Betonisen ristikkoliitoksen mitoitus

Betonipilariin liittyvät vinosauvat aiheuttavat epäjatkuvuuskohdan pilarin sisäisille jännityksille, eikä tekninen taivutusteoria ole tällöin voimassa. Liitosalueen raudoituksen ja betonin lujuuden mitoitukseen tarvitaan paikallista rakenneanalyysiä EC2-1-1 kohdan 5.1.1 mukaisesti. Yleispäteviä kaikissa tilanteissa toimivia käsikaavoja ei mitoituksessa ole mahdollista hyödyntää vaan liitosmitoitus on tehtävä tapauskohtaisesti. Tässä diplomityössä perehdytään liitos-alueen mitoitukseen Strut-and-tie-menetelmällä sekä IdeaStatican jännityskenttämalleja hyödyntäen. Lisäksi käytetään lähestymisenä kansainvälisen betoniyhdistyksen fib:n Model Code -opuksissa sekä bulletin 100 -kirjassa esiteltyä lähestymistapaa laskentamallien tarkkuustasoille. Diplomityö on kaksiosainen. Alun teoriaosuudessa käsitellään ristikkoliitoksia yleistasolla, sivuten ristikkojäykistämistä sekä erilaisia ristikkoliitostyyppejä. Lisäksi käydään läpi lujuusopin ja elementtimenetelmän teoriaa Strut-and-tie-mallinnuksen sekä levymäisen rakenteen FEM-analyysin taustalla. Työn teoriaosuudessa perehdytään myös eurokoodin tarjoamiin raameihin betonirakenteen rakenneanalyysille, betonirakenteiden analyysissä käytettäville materiaalimalleille sekä Strut-and-tie-mallinnukselle. Työn toisessa osuudessa käydään läpi case-esimerkin avulla ristikkoliitoksen liitosalueen mitoitustarkastelu noudattaen fib:n bulletin 100 -kirjaan perustuvaa laskentaprosessia. Laskennassa käydään vaihe vaiheelta läpi Strut-and-tie-mallin luomista ja siihen liittyvät sauva- sekä solmutarkastelut. Työn laskentaliitteissä on esi-telty Peter Martin kehittämä metodi vapaamuotoisten ei-hydrostaattisten solmujen mitoitukseen. Näiden lisäksi esimerkkiakennetta analysoidaan IdeaStatican Concrete detail -ohjelmistolla ja laskentatuloksia verrataan Strut-and-tie-mitoituksen tuloksiin. Työ pyrkii esittelemään lukijalleen mitoitusprosessin, jonka avulla betonirakenteiden paikal-linen rakenneanalyysi voidaan suorittaa kaikenlaisille pilareiden ristikkoliitoksille. Laskentaprosessi on sovellettavissa muillekin jännitysten epäjatkuvuusalueille. Lisäksi työ pyrkii vastaamaan tarpeeseen tuoda selkeitä laskentaesimerkkejä ristikkomallien haastavammista solmumitoituksista sekä kuormapolkumenetelmän käytöstä ristikkomalleja laadittaessa. Lopputulemana sekä ristikkomenetelmällä että epälineaarisella analyysillä saatiin hyvin samanlaisia tuloksia case-esimerkin ristikkoliitoksen sisäisistä suurimmista jännityksistä, lisäraudoituksen tarpeesta ja raudoitusgeometriasta. Betonin lujuuden mitoituksessa oli kuitenkin havaittavissa eroja. Laskentaprosessi itsessään todettiin rakennesuunnittelijan näkökulmasta monivaiheiseksi ja aikaa vaativaksi. Lisäksi voitiin todeta, että Strut-and-tie-mallien luomiseen liittyvän vapaamuotoisuuden takia menetelmä ei taivu ainakaan kiireisimpien projektien laskentatyökaluksi kokemattomimpien käsissä. Pitkän kokemuksen omaavan insinöörin työkaluna menetelmä voi kuitenkin olla tehokas Työtä tehdessä havaittiin tarve ristikkoliitosten staattisille kuormituskokeille. Työn laskennan ollessa monivaiheinen ja perehtymistä vaativa, kuormituskokeet voisivat mahdollistaa käytännön suunnittelutyön kannalta kevyemmän laskentamenettelyn kehittämisen. Ristikkoliitosten ollessa kuitenkin verrattain yleisiä myös betonirakenteisissa rakennuksissa, tulisi myös niiden mitoittamista kehittää.