Valtatien 13 raskaan liikenteen odotuskaistan rakentaminen välille Mustola - Metsäkansola KARHUSJÄRVEN AKK LAPPEENRANTA. Va = 4,6 m.

Transkriptio

1 1 Valtatien 13 raskaan liikenteen odotuskaistan rakentainen välille Mustola - Metsäkansola KARHUSJÄRVEN AKK LAPPEENRANTA Va = 4,6 Hl = 1,75 Rakennelaskelat Suunnittelija: Tarkastaja: Hanna-Maija Innanen Antti Jussila estia Oy Inftrasuunnittelu, Siltasuunnittelu Kupulantie 11 PL HELSINKI etunii.sukunii@destia.fi

2 SISÄLLYSLUETTELO 1. Norit ja ohjeet. Mitoituksen lähtötiedot.1 Putkisillan tiedot. Täyttöjentiedot.3 Kuorat.4 Osavaruuskertoiet 3. Voiasuureet 3.1 Tehollinen peittosyvyys 3. Noraalivoiat 3.3 Taivutusoenttien äärittäinen 4. Mitoitus 4.1 Pieniät sallitut itat 4. Sallittu liikennekuorien aiheuttaa taivutus 4.3 Putkisillan itoitus käyttörajatilassa / putken yläosa 4.4 Putkisillan itoitus urtorajatilassa / putken yläosa 4.5 Putkisillan itoitus urtorajatilassa / putken alaosa 4.6 Pulttiliitoksen itoitus 4.7 Asennusaikainen jäykkyys 4.8 Putkisillan itoitus väsytysrajatilassa 4.9 Esikorotus 5. Yhteenveto voiasuureista ääräävässä kuoritustapauksessa 6. Yhteenveto itoitusehdoista ääräävässä kuoritustapauksessa 7. Käyttöikä itoitus

3 3 1 Norit ja ohjeet /1/ "iensionerind av rörbroar" Lars Pettersson och Håkan Sundquist, TRITA-BKN, Rapport 58, Brobyggnad 000, utgåva 3, 006 / English version 007 // Bronor 004:56, Vägverket /3/ BSK99, Boverkets handbok o stålkonstruktioner, Boverket, 1994 /4/ Teräsputkisillat (TIEH v-07), Tiehallinto, Helsinki 008 /5/ Suoen rakentaisääräyskokoela B7 Teräsrakenteet, Ypäristöinisteriö, 1996 /6/ Teräsrakenneohjeet (TIEL ), Tiehallinto, Helsinki 000 /7/ Siltojen kuorat (TIEL ), Tiehallinto, Helsinki 1999 Mitoituksen lähtötiedot.1 Putkisillan tiedot Asennuspaikka: Poikkileikkaus: Putken itat: Kaivanto Penger Ypyrä Muu Holvisilta, esi Rutec KASI-45 tai vastaava Leveys: := 4.79 Korkeus: h := 3.7 koko sillan korkeus Katon korkeus: H :=.045 Katon säde: R t :=.44 Sivun säde: R s :=.44 Ainevahvuus ja profiili Ainevahvuus: t y := 4.00 Tehollinen vahvuus. Tähän arvoon lisätään ahdollinen syöpyävara. Rakenteen käyttöikäitoitus on esitetty kappaleessa 7. Profiili: 00 x 55 (A) 15 x 6 (C3) 70 x 0/15 (C3) 10 x 50/70 (C5) 380 x 140 (SuperCor)

4 4 Poikkileikkausarvot putken yläosassa Taivutusvastus: W y = Hitausoentti: I y = Poikkipinta-ala: A y = 5.94 Poikkileikkausarvot putken alaosassa Teräslaatu Ainevahvuus: t a := t y Taivutusvastus: W a := W y Hitausoentti: I a := I y Poikkipinta-ala: A a := A y Myötöraja: f yk := 80MPa Fe E 50 G Kiooduuli: E s := MPa. Täyttöjen tiedot Täytön paksuus: h c := 600 (Pienin arvo tiealueella) Käytettävä täyttöateriaali Soratäyttö Mursketäyttö Maan sisäinen kitkakula: ϕ k = 40 deg Maan oduuliarvo: E j = 39 MPa Yläpuolisen täytön tilavuuspaino: ρ ö = 0 kn 3 Ypärystäytön tilavuuspaino: ρ 1 = 0 kn 3 Täytön ittoja Pohjaluiskan leveys: a 1 := a 1 =.395 Pohjatäytön korkeus: a := 0.3 Sivutäytön leveys: a 3 := in, 3 a 3 =.395

5 5.3 Kuorat Ekvivalentti viivakuora eri kuoritustapauksissa Lk1 liikennekuora (3 akselia) Lk1/ liikennekuora (1 akseli) Ek1 Raskas erikoiskuora Ek Raskas erikoiskuora p trafik := 117 kn 144 kn 168 kn Kuoritus = 1 Kuoritus = Kuoritus = 3 Valittu kuoritustapaus on ääräävä. Myös uut kuoritustapaukset on tarkastettu. 115 kn Kuoritus = 4 Ekvivalentti viivakuora tutkittavassa kuoritustapauksessa p trafik = 144 kn Ekvivalentin viivakuoran kanssa yhtäaikaa ahdollisesti vaikuttava tasainen pintakuora q 1 = 0 kn.4 Osavaruuskertoiet Kuorakertoiet Pysyvät, käyttörajatila: Ψγ jord.s := 1.0 Pysyvät, urtrorajatila ax: Ψγ jord.u.ax := 1. Pysyvät, urtorajatila in: Ψγ jord.u.in := 0.9 Liikennekuora, käyttörajatila: Ψγ trafik.s := 1.0 Liikennekuora, urtorajatila Lk: Ψγ trafik.u.lk := 1.8 Liikennekuora, urtorajatila Ek: Ψγ trafik.u.ek := 1.4 Liikennekuora, väsytysrajatila: Ψγ trafik.f = Materiaalikertoiet Teräs, käyttörajatila: γ n.s.stål := 1.0 Teräs, urtorajatila >: γ n.u.stål := 1.0 Teräs, urtorajatila >4: γ n.u.stål4 := 1.1 Teräs, väsytysrajatila >=5: γ n.f1 := 1.4 Teräs, väsytysrajatila >5: γ n.f := 1.6 Geotekniset varkuuskertoiet Geotekninen varuus: γ n.geo := 1.0 Kitkakulan varuus γ.φ := 1.5 Tangenttioduulin varuus: γ.e := 1.5 Ypärystäytön tilavuuspaino: γ.kringf := 1.0 Yläpuolisentäytön tilavuuspaino: γ.överf := 1.0

6 6 3 Voiasuureet 3.1 Tehollinen peitesyvyys E jd := E j γ n.geo γ.e E jd = MPa E jd 3 λ f := E s I y λ f = 84. γ.kringf ρ 1 δ hjässa := E j H ln H λ f δ hjässa = h c.red := h c δ hjässa h c.red = Noraalivoiat Noraalivoia aan painosta ( ) tan ϕ k ϕ kd := atan γ n.geo γ ϕ kd = deg.φ ( ) 0.8 tan ϕ kd S v := S v = tan( ϕ kd ) 1 tan( ϕ kd ) h c.red κ := S v κ = e κ S ar.kaivanto := S κ ar.kaivanto = ( ) S ar := Asennus =, 1, S ar.kaivanto S ar = ( ) d := > 1.05 R s, R s, d = 4.79 N j := 0. H d N j = kn h c.red h c.red H γ.kringf ρ 1 d + S ar γ.överf ρ ö

7 7 Noraalivoia liikennekuorasta N t := p trafik + q 1 h c.red p trafik p trafik h c.red 0.5 h c.red + q < 0.75 h c.red + q < h c.red = 0.13 N t = 144 kn Mitoittava noraalivoia Käyttörajatila: N d.s := Ψγ jord.s N j.krt + Ψγ trafik.s N t.krt N d.s = 0.75 kn Murtorajatila: N d.u := Ψγ jord.u.ax N j + Ψγ trafik.u N t N d.u = kn Väsytysrajatila: ΔN d.f := Ψγ trafik.f N t.krt ΔN d.f = kn

8 8 3.3 Taivutusoenttien äärittäinen Taivutusoentti aanpainosta Apusuureet: H f H := + 0. < 0.35 H H < 0.5 H H 0.5 < 0.6 H = 0.47 f 1 = 0.90 ( ) f.kringf := log λ f λ f 5000 f.kringf = λ f > 5000 ( ) f.överf := log λ f λ f λ f > 5000 f.överf = f 3 := 6.67 H 1.33 f 3 = Moentti siinä tilanteessa kun täyttötyö on putken laen tasolla M j.alku γ.kringf ρ 1 3 kn := ( f 1 f 3 f.kringf ) M j.alku =.709 Moentti lopputilanteessa M j := γ.kringf ρ 1 3 f 1 f 3 f.kringf 0.75 γ.överf ρ ö h c.red R t + S ar f γ.kringf ρ 1 R 1 f.överf s kn M j = 1.95

9 9 Taivutusoentti liikennekuorasta Apusuureet: ( ( )) h c.red = 0.13 f 4i := 1 0. log λ f f 4i = 0.17 ( ( )) f 4ii := log λ f λ f f 4ii = λ f > Moentteja laskettaessa hc/ saa olla aksiissaan 1,5 h c.red q := in, 1.5 q = q q q q q q f 4iii := 0.65 f 4iii = R t f 4iv := f R 4iv = 1 s R t M t := f 4i f 4iii f 4ii f 4iv p trafik + S ar f R 1 f.överf q 1 s M t = kn Mitoittava taivutusoentti putken laella Käyttörajatila M t.krt M td.s.ax := Ψγ trafik.s M t.krt M td.s.in := Ψγ trafik.s M d.s.ax := Ψγ jord.s M j.krt + M td.s.ax M d.s.in := Ψγ jord.s M j.krt + M td.s.in M d.s.ax 8.54 kn kn = M d.s.in = M d.s = Murtorajatila 8.54 kn Lopullinen tilanne: Työnaikainen tilanne: M d.u.loppu := Ψγ jord.u M j + Ψγ trafik.u M t M d.u.alku := Ψγ jord.u.ax M j.alku M d.u.loppu kn kn = M d.u.alku = 3.51 M d.u = kn

10 10 Väsytysrajatila ΔM d.f := 1.5Ψγ trafik.f M t.krt ΔM d.f = kn Mitoittava taivutusoentti putken sivulla Jos suhde R t / R s on suurepi tai yhtäsuuri kuin 1, niin: Mitoittava onetti sivualueella on -/3 * itoittava aanpainon aiheuttaa katon oentti - 1/3 * itoittava liikennekuoran aiheuttaa katon oentti. Käyttörajatila M td.s.sivu := Ψγ trafik.s M t.sivu.krt M d.s.sivu := Ψγ jord.s M j.sivu.krt + M td.s.sivu kn M d.s.sivu =.197 kn M d.s.sivu =.197 Murtorajatila Lopullinen tilanne: Työnaikainen tilanne: M d.u.loppu.sivu := Ψγ jord.u M j.sivu + Ψγ trafik.u M t.sivu M d.u.alku.sivu := Ψγ jord.u.ax M j.alku.sivu kn M d.u.loppu.sivu = M d.u.alku.sivu =.167 kn kn M d.u.sivu = Väsytysrajatila ΔM d.f.sivu := 1.5Ψγ trafik.f M t.sivu.krt ΔM d.f.sivu = kn

11 11 4 Mitoitus 4.1 Pieniät sallitut itat Peitesyvyys h c.red 0.5 h c.red = 0.59 Mitoitusehto1A = "OK" Putken poikkileikkaus Täytöt.0 Mitoitusehto1B = "OK" 100 λ f Mitoitusehto1C = "OK" a 1 > 0. a 1 =.395 Mitoitusehto1 = "OK" a 0.3 a = 0.3 Mitoitusehto1E = "OK" a 3 in 3.0, in 3.0, Mitoitusehto1F = "OK" = Sallittu liikennekuorien aiheuttaa taivutus f 4i f 4iii < 1.0 f 4i f 4iii = 0.35 Mitoitusehto = "OK"

12 1 4.3 Putkisillan itoitus käyttörajatilassa / putken yläosa f yk f yd.s := f γ yd.s = 80 MPa n.s.stål σ( M) := N d.s A y + M W y ( ) = MPa σ M d.s ( ) = MPa σ M d.s.sivu Mitoitusehto3 Mitoitusehto3 ( ) = "OK" M d.s ( ) = "OK" M d.s.sivu 4.4 Putkisillan itoitus urtorajatilassa / putken yläosa Apusuureet: h c.red κ := κ R = 0.43 t ξ N := κ κ 1.0 ξ N = Kun tutkitaan noraalivoiaa 1 κ > η j := 1 η 1 + κ j = E s I y μ := μ = η j E j R η t j ξ NM := 1.0 Kun tutkitaan ornaalivoian ja oentin yhdistelää 3ξ N E j E s I y N cr.el := N μ R cr.el = kn t N cr.el.nm = kn f yk f yd.u := f γ yd.u = MPa n.u.stål N u := f yd.u A y N u = kn

13 13 N cr.el N cr := N cr.el N u 1 N u N u 1 4 N cr.el 0.5 N cr.el N u > 0.5 N cr.el = N u N cr = kn N cr.nm N cr.el.nm = 1.13 N u kn = N cr N cr.el ω := 0.5 ω = 0.55 ω N u N NM = u 1 N u 1 4 N cr.el N cr.el N u Z := "Plastinen taivutusvastus" > 0.5 Z η := η := 1.35 W α c := η ω 0.8 η ω ( η ω) 0.8 ( ) < 0.8 η ω = α c = η ω NM = α c.nm = M u := 1.35 W y f yd.u M u = kn Tarkistus noraalivoialle Tarkistus yhdistetyille rasituksille N d.u β N := β ω f yd.u A N = β( M) := y α c N d.u ω NM f yd.u A y α c.nm + M M u β( M d.u ) = β( M d.u.sivu ) = Mitoitusehto4( M d.u ) = "OK" Mitoitusehto4( M d.u.sivu ) = "OK" 4.5 Putkisillan itoitus urtorajatilassa / putken alaosa Holvisillassa ei ole alaosaa. 4.6 Pulttiliitoksen itoitus Kierresauatussa rakenteessa ei ole pulttiliitoksia.

14 Asennusaikainen jäykkyys Raja := 0. Tyyppi = Raja = 0. kn kn 0.13 kn Tyyppi = 1 E s I y = kn Mitoitusehto7 = "OK" 4.8 Putkisillan väsytysitoitus Δf k.r Δf k.r := 150MPa Δf d.r := Δf γ d.r = 107 MPa n.f Noraalivoian aiheuttaa jännitys yp ja ap σ N := ΔN d.f A y σ N = MPa Moentin aiheuttaa jännitys kun kuora on keskellä putkea σ M.yp ( ΔM) := ΔM 1.5 W y σ M.yp ( ΔM d.f ) = 4.71 MPa Moentin aiheuttaa jännitys kun kuora on putken sivulla σ M.ap ( ΔM) := 0.5 ΔM 1.5 W y σ M.ap ΔM d.f = Suurin ja pienin jännitys profiilin sisäpinnassa ( ) MPa σ NM.yp1 ( ΔM) := σ N σ M.ap ( ΔM) σ NM.yp1 ΔM d.f σ NM.yp ( ΔM) := σ N + σ M.yp ( ΔM) σ NM.yp ΔM d.f Jännitysvaihtelu profiilin sisäpinnassa (saa kuin ulkopinnassa) σ rd ( ΔM) := σ NM.yp1 ( ΔM) + σ NM.yp ( ΔM) ( ) = MPa σ rd ΔM d.f ( ) = MPa σ rd ΔM d.f.sivu Mitoitusehto8( ΔM d.f ) = "OK" Mitoitusehto8( ΔM d.f.sivu ) = "OK" 4.9 Esikorotus ( ) = 8.51 MPa ( ) = MPa Putkisillalle tehdään tarvittaessa pituussuuntainen esikorotus, joka on suuruudeltaan puolet geosuunnittelijan äärittäästä putken keskikohdan painuasta.

15 15 5 Yhteenveto voiasuureista ääräävässä kuoritustapauksessa Mitoitus on tarkastettu yös uissa kuoritustapauksissa Noraalivoia käyttörajatilassa: N d.s = 1 kn Noraalivoia urtorajatilasaa: N d.u = 351 kn Noraalivoia väsytysrajatilassa: ΔN d.f = 43.8 kn Moentti käyttörajatilassa: M d.s = 8.5 kn Moentti urtorajatilassa: M d.u = 19.7 kn Moentti väsytysrajatilassa: ΔM d.f = 4.8 kn 6 Yhteenveto itoitusehdoista ääräävässä kuoritustapauksessa Putkisillan itoitus käyttörajatilassa / putken yläosa: Suhde 3 = 54 % Putkisillan itoitus urtorajatilassa / putken yläosa: Suhde 4 = 93 % Väsytysitoitus: Suhde 8 = 59 % Sallittu liikennekuorien aiheuttaa taivutus: Suhde = 35 % Asennusaikainen jäykkyys: Suhde 7 = 7 %

16 16 7 Käyttöikä itoitus Seuraavassa on esitetty yksi vaihtoehto putkisillan lisäsuojaaisesta. Putkisillan toiittaja äärittää lopullisen suojausenetelän ja pinnoitteiden paksuudet. Putkisilta kuuluu olosuhdeluokkiin 1 ja. Olosuhdeluokka 1 Olosuhdeluokka -Putken sisäpuoli kokoatkalta -Putken ulkopuoli kokonaan Laskennallinen käyttöikä Käytettävien suojauksien ainepaksuudet ja syöpyisnopeudet vallitsevassa olosuhdeluokassa. Olosuhdeluokka = 1 Teräs t Fe := 4000μ v Fe = 30 μ yr Sinkki t Zn := 70μ v Zn = μ yr Laskennallinen käyttöikä: 0.t Fe KI := v Fe + t Zn v Zn KI = yr Olosuhdeluokka = Teräs t Fe := 4000μ v Fe = 45 μ yr Sinkki t Zn := 70μ v Zn = 3 μ yr Epoksipiki- tai epoksitervaaali t E := 10μ v E = 6 μ yr Laskennallinen käyttöikä: 0.t Fe t Zn t E KI := KI = 8.778yr v Fe v Zn v E Alussa ääritettyä ainevahvuutta ei tarvitse kasvattaa.