettyjen betonirakenteiden toiminnasta ja niiden hyödyistä.

Tutkimus perustui kirjallisuuteen ja suunnittelustandardeihin. Laskentarutiini luotiin kirjallisuustutkimuksen pohjalta ja vertailulaskelmat tehtiin käsin laskentana sekä aiemmin käytössä olleilla laskentaohjelmilla.

Tuloksena saatiin laskentarutiini, joka mahdollistaa nopean ja luotettavan työkalun jännitetyn siltapalkin mitoitukseen. Tämä työkalu auttaa erityisesti esisuunnittelussa, koska se tarjoaa tarkan arvion palkin dimensioista sekä betoni- ja jänneteräksen tarpeesta nopeasti. SOFiSTiK-laskentaohjelman sisällä tapahtuva mitoitus voi nopeuttaa ja helpottaa suunnittelua, kun laskenta-rutiini on valmiina.

Jännitettyjen rakenteiden etuja ovat muun muassa pienemmät muodonmuutokset, parempi korroosiosuoja ja hyvä väsytyslujuus. Jännitetyt rakenteet ovat myös kevyempiä ja kestävämpiä, mikä mahdollistaa hoikempien rakenteiden suunnittelun. Jännitettyjen rakenteiden vaurionsieto-kyky on hyvä, ja ne kestävät hyvin erisuuruisia kuormia. Murtorajatilamitoituksessa tarkasteltiin rakenteen suurinta kestävyyttä ennen murtumista. Taivutusmomenttikestävyys määritettiin jännitys-venymäyhteyden avulla, ja rakenteen sitkeä murtumistapa varmistettiin.

Käyttörajatilamitoitus tarkasteli rakenteen käyttökelpoisuusvaatimuksia normaalikäytössä. Käyttörajatilassa tarkistettiin betonipoikkileikkauksen suurimat sallitut puristus- ja vetojännitysehdot eri käyttörajatilayhdistelyillä sekä halkeamaleveysmitoitus.

Vertailulaskelmat tehtiin toimistossa yleisesti käytetyillä menetelmillä, käyttäen Lusas-laskentaohjelmaa. Päärakennemalli muodostettiin todellisten mittojen ja ominaisuuksien mukaan, ja kuormituksiksi asetettiin ulkoiset ja sisäiset kuormat. Jännevoima huomioitiin sekä lyhytaikaisten että pitkäaikaisten häviöiden mukaisesti.