Mekaanisen liitoksen tehokkuus verrattuna hitsattuun liitokseen teräsputkiristikossa
Heikkilä-Nikkanen, Heini (2025)
Heikkilä-Nikkanen, Heini
2025
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025101025850
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025101025850
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää mekaanisen liitoksen aika- ja kustannustehokkuutta verrattuna perinteiseen hitsattuun teräsputkiristikkoon. Työ toteutettiin osana Hämeen ammattikorkeakoulun ja LUT-yliopiston MechJoint-hanketta ja sen toimeksiantajana toimi HAMK Tech -tutkimusyksikkö. Hankkeen taustalla on tarve kehittää teräsrakentamiseen ratkaisuja, jotka mahdollistavat rakenteiden purkamisen ja uudelleenkäytön sekä tukevat kestävän kehityksen tavoitteita.
Opinnäytetyössä mitoitettiin esimerkkiristikko Eurokoodien mukaisesti ja tarkasteltiin sen kuormituksia, sauvojen mitoitusta sekä hitsattujen ja mekaanisten liitosten kestävyyttä. Laskennassa hyödynnettiin RFEM-ohjelmistoa. Lisäksi opinnäytetyössä vertailtiin liitostapojen kokoamis- ja kuljetuskustannuksia hyödyntäen aikaisempia tutkimuksia ja kustannuslaskentamalleja.
Tulokset osoittivat, että tarkasteltava mekaanisella liitoksella koottu ristikko on noin 40 minuuttia nopeampi koota kuin vastaava hitsattu ristikko. Myös kuljetuksessa voidaan saavuttaa merkittäviä etuja, sillä mekaanisesti koottavat ristikot voidaan toimittaa osissa, jolloin merikonttiin mahtuu yli kaksinkertainen määrä ristikoita verrattuna hitsattuihin puolikkaisiin. Tämä tekee mekaanisesta liitoksesta erityisen kilpailukykyisen vientimarkkinoilla.
Johtopäätöksenä todettiin, että mekaaniset liitokset tarjoavat potentiaalisia säästöjä sekä kustannuksissa että läpimenoajassa ja tukevat rakenteiden kierrätettävyyttä. Haasteita kuitenkin aiheuttivat reikien esiporaus ja korkealujuusruuvien kustannukset. Jatkotutkimusaiheita ovat mekaanisten liitosten käyttäytyminen korkealujuusteräksissä, liitosten jäykkyyden vaikutus rakenteisiin sekä maalausprosessin vaikutus esiporattuihin reikiin The aim of this thesis was to examine the time and cost efficiency of mechanical joints compared to traditional welded steel tube trusses. The thesis was carried out as part of the MechJoint project by Häme University of Applied Sciences and LUT University, commissioned by HAMK Tech research unit. The background of the project lies in the need to develop solutions for steel construction that enable disassembly and reuse of structures while supporting sustainable development goals.
In the thesis, a sample truss was designed according to the Eurocodes, and its loads, member design, and the strength of welded and mechanical joints were analyzed. The RFEM software was used for calculations. In addition, the thesis compared the assembly and transportation costs of the different joint types by utilizing previous studies and cost estimation models.
The result showed that the truss assembled with mechanical joints is approximately 40 minutes faster to assemble that equivalent welded truss. Significant advantages were also achieved in transportation, as mechanically assembled trusses can be delivered in parts, allowing more than twice as many trusses to fit in a shipping container compared to welded halves. This makes the mechanical joint particularly competitive in export markets.
In conclusion, mechanical joints were found to offer potential savings in both costs and lead time, while also supporting the recyclability of structures. However, challenges were identified in the need for pre-drilling holes with laser cutting and the higher costs of high-strength bolts. Future research topics include the behavior of mechanical joints in high-strength steels, the impact of joint stiffness on structures, and the effect of the painting process on pre-drilled holes.
Opinnäytetyössä mitoitettiin esimerkkiristikko Eurokoodien mukaisesti ja tarkasteltiin sen kuormituksia, sauvojen mitoitusta sekä hitsattujen ja mekaanisten liitosten kestävyyttä. Laskennassa hyödynnettiin RFEM-ohjelmistoa. Lisäksi opinnäytetyössä vertailtiin liitostapojen kokoamis- ja kuljetuskustannuksia hyödyntäen aikaisempia tutkimuksia ja kustannuslaskentamalleja.
Tulokset osoittivat, että tarkasteltava mekaanisella liitoksella koottu ristikko on noin 40 minuuttia nopeampi koota kuin vastaava hitsattu ristikko. Myös kuljetuksessa voidaan saavuttaa merkittäviä etuja, sillä mekaanisesti koottavat ristikot voidaan toimittaa osissa, jolloin merikonttiin mahtuu yli kaksinkertainen määrä ristikoita verrattuna hitsattuihin puolikkaisiin. Tämä tekee mekaanisesta liitoksesta erityisen kilpailukykyisen vientimarkkinoilla.
Johtopäätöksenä todettiin, että mekaaniset liitokset tarjoavat potentiaalisia säästöjä sekä kustannuksissa että läpimenoajassa ja tukevat rakenteiden kierrätettävyyttä. Haasteita kuitenkin aiheuttivat reikien esiporaus ja korkealujuusruuvien kustannukset. Jatkotutkimusaiheita ovat mekaanisten liitosten käyttäytyminen korkealujuusteräksissä, liitosten jäykkyyden vaikutus rakenteisiin sekä maalausprosessin vaikutus esiporattuihin reikiin
In the thesis, a sample truss was designed according to the Eurocodes, and its loads, member design, and the strength of welded and mechanical joints were analyzed. The RFEM software was used for calculations. In addition, the thesis compared the assembly and transportation costs of the different joint types by utilizing previous studies and cost estimation models.
The result showed that the truss assembled with mechanical joints is approximately 40 minutes faster to assemble that equivalent welded truss. Significant advantages were also achieved in transportation, as mechanically assembled trusses can be delivered in parts, allowing more than twice as many trusses to fit in a shipping container compared to welded halves. This makes the mechanical joint particularly competitive in export markets.
In conclusion, mechanical joints were found to offer potential savings in both costs and lead time, while also supporting the recyclability of structures. However, challenges were identified in the need for pre-drilling holes with laser cutting and the higher costs of high-strength bolts. Future research topics include the behavior of mechanical joints in high-strength steels, the impact of joint stiffness on structures, and the effect of the painting process on pre-drilled holes.