Teräspilarin ja betonialustan välisen pulttiliitoksen teoreettinen tarkastelu

Abstract

Tässä työssä tarkastellaan teräspilarin ja betonianturan liitosta. Työssä esitellään tällä hetkellä käytettyjä mitoitusmenetelmiä, joilla määritetään liitoksessa syntyvät rasitukset ja niistä edelleen liitoksen muoto ja materiaalien vahvuudet. Lisäksi liitokseen sovelletaan ratkaisumallia, jossa betoniantura korvataan Winkler-tyyppisellä kimmoisalla alustalla ja rasitukset siirtyvät alustaan ankkuripulttien ja palkkirakenteen tavoin toimivan pilarin päätylevyn välityksellä. Eri mitoitusmenetelmiä sovelletaan esimerkkirakenteeksi valittuun liitokseen. Koetulosten puutteen vuoksi rakenne mallitetaan ja ratkaistaan kolmiulotteisella FEM-analyysillä, jotta saadaan mahdollisimman tarkka ratkaisu eri menetelmien vertailuperustaksi. Työssä esitellään eri ratkaisumenetelmillä esimerkkirakenteeseen syntyvät rasitukset ja syvennytään tarkemmin tällä hetkellä käytetyn lineaariseen kimmoteoriaan perustuvan mitoitusmenetelmän, Winkler-mallin ja FEM-analyysin antamien tulosten vertailuun. Tarkastelussa keskitytään liitoksessa tapahtuvan kiertymän, pilarin päätylevyn taivutusjännitysten, betoniin syntyvän puristusjännitysten ja ankkuripultteihin kehittyvän voiman määrittämiseen liitoksessa käyttötilanteen aikana vallitsevilla kuormituksilla. Saaduista tuloksista voidaan todeta, että pultteihin saadaan suunnilleen sama ankkurivoima käytetystä laskentamenetelmästä riippumatta. Kun päätylevyn taipuminen otetaan huomioon kasvavat betoniin syntyvät puristusjännitykset verrattuna nykyisin käytössä oleviin mitoitusmenetelmiin. Liitoksen kiertymistä todettiin, että tarkemmat laskentamallit antoivat suurilla momentin arvoilla selvästi kirjallisuudessa esitettyjä menetelmiä suuremmat kiertymät. Kiertymää kasvattava liitoksen jäykkyyden pieneneminen on syytä ottaa huomioon, jos käytetään nykyistä käytäntöä ohuempia päätylevyjä. Päätylevyn ohentaminen nykyisestä olisi mahdollista levyn taivutusjännityksiä koskevien tulosten perusteella. Lisäksi todettiin, että betonin ja teräksen välisellä kitkalla ei ole merkittävää vaikutusta liitokseen syntyviin rasituksiin ja kiertymään. Kokonaisuutena voidaan todeta Winkler-alustamallilla saatujen tulosten vastaavan hyvin tarkempaa FEM-3D -analyysiä ja siten soveltuvan kohtuullisen yksinkertaisena laskentamallina riittävän tarkasti palkkirakenteen tavoin toimivien liitosten rasitusten ratkaisuun. /Kir09