DOUBLE GRADE RAKENNEPUTKIEN PURISTUSKESTÄVYYS

Transkriptio

1 LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO Teknillinen tiedekunta Konetekniikan koulutusohjelma Jari Suikkanen DOUBLE GRADE RAKENNEPUTKIEN PURISTUSKESTÄVYYS Työn tarkastajat: Professori Timo Björk DI Jussi Minkkinen

2 TIIVISTELMÄ Lappeenrannan teknillinen yliopisto Teknillinen tiedekunta Konetekniikan koulutusohjelma Jari Suikkanen Double grade rakenneputkien puristuskestävyys Diplomityö sivua, 28 kuvaa, 10 taulukkoa ja 7 liitettä Tarkastajat: Professori Timo Björk DI Jussi Minkkinen Hakusanat: kylmämuovattu rakenneputki, puristuskoe, nurjahdus Double grade S420MH/S355J2H rakenneputki on Ruukin kylmämuovattujen rakenneputkien vakioteräslaji. Se voidaan mitoittaa joko lujuusluokan S355 tai S420 mukaisesti. Teräslajin S355 mukaisesti mitoitettaessa on suunnittelu yksinkertaista. Painonsäästöä ja pidennettyjä jännevälejä haluttaessa käytetään lujuusluokan S420 mukaista mitoitusta. Työn tavoitteena oli selvittää kylmämuovattujen teräsrakenneputkien todellinen puristuskestävyys. Eurocode 3:n mukaan kylmämuovatut teräsrakenneputket kuuluvat nurjahduskäyrälle c. Tutkimukseen valittiin viisi eri profiilia olevaa rakenneputkea, joiden poikkileikkausluokat olivat 1, 2, 3 ja 4. Käytettäessä rakenneputkia puristussauvoina, on teräksen käyttö tehokkainta poikkileikkausluokassa 3, lähellä poikkileikkausluokkaa 4. Rakenneputkista laskettiin muunnetun hoikkuuden arvoilla 0.1, 0.5, 1.0 ja 1.5 koesauvojen pituudet kaikille profiileille. Valmistettiin kolme samanlaista koesauvaa jokaisesta koosta ja puristuskokeita suoritettiin yhteensä 57 kappaletta. Koesauvojen todelliset pituudet, alkukäyryydet ja poikkileikkaukset mitattiin. Ainestodistuksista saatiin materiaalin todelliset lujuudet. Laskettiin Eurocode 3:n mukaisesti kestävyydet nurjahduskäyrille a, b ja c. Laskennallisia kestävyyksiä verrattiin puristuskokeiden tuloksiin. Puristuskokeiden tulosten perusteella voidaan b-käyrää pitää oikeana profiileille 100x100x3, 150,150x5 ja 200x200x6. Profiili 150x150x5 kuuluu poikkileikkausluokkaan 2. Profiilit 100x100x3 ja 200x200x6 kuuluvat poikkileikkausluokkaan 4. Profiili 50x50x2 kuuluu nurjahduskäyrälle c. Profiilin poikkileikkausluokka on 1 ja aiemmat tutkimukset tukevat nurjahduskäyrän c käyttöä. Profiilista 300x300x8.8 ei saatu testattua täyttä sarjaa sen suuren kapasiteetin rikottua testilaitteiston, mutta puristuskokeiden perusteella se kuuluu nurjahduskäyrälle b. Profiili kuuluu poikkileikkausluokkaan 4.

3 ABSTRACT Lappeenranta University of Technology LUT School of Technology Mechanical Engineering Jari Suikkanen Compression tests of Ruukki s double grade tubes Master`s Thesis pages, 28 figures, 10 tables and 7 appendices Examiners: Professor Timo Björk MSc Jussi Minkkinen Keywords: cold-formed square hollow section, compression test, buckling Double grade S420MH/S355J2H is a standard quality of Ruukki s cold-formed rectangular hollow section tubes. It combines the properties of S420MH and S355J2H and benefits from the design with eases and weight reduction of S355 and S420, respectively. The aim of this work was to measure the real axial resistance of cold-formed square hollow sections. Buckling curve c is used for cold-formed steel tubes according to Eurocode 3. Five different cross-sections ranging from classes 1 to 4 were selected. The cross sections in class 3, near class 4, are the most efficient and preferable profiles in case of using steel. The non-dimensional slenderness factors 0.1, 0.5, 1.0 and 1.5 had been applied to all crosssections and the lengths were calculated based on these factors. Three identical steel tubes were produced of each size and 57 buckling tests had been carried out. The actual lengths, global imperfections and cross-sections were measured. Inspection certificates had been used in order to get the real strength of steel. Capacities were calculated for curves a, b and c based on Eurocode 3 and compared to experimental results. Based on the test results, buckling curve b is suitable for cross-sections 100x100x3(class 4), 150x150x5 (class 2) and 200x200x6 (class 4). Buckling curve c is suitable for crosssection 50x50x2 (class 1) which supports the previous studies using the same curve. Because of high capacity of cross-sections 300x300x8.8 (class 4), complete test of this profile was not possible. But it seems that buckling curve b works fine for this profile.

4 ALKUSANAT Tämä diplomityö on syntynyt Lappeenrannan ja Tampereen teknillisten yliopistojen, sekä SSAB:n yhteistutkimuksen rinnalla. Suuret kiitokset Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Timo Björkille ja SSAB:n DI Jussi Minkkiselle mahdollisuudesta tähän laajaan, sekä mielenkiintoiseen aiheeseen. Kiitokset teräsrakenteiden laboratorion henkilöstölle koesauvojen valmistamisesta ja työstä puristuskokeiden suorittamisessa. LUT Koneen muulle henkilöstölle kiitos avusta, jota sain aina sitä pyytäessäni. Kiitos tyttärelleni ja vaimolleni. Imatra, joulukuussa 2014 Jari Suikkanen

5 5 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT ALKUSANAT SISÄLLYSLUETTELO SYMBOLILUETTELO 1 JOHDANTO Työn tavoite Työn rajaus Katsaus aiempiin tutkimuksiin RUUKIN RAKENNEPUTKET Neliönmuotoiset Ruukki double grade rakenneputket Materiaali Valmistus RAKENNEPUTKEN TEOREETTINEN PURISTUSKESTÄVYYS Poikkileikkausluokat Koekappaleiden mitat Muunnettu hoikkuus Poikkileikkauksen puristuskestävyys Nurjahduskestävyys LABORATORIOKOKEET Koekappaleiden valmistus Rakenneputkien merkintä ja mittaus Koejärjestelyt kokeen aikaisine mittauksineen Puristuskokeet... 33

6 Poikkileikkauksen puristuskestävyys Nurjahdus TULOKSET Laskennalliset kestävyydet Puristuskokeiden tulokset Paikallinen lommahdus Tasonurjahdus Lommahdus-nurjahdus interaktio TULOSTEN TARKASTELU Alkukäyryyden suunta Taivutuksen vaikutus Poikkeamat yksittäisissä koetuloksissa Nurjahduskäyrät JOHTOPÄÄTÖKSET LÄHTEET LIITTEET LIITE 1: Materiaalitodistukset LIITE 2: Rakenneputkien mitat ja lujuudet LIITE 3: Poikkileikkausten mallinnus SolidWorks-ohjelmistolla LIITE 4: Maksimialkukäyryydet, toleranssit ja alkukäyryyksien suunnat LIITE 5: Puristusjärjestys LIITE 6: Tulosyhteenveto LIITE 7: Puristuskokeiden tulokset

7 7 SYMBOLILUETTELO A Poikkileikkauksen bruttopinta-ala [mm 2 ] A 5 Murtovenymä [%] A eff Poikkileikkauksen tehollinen pinta-ala [mm 2 ] b Rakenneputken leveys [mm] b eff b c Laipan tehollinen leveys [mm] Levykentän leveys [mm] Levykentän leveys [mm] E Kimmokerroin [N/mm 2 ] f y Materiaalin nimellinen myötölujuus [N/mm 2 ] I Jäyhyysmomentti [mm 4 ] k σ L L cr N b,rd N cr N ed P P kr Lommahduskerroin Pituus [mm] Nurjahduspituus [mm] Puristetun sauvan nurjahduskestävyyden mitoitusarvo [N] Kriittinen nurjahduskuorma [N] Poikkileikkauksen puristuskestävyys [N] Aksiaalisesti puristava voima [N] Aksiaalisesti puristavan voiman kriittinen taso [N] R eh Materiaalin ylempi myötöraja [N/mm 2 ] R m Materiaalin murtolujuus [N/mm 2 ] t Rakenneputken seinämäpaksuus [mm] α Epätarkkuustekijä γ M0 ε λ Osavarmuusluku Materiaalikerroin Muunnettu hoikkuus λ nim Muunnettu hoikkuus laskettuna nimellisillä arvoilla λ tod Muunnettu hoikkuus laskettuna todellisilla arvoilla λ p Taso-osan muunnettu hoikkuus ρ Pienennyskerroin kahdelta reunalta tuetuille taso-osille

8 8 ρ nim S355 ρ nim S420 ρ tod Pienennyskerroin kahdelta reunalta tuetuille taso-osille laskettuna S355 teräksen nimellisellä lujuudella Pienennyskerroin kahdelta reunalta tuetuille taso-osille laskettuna S420 teräksen nimellisellä lujuudella Pienennyskerroin kahdelta reunalta tuetuille taso-osille laskettuna teräksen todellisella lujuudella σ cr Kriittinen lommahdusjännitys [N/mm 2 ] φ Nurjahduskestävyyden pienennystekijän χ määrittämisessä tarvittava muuttuja χ Nurjahduskestävyyden pienennystekijä ψ Jännityssuhde

9 9 1 JOHDANTO Teräsrakenneputkien taivutusjäyhyys, vääntöjäykkyys ja siten nurjahduskestävyys ovat sulkeutuvan poikkileikkauksen ansiosta hyviä, koska materiaali sijaitsee kaukana profiilin poikkileikkauksen keskipisteestä. Rakenneputket ovat helposti liitettäviä ja niistä saadaan luotua arkkitehtuurisesti näyttäviä rakenteita. Suljettu muoto ilman teräviä kulmia on hyvä korroosiolta suojaamisen kannalta. Suojattava ala on pienempi, kuin avoprofiileilla ja suojaus kestää kauemmin. Rakenneputket voidaan tarvittaessa täyttää betonilla, joka lisää kantokykyä ja parantaa palonkestävyyttä. Rakenneputkien valmistaminen on kalliimpaa verrattuna avoprofiileiden valmistamiseen, mutta niiden liittäminen on helppoa yksinkertaisen muodon ansiosta. (Wardenier et al., 2010, s. 1.) Suuri nurjahduskestävyys mahdollistaa pitkät jännevälit ja harvan diagonaalijaon. Seinämän paksuutta muuttamalla voidaan lujuutta ja jäyhyyttä optimoida ulkomittoja muuttamatta. (Ongelin & Valkonen, 2012, s. 12.) Lujuuden ja yksinkertaisen muodon ansiosta rakenteista saadaan keveitä, edullisia ja näyttäviä. Käyttökohteita ovat rakennusten runkorakenteet, siltarakenteet, kaiteet, koneiden sekä nostolaitteiden ja kuljetusvälineiden runkorakenteet, pylväät ja mastorakenteet. (Rautaruukki, 2014a.) 1.1 Työn tavoite Työn tavoitteena oli selvittää kylmämuovattujen teräsrakenneputkien todellinen puristuskestävyys. Eurocode 3:n mukaan kylmämuovatut rakenneputket kuuluvat nurjahduskäyrälle c ja kuumamuovatut rakenneputket nurjahduskäyrälle a. (SFS-EN , 2005, s. 63.) Rakenneputkissa teräksen käyttö puristussauvana on tehokkainta silloin, kun ollaan poikkileikkausluokassa 3 ja lähellä poikkileikkausluokkaa 4. Poikkileikkausluokassa 3 koko poikkileikkauksen pinta-ala on tehollista ja poikkileikkausluokassa 4 pinta-alasta osa on tehotonta.

10 Työn rajaus Työssä tutkittiin neliönmuotoisten Ruukki double grade S355J2H/S420MH - rakenneputkien puristuskestävyyttä. Poikkileikkausluokka valittiin mahdollisimman lähelle poikkileikkausluokkien 3 ja 4 välistä rajaa. Tässä työssä suoritettiin tutkimuksen kokeellinen osuus. Vertaileva tutkimus on tarkoitus tehdä FEA:lla. 1.3 Katsaus aiempiin tutkimuksiin Puristuskokeista on julkaistu lukuisia tutkimuksia. Sen sijaan yli lujuusluokan S355 olevien rakenneputkien puristuskokeista oli löydettävissä melko vähän aikaisempia tutkimuksia. Puristusvoiman ja nurjahduskestävyyden suunnittelusäännöt on esitetty Eurocode 3 - standardissa SFS-EN (SFS-EN , 2005). Niemi ja Rinnevalli ovat tutkineet Fe 510 teräksestä kylmämuovaamalla valmistettuja profiililtaan neliönmuotoisia 100x100x5 mm teräsrakenneputkia. Näissä kokeissa oli kyseessä poikkileikkausluokan 1 rakenneputki (SFS-EN , 2005, s. 45). Fe 510 teräslaji vastaa likimääräisesti nykyistä S355 lujuusluokkaa. Niemen ja Rinnevallin puristuskokeiden tulokset asettuivat pienellä hajonnalla c-käyrälle, kun käytettiin teräksen todellista lujuutta. Käytettäessä nimellistä lujuutta tulokset asettuivat b-käyrälle. (Niemi & Rinnevalli, 1990, s ) Liegen yliopisto on tutkinut Cidect-projektissa kuuden eri valmistajan kylmämuovattuja neliönmuotoisia teräsrakenneputkia poikkileikkausluokassa 1(Cidect Research Project No 2R, 1996, s. 7 ). Puristuskokeiden tulokset asettuivat pääsääntöisesti Eurocode 3:n mukaisen c-käyrän tasolle tai sen alapuolelle. (Cidect Research Project No 2R, 1996, s. IV.) Key ja Hancock ovat tutkineet kylmämuovattujen neliönmuotoisten teräsrakenneputkien puristuskestävyyttä. Tutkimuksessa oli neljä poikkileikkaukseltaan erilaista profiilia. Näiden ohutseinäisten rakenneputkien nimellinen myötölujuus oli 350 N/mm 2. Rakenneputkista tutkittiin poikkileikkauksen puristuskestävyys ja tasonurjahdus. (Key & Hancock, 1993.) Ban et al. ovat tutkineet hitsattujen neliönmuotoisten ja I-profiileiden tasonurjahdusta. Tutkimuksessa oli 12 poikkileikkaukseltaan erilaista profiilia, joista viisi oli neliönmuotoisia ja seitsemän I-profiilia. Profiilit olivat valmistettu myötölujuudeltaan 460 N/mm 2 teräkses-

11 11 tä. Näissä kokeissa oli kyseessä poikkileikkausluokan 1 profiili (SFS-EN , 2005, s. 45). Testilaitteisto salli tasonurjahduksen yhteen suuntaan. Neliönmuotoisten profiileiden kapasiteetit olivat lähellä Eurocode 3:n mukaista c-käyrää. (Ban et al., 2012.)

12 12 2 RUUKIN RAKENNEPUTKET Ruukki valmistaa pyöreitä, suorakaiteen- ja neliönmuotoisia teräsrakenneputkia erikokoisina sekä useissa eri lujuusluokissa. Laaja mittavalikoima yhdistettynä sopivan teräslajin valintaan mahdollistaa rakenteen toiminnan ja kustannusten optimoinnin. Double grade laadusta tehdyt rakenneputket voidaan mitoittaa joko S355- tai S420-lujuusluokan mukaisesti. Teräslajin S355 mukaisesti mitoitettaessa on suunnittelu yksinkertaista. Painon säästöä ja pidennettyjä jännevälejä haluttaessa käytetään lujuusluokan S420 mukaista mitoitusta. (Ongelin & Valkonen, 2012, s. 12.) Teräsrakenneputket on suojattava korroosion vaikutusta vastaan. Eurocode 3:n mukaan korroosion esto ei ole tarpeellinen sisällä olevissa rakenteissa, jos ko. sisätilan suhteellinen kosteus on enintään 80 % (SFS-EN , 2005, s. 29). Kuitenkin korroosion vaikutus alkaa ilman suhteellisen kosteuden ollessa yli 60 %. Yleisin tapa suojata ilman kanssa kosketuksissa olevat teräsrakenneputket on korroosionestomaalaus tai kuumasinkitys. (Ongelin & Valkonen, 2012, s. 519.) Työn tekemisen aikana Rautaruukista tuli osa SSAB-yhtiötä, kun ruotsalainen SSAB ja Rautaruukki yhdistyivät virallisesti 29. heinäkuuta. Uuden yhtiön pääkonttorin kotipaikka on Ruotsi. (Yle Uutiset, 2014.) Yhtiön suurimmat terästuotantotehtaat sijaitsevat Oxelösundissa, Borlängessä ja Luleåssa Ruotsissa, Raahessa ja Hämeenlinnassa Suomessa sekä Montpelierissä ja Mobilessa Yhdysvalloissa (Rautaruukki, 2014b). 2.1 Neliönmuotoiset Ruukki double grade rakenneputket Tässä työssä tutkittiin neliönmuotoisia Ruukki double grade teräsrakenneputkia. Double grade on Ruukin kylmämuovattujen rakenneputkien vakioteräslaji. Ruukki double grade on standardin EN mukainen ja täyttää vaatimukset teräslajeille S355J2H ja S420MH. Standardin EN perusvaatimusten lisäksi rakenneputket täyttävät seuraavat vaatimukset: - Tuotteet on valmistettu kylmämuovaukseen sopivista vanhenemattomista täysin alumiinitiivistetyistä hienoraeteräksistä, joissa Al total 0.02 % - Nurkkien säröttömyys on taattu

13 13 - Seinämäpaksuuden toleranssi on parempi kuin standardissa - Seosainepitoisuudet ilmoitetaan ainestodistuksessa - Iskusitkeydelle taataan 40 J testauslämpötilassa - 40 ºC - Suoritetaan toimituseräkohtainen tarkastus sekä testaus myös laatuluokille JR ja J0 - Soveltuvat kuumasinkitykseen - Perusaineenkorjaushitsauksia ei sallita - Kemiallinen koostumus on parempi kuin standardissa - Hiiliekvivalentin maksimiarvo on 0.39 Kylmämuovausmenetelmällä saadaan hyvä mittatarkkuus ja pinnanlaatu. Rakenneputket soveltuvat käytettäväksi jopa alle - 50 ºC lämpötiloissa. (Ongelin & Valkonen, 2012, s. 15.) 2.2 Materiaali Merkinnän S420MH/S355J2H mukaan kyseessä on rakenneteräs, jonka myötölujuus on vähintään 420 N/mm 2. Iskusitkeysenergiavaatimus on 40 joulea EN mukaisella 10 mm x 10 mm V-lovisauvalla iskusitkeyden testauslämpötilassa - 40 ºC. Kirjain H tarkoittaa rakenneputkea. (Ongelin & Valkonen, 2012, s ) Kahdesta eri teräslajista suunnittelija voi valita soveltuvimman vaihtoehdon. Rakenneputkien mekaaniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Ruukin double grade rakenneputkien mekaaniset ominaisuudet (Ongelin & Valkonen, 2012, s. 20). Teräslaji Ruukki double grade S420MH / S355J2H R eh vähintään (N/mm 2 ) R m (N/mm 2 ) seinämänpaksuus t (mm) t < 3 t 3 A 5 vähintään (%) Iskusitkeys testauslämpötila ( C) Iskuenergia vähintään (J) Rakenneputkien todelliset materiaaliarvot on saatu liitteen 1 ainestodistuksissa ja esitetty taulukossa 2 (Minkkinen, 2014a & 2014b).

14 14 Taulukko 2. Puristuskokeissa käytettyjen rakenneputkien todelliset materiaaliarvot. Profiili Sulatusnro R p0.2 R m 300x300x x300x x200x x150x x100x x50x Valmistus Tässä tutkimuksessa olevat rakenneputket valmistetaan kuumavalssatusta teräsnauhasta kylmämuovaamalla ja hitsaamalla. Raaka-aineena on tarkasti putken ulkomittojen mukaan leikattu teräsnauha. Teräsnauha muovataan huoneenlämpötilassa pyöreäksi putkiaihioksi. Aihion reunat kuumennetaan hitsauslämpötilaan ja puristetaan yhteen. Ulkopuolinen hitsauspurse poistetaan. Poikkileikkaus muovataan neliön muotoiseksi profilointirullilla. Kuvassa 1 on esitetty rakenneputkien valmistusperiaate. (Ongelin & Valkonen, 2012, s. 16.) Kuva 1. Double grade rakenneputkien valmistusperiaate (Ongelin & Valkonen, 2012, s. 16).

15 15 3 RAKENNEPUTKEN TEOREETTINEN PURISTUSKESTÄVYYS Rakenneputkille laskettiin teoreettiset kestävyydet Eurocode 3:n mukaisesti käyttäen sekä nimellisiä että todellisilla mittoja ja lujuuksia. Seuraavissa kappaleissa on kerrottu laskennan vaiheet. 3.1 Poikkileikkausluokat Rakenneputket kuuluvat poikkileikkausluokkiin 1, 2, 3 tai 4. Poikkileikkausluokissa 1, 2 ja 3 koko poikkileikkauksen pinta-ala on tehollinen. Poikkileikkausluokassa 4 vain osa poikkileikkauksesta on tehollista. Rakenneputkien poikkileikkausluokat määritettiin Eurocode 3:n mukaisesti. Ensin laskettiin materiaalikerroin ε yhtälöllä: ε = 235 N (1) f y [ mm 2] Yhtälössä 1 f y on teräksen myötölujuus. (SFS-EN , 2006, s. 16.) Levykentän leveys c laskettiin yhtälöllä (SFS-EN , 2006, s. 16.): c = b 3t (2) Yhtälössä 2 rakenneputken leveys on b ja seinämän paksuus on t. Kuvassa 2 on esitetty yhtälön 2 termit c ja t.

16 16 Kuva 2. Kahdelta reunalta tuetut puristetut taso-osat (SFS-EN , 2005, s. 45). Seuraavaksi laskettiin poikkileikkausluokat nimellisille lujuuksille S355 ja S420, sekä todellisilla mitoilla todellisille materiaaliarvoille. Rakenneputken suora sivu voidaan ajatella taso-osana. Kuvassa 2 on esitetty puristettujen taso-osien laskenta. Nimellisiä mittoja käytettäessä leveys c on saatu yhtälöllä 2. Todellisia mittoja käytettäessä on rakenneputken leveydestä vähennetty nurkkapyöristykset. Taulukossa 3 on esitetty Exceltaulukkolaskentaohjelmalla lasketut poikkileikkausluokat.

17 17 Taulukko 3. Poikkileikkausluokat laskettuna kuvan 2 mukaisilla arvoilla. Profiili S355 S420 Todellinen 300x300x8.8 PL3 PL3 PL4 200x200x6 PL3 PL4 PL4 150x150x5 PL2 PL2 PL2 100x100x3 PL2 PL3 PL4 50x50x2 PL1 PL1 PL1 Kuvassa 3 on esitetty kahdelta reunalta tuetun taso-osan jännitysjakaumat. Puristuskokeissa jännitysjakauma on poikkileikkauksen tehollisella osuudella tasainen, jolloin jännityssuhde ψ = 1 ja lommahduskerroin k σ = 4. Kuva 3. Kahdelta reunalta tuetut taso-osat. (SFS-EN , 2006, s. 18.) Laskettiin kimmoteorian mukainen teräslevyn kriittinen lommahdusjännitys σ cr yhtälöllä (SFS-EN , 2006, s. 42): σ cr = k σ ( t b )2 yksikkö [MPa] (3) Yhtälössä 3 levykentän leveys b = c.

18 18 Taso-osan muunnettu hoikkuus λ p laskettiin yhtälöllä (SFS-EN , 2006, s. 16): λ p = f y σ cr (4) Pienennyskerroin ρ kahdelta reunalta tuetuille taso-osille saatiin yhtälöllä (SFS-EN , 2006, s. 16): ρ = λ p 0,055(3+ψ) (5) λ 2 p Taulukossa 4 on esitetty Excel-taulukkolaskentaohjelmalla lasketut pienennystekijän ρ arvot. Mikäli pienennystekijä ρ 1, on koko poikkileikkauksen pinta-ala on tehollista ja laskennassa käytetään poikkileikkauksen bruttopinta-alaa A eff = A. (SFS-EN , 2006, s ) Taulukko 4. Pienennystekijän ρ arvot. Profiili ρ nim S355 ρ nim S420 ρ tod 300x300x x200x x150x x100x x50x Koekappaleiden mitat Puristuskokeissa käytettyjen neliönmuotoisten rakenneputkien profiilit on esitetty taulukossa x. Sauvojen muunnetun hoikkuuden nimelliset arvot olivat λ = 0.1, λ = 0.5, λ = 1 ja λ = 1.5. Sauvan muunnetun hoikkuuden λ yhtälö on Eurokoodi 3:n mukaan (SFS-EN , 2005, s. 64): λ = A efff y N cr (6)

19 19 Yhtälöä 6 muokkaamalla saatiin kriittiselle nurjahduskuormalle N cr yhtälö: N cr = A efff y λ 2 (7) Kimmoteorian mukaisen kriittisen nurjahduskuorman N cr yhtälö: N cr = π2 EI L2 (8) cr Yhtälössä 3 teräksen kimmokertoimena E käytettiin arvoa MPa. I on rakenneputken jäyhyysmomentti ja L cr on nurjahduspituus. Yhtälöä 8 muokkaamalla saatiin laskettua koesauvojen pituudet L yhtälöllä: L = π EI N cr (9) Yhtälöitä 7 ja 9 käyttäen laskettiin Excel-taulukkolaskentaohjelmalla puristuskokeissa käytettyjen koesauvojen pituudet. Taulukkoon 5 on merkitty rakenneputkien profiilit, pituudet millimetreissä ja näitä vastaavat ID-tunnukset. Taulukko 5. Rakenneputkien pituudet [mm] ja ID-tunnukset (SFS-EN , 2006, s. 18). Profiili ID Pituus ID Pituus ID Pituus ID Pituus 300x300x8.8 B1 829 B B x200x6 B3 554 B B B x150x5 B7 413 B B B x100x3 B B B B x50x2 B B B B Pystykehälle mahtuvien koesauvojen maksimipituus on 6250 mm ja maksimivoima on 1200 kn. Megakehälle mahtuvien koesauvojen maksimipituus on 3950 mm ja maksimivoima on 5000 kn. Putkikoon 300x300x8.8 arvolla λ = 1.0 pituus olisi ollut 8292 mm,

20 20 arvolla λ = 1.5 pituus olisi ollut mm ja putkikoon 200x200x6 arvolla λ = 1.5 pituus olisi ollut 8303 mm, joten näitä mittoja ei voitu testata kokeellisesti. 3.3 Muunnettu hoikkuus Laskettiin rakenneputkien muunnettu hoikkuus λ yhtälöllä 6. Käytettiin nimellisiä mittoja ja materiaaliarvoja laskettaessa λ nim. Laskettaessa λ tod käytettiin todellisia mittoja ja materiaaliarvoja. Taulukossa 6 on esitetty Excel-taulukkolaskentaohjelmalla lasketut rakenneputkien suhteelliset hoikkuudet. Taulukko 6. Muunnettu hoikkuus λ nimellisillä ja todellisilla arvoilla. ID B1 B0 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 λ nim λ tod ID B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18 λ nim λ tod Poikkileikkauksen puristuskestävyys Rakenneputken suoraa sivua voidaan ajatella suorakaiteen muotoisena levynä, jonka kaikki sivut on tuettu nivelellisesti. Rakenneputken päihin kohdistuu kahdelta vastakkaiselta sivulta puristava kalvojännitys. Tiettyyn kriittiseen jännitykseen asti rakenneputki puristuu kokoon kimmoisesti ja sivu pysyy suorana. Kun jännitys on kohonnut kriittisen suuruiseksi, on sivun tasapainotila indifferentti. Pieni häiriö tai voiman kasvu saa sivun taipumaan sinipuoliaallon muotoisesti jompaankumpaan suuntaan levyn tasosta kuvan 4 mukaisesti. Ilmiö on paikallinen lommahdus. (Niemi, 2003, s. 17.)

21 21 Kuva 4. Vakiojännityksen kuormittaman levyn lommahdusmuoto suhteen a/b ollessa suuri (Niemi, 2003, s. 17). Mikäli muunnettu hoikkuus on λ 0.2 ei nurjahdusta tarvitse tarkistaa (SFS-EN , 2005, s ). Puristusvoiman mitoitusarvo N Ed saatiin yhtälöllä (SFS-EN , 2005, s. 53): N Ed = A efff y γ M0 (10) Osavarmuuslukuna γ M0 käytettiin arvoa 1.0 (SFS-EN , 2005, s. 48). Poikkileikkauksen puristuskestävyys laskettiin Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Tulokset on esitetty liitteessä Nurjahduskestävyys Ideaalisessa tapauksessa täysin suoraan rakenneputkeen kohdistuu aksiaalisesti puristava voima P, joka kasvaa jatkuvasti. Voiman saavuttaessa tietyn arvon P kr syntyy rakenneputkeen epästabiili taipuma kriittisessä nurjahdustasossa. Se voiman P arvo P kr, joka juuri kykenee pitämään rakenneputken taipuneessa asennossa, on nurjahdusvoima. (Pennala, 2002, s ) Puristuskokeissa ei ideaaliseen tapaukseen päästä, koska rakenneputket

22 22 eivät ole täysin suoria ja koelaitteiston asentaminen siten, että puristava voima vaikuttaa täysin rakenneputken poikkileikkauksen keskipisteeseen, on käytännössä mahdotonta. Näin ollen puristuskokeissa oli kyseessä epäkeskeisesti puristettu sauva, jolloin rakenneputkeen kohdistui puristuksen lisäksi taivutusta. Epäkeskisyyttä pyrittiin saamaan mahdollisimman pieneksi laitteiston linjauksella. Nurjahduskäyrissä käytettiin taulukon 7 mukaisia epätarkkuustekijöitä α ja laskettiin yhtälössä 12 tarvittava φ yhtälöllä (SFS-EN , 2005, s. 61): φ = 0,5[1 + α(λ 0,2) + λ 2 ] (11) Taulukko 7. Nurjahduskäyrien epätarkkuustekijät (SFS-EN , 2005, s. 62). Nurjahduskäyrä Epätarkkuustekijä α a 0 a b c d Sen jälkeen laskettiin aksiaalisesti puristettujen sauvojen muunnettua hoikkuutta λ vastaava nurjahduskestävyyden pienennystekijä χ yhtälöllä (SFS-EN , 2005, s. 61): χ = 1 φ+ φ 2 λ 2 mutta χ 1 (12) Kuvassa 5 on esitetty nurjahduskäyrät. Kuvasta havaitaan muunnetun hoikkuuden λ vaikutus nurjahduskestävyyden pienennystekijän χ arvoon.

23 23 Kuva 5. Nurjahduskäyrät (SFS-EN , 2005, s. 64). Pienennystekijä ollessa ρ < 1 uuman ja laipan tehollinen leveys b eff laskettiin yhtälöllä (SFS-EN , 2006, s. 18): b eff = ρb (13) Puristetun sauvan nurjahduskestävyyden mitoitusarvo N b,rd saatiin yhtälöllä. (SFS-EN , 2005, s. 61): N b,rd = χa efff y γ M0 (14) Nurjahduskestävyys laskettiin a- b- ja c-käyrille Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Tulokset on esitetty liitteessä 6.

24 24 4 LABORATORIOKOKEET Laboratoriokokeet ja niihin liittyvä esivalmistelu suoritettiin pääosin Lappeenrannan teknillisen yliopiston teräsrakenteiden laboratoriossa. Osa rakenneputkista toimitettiin Rämö Oy:n konepajalle päiden koneistukseen. Seuraavissa kappaleissa on kerrottu kuinka Ruukin toimittamista rakenneputkista valmistettiin koekappaleet, merkittiin ja mitattiin ne, rakennettiin koelaitteisto sekä suoritettiin puristuskokeet. 4.1 Koekappaleiden valmistus Rakenneputket sahattiin taulukossa x laskettuihin mittoihin. Jokaista kokoa tehtiin kolme samanlaista koekappaletta. 26 rakenneputkea puristettiin sahatuilla putken päillä ja 31 rakenneputkea sahauksen jälkeen koneistetuilla putkenpäillä. Yhteensä testattiin 57 rakenneputkea. 4.2 Rakenneputkien merkintä ja mittaus Putket merkittiin tunnuksilla, joiden avulla löytyy tiedot putkien mitoista, lujuuksista ja sulatuseristä, sekä laskennalliset arvot että koetulokset. Esimerkiksi merkinnässä B11_2 kirjain B kertoo kyseessä olevan puristuskokeet. Numeron perustella löytyy putken koko ja pituus. Alatunniste 2 kertoo kyseisen sarjan koekappaleen numeron. Rakenneputkien ala- ja yläpäät merkittiin rakenneputkien päihin ja sivut merkittiin tunnuksilla A, B, C ja D. Tunnus A merkittiin sivulle, jossa oli rakenneputken tuotantosauma. Sivut B, C ja D kiertävät järjestyksessä myötäpäivään rakenneputkea alapäästä katsottaessa. Tunnuksien perusteella rakenneputket asetettiin puristuskokeissa ennalta määrättyihin suuntiin. Yli 1000 mm pitkien rakenneputkien suoruudet mitattiin Laser Tracker LTD 500 mittalaitteella. Laite sijoitettiin lähelle putken keskikohtaa. Kuvassa 6 laite mittaa sivua D.

25 25 Kuva 6. Rakenneputkien suoruuden mittaus. Rakenneputkista mitattiin sivut C ja D. Yli 1000 mm pitkien rakenneputkien mittauspisteiden väli oli noin 300 mm. Ensimmäinen ja viimeinen mittauspiste oli putken leveyden arvon verran putken päästä. Muut mittauspisteet olivat tasavälein, joista yksi mittauspiste oli aina pituussuunnassa keskikohdalla. Mittauspisteet merkittiin ennen mittausta rakenneputken suoralle sivulle kulman läheisyyteen, jossa paikallisen muodon vaikutus oli mahdollisimman pieni. Mittausta suoritti kaksi henkilöä, josta toinen asetti vastaanottimen mittauspisteeseen ja toinen käytti lähetintä. Vastaanotin asetettiin pystysuorassa lähetintä vastaan kohtisuorassa olevalle sivulle, josta lasersäde mittasi etäisyyden. Rakenneputkien ensimmäinen ja viimeinen mittauspiste sai arvon nolla. Näiden pisteiden välisten pisteiden poikkeama nollasta kuvasi rakenneputken muotoa. Mittauslaitteiston epätarkkuus oli 0.01 mm/m. Alle 1000 mm pitkien rakenneputkien sivut C ja D mitattiin kuvan 7 mukaisella teräsrakennelaboratorion lasermittalaitteella. Tällä mittalaitteella mittapisteet olivat noin 0.5 mm välein. Rakenneputken päädyn poikkileikkauksen muoto muuttuu sahauksessa hieman jäännösjännitysten vaikutuksesta ja päädyn muodonmuutos suodatettiin pois mittaustuloksista.

26 26 Kuva 7. Teräsrakennelaboratorion lasermittalaite. Standardin SFS-EN mukaan mittatoleranssi suoruudelle on 0.15 % putken kokonaispituudesta ja enintään 3 mm jokaiselta 1 metrin pituudelta. Kaikki rakenneputket olivat toleranssiarvojen sisällä. (SFS-EN , 2006, s. 10.) Taulukossa 8 on esitetty mittaustulokset.

27 27 Taulukko 8. Mitatut maksimialkukäyryydet ja alkukäyryyden toleranssit. ID Maksimi Toleranssi ID Maksimi Toleranssi ID Maksimi Toleranssi B1_ B0_ B2_ B1_ B0_ B2_ B1_ B0_ B2_ B3_ B4_ B5_ B3_ B4_ B5_ B3_ B4_ B5_ B6_ B7_ B8_ B6_ B7_ B8_ B6_ B7_ B8_ B9_ B10_ B11_ B9_ B10_ B11_ B9_ B10_ B11_ B12_ B13_ B14_ B12_ B13_ B14_ B12_ B13_ B14_ B15_ B16_ B17_ B15_ B16_ B17_ B15_ B16_ B17_ B18_ B18_ B18_ Rakenneputkien todelliset pituudet ja poikkileikkaukset mitattiin standardin SFS-EN mukaan. Pituus mitattiin metrimitalla jokaisesta putkesta sivuilta A ja C. Poikkileikkaus mitattiin jokaisesta toimitetusta rakenneputkesta. Kaikkien sahattujen rakenneputkien poikkileikkauksia ei mitattu erikseen. Rakenneputkien leveydet ja seinämäpaksuus kulmissa mitattiin työntömitalla. Seinämäpaksuudet suorilla sivuilla mitattiin mikrometrillä. Kuvassa 8 on esitetty käytetyt mittauskohdat. (SFS-EN s )

28 28 Kuva 8. Poikkileikkauksen leveyden, korkeuden ja seinämänpaksuuden mittauskohdat (SFS-EN s. 14). Kulmien pyöristyssäteet mitattiin sädetulkilla. Vaihtoehtoinen tapa on mitata kahden vierekkäisen sivun oletetun leikkauspisteen sekä sivun ja kulmakaaren välisen leikkauspisteen etäisyys kuvan 9 mukaisesti, josta saadaan kulman ulkopyöristyssäde laskemalla. (SFS-EN s. 18.) Kuva 9. Poikkileikkauksen kulmien ulkopyöristyssäteen mittauskohta (SFS-EN s. 18).

29 29 Kuhunkin sarjaan kuului kolme profiililtaan samanlaista ja samanpituista rakenneputkea. Näiden todellisista mitoista laskettiin keskiarvo, jota käytettiin laskuissa. Rakenneputkien pituuksien ja poikkileikkausarvojen mittaustulokset, sekä myötö- ja murtolujuudet on esitetty liitteessä Koejärjestelyt kokeen aikaisine mittauksineen Koelaitteisto koostui kehästä, nivelpäädyistä, voimasylinteristä ja antureista. Nivelinä käytettiin karkaistusta nuorrutusteräksestä valmistettuja keinuniveliä. Nivelen aluslevy on myös karkaistua nuorrutusterästä. Tällainen nivel kestää suuria kuormia ja on lähes kitkaton. (Björk, ) Valmistettiin 48.8 mm paksuiset levyt, joiden ylä- sekä alapinnat oli koneistettu suoriksi. Levyihin koneistettiin rakenneputkien poikkileikkauksen muotoiset 8.8 mm syvät urat. Leikattiin 5 mm paksuisesta EN AW 6082 alumiinilevystä uriin palat. Neljästä samanlaisesta palasta saatiin yhden uran muoto. Poikkeuksena 50x50x2 rakenneputkille koneistettiin 5.8 mm syvä ura, johon asetettiin 2.4 mm alumiininen tig-hitsauslanka. Alumiini terästä pehmeämpänä materiaalina tasasi rakenneputken pään pienistä epätasaisuuksista johtuvia jännityksiä. Uralevyt ja uriin asetetut alumiinipalat on esitetty kuvassa 10.

30 30 Kuva 10. Uralevy ja yksi neljästä uraan asetetuista alumiinipaloista. Uralevyt kiinnitettiin ruuveilla niveliin. Nivelpinta on lieriömäinen ja sallii sauvanpään kiertymän nurjahdustasossa. Nurjahdussuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa nurjahdusta ei pääse tapahtumaan. Nivelien säteet mitattiin teräsrakennelaboratorion muodonmittauslaitteistolla. Säteeksi saatiin mm. Rakenneputki asetettiin uraan, jossa olevien alumiinilevyjen ulkopinta on keinunivelen muodostaman ympyränkaaren säteen keskipisteessä. Voima vaikuttaa siten rakenneputken pään keskikohtaan koko puristuskokeen ajan. Kuvassa 11 on esitetty voiman vaikutus rakenneputken ollessa taipuneessa tilassa.

31 31 Kuva 11. Periaatteelliset kuvat rakenneputken nivelöinnin toiminnasta kuormituksen alaisena sekä kuva nivelestä kuormitettuna. Kuvassa 12 on pystykehä. Rakenneputki asetettiin kehälle siten, että nurjahduksen oli tarkoitus tapahtua suurimman alkukäyryyden suuntaan, joka oli kuvasta katsottuna oikealla.

32 32 Pystykehällä voitiin puristaa alle 1200 kn voimaa vaativia maksimipituudeltaan 6250 mm pitkiä rakenneputkia. Sähkökäyttöisen pumpun tuottama maksimivoima oli 1000 kn. Käsikäyttöisellä pumpulla saatiin 1200 kn maksimivoima. Kuva 12. Pystykehä. Kuvassa 13 on vaakasuuntainen puristuskehä, jota kutsutaan nimellä Megakehä. Putki asetettiin vaaka-asentoon kehälle siten, että nurjahduksen oli tarkoitus tapahtua suurimman alkukäyryyden suuntaan vaakatasossa. Näin ollen rakenneputken oman paino on käytännössä merkityksetön. Megakehällä voitiin puristaa alle 5000 kn voimaa vaativia maksimipituudeltaan 3950 mm pitkiä rakenneputkia.

33 33 Kuva 13. Megakehä. Puristuskokeissa, joissa rakenneputki pääsi nurjahtamaan, mitattiin voimaa, putken pituudensuuntaista siirtymää ja sivusiirtymää. Nurjahduskokeissa oli voima-anturi, siirtymäanturi pituuden muutokselle, siirtymäanturit keskellä putkea ja keinunivelien lähellä putken ala- ja yläpäissä mittaamassa sivusiirtymää. Poikkileikkauksen puristuskestävyyskokeet suoritettiin ilman keinuniveliä eli uralevyt olivat kiinnitetty suoraan kehään. Nämä stub column testit suoritettiin Megakehällä ja niissä mitattiin voimaa ja putken pituudensuuntaista siirtymää. 4.4 Puristuskokeet Rakenneputkille suoritettiin kolmentyyppisiä puristuskokeita. Poikkileikkauksen puristuskestävyyttä mitattiin lyhyellä koesauvalla, jossa muunnetun hoikkuuden λ laskennallinen arvo oli 0.1. Nurjahduskokeita suoritettiin muunnetun hoikkuuden λ laskennallisilla arvoilla Nurjahduskokeissa käytettiin keinuniveliä. Kolmas puristuskoetyyppi oli ilman keinuniveliä suoritettu puristuskoe, jossa muunnetun hoikkuuden λ laskennallinen arvo oli

34 ja Näissä kokeissa uralevyt olivat taipuneet edeltävän kokeen suuren voiman johdosta Poikkileikkauksen puristuskestävyys Rakenneputki asetettiin kuvan 14 mukaisesti ilman keinuniveliä uralevyihin. Kyseessä on päistään jäykästi tuettu sauva. Kuva 14. Poikkileikkauksen puristuskestävyys koe Nurjahdus Rakenneputki asetettiin kuvan 15 mukaisesti keinunivelissä oleviin uralevyihin. Kyseessä oli nivelellisesti päistään tuettu sauva.

35 Kuva 15. Nurjahdus. 35

36 36 5 TULOKSET Rakenneputkista laskettiin Eurocode 3:n mukaisesti kestävyydet sekä nimellisillä lujuusarvoilla ja mitoilla että todellisilla mitatuilla lujuuksilla ja poikkileikkausarvoilla. Laskennallisia kestävyyksiä verrattiin puristuskokeista saatuihin tuloksiin. Jotta kuvaajat ovat luettavissa, arvoja jouduttiin keskiarvoistamaan mittalaitteistossa olleen värinän johdosta. Keskiarvoistettuja tuloksia verrattiin todellisiin arvoihin ja poikkeamat korjattiin. 5.1 Laskennalliset kestävyydet Rakenneputkille laskettiin kestävyydet nurjahduskäyrillä a, b ja c. Todelliset lujuudet on saatu liitteessä 1 olevista ainestodistuksista ja todelliset mitat ovat liitteessä 2 (Minkkinen, 2014a & 2014b). Rakenneputkien poikkileikkaukset mallinnettiin SolidWorks 2012 x64 edition 3D CAD suunnitteluohjelmistolla käyttäen todellisia mittoja. Liitteessä 3 on poikkileikkauskuvat, joista on saatu todelliset pinta-alat ja jäyhyysmomentit. Exceltaulukkolaskentaohjelmalla lasketut kestävyydet on esitetty liitteessä 6. (SFS-EN , 2005, s ) 5.2 Puristuskokeiden tulokset Puristuskokeista 30 tehtiin Megakehällä ja 27 pystykehällä. Rakenneputkien puristuskokeissa oli kolmenlaisia vauriomuotoja. Paikallinen lommahdus, tasonurjahdus ja lommahdus-nurjahdus interaktio. Puristuskokeiden tulokset on esitetty liitteessä 6 ja sarjakohtaiset tulokset kuvaajineen on esitetty liitteessä 7. Taulukossa 9 on esitetty todellisilla mitatuilla lujuuksilla ja poikkileikkausarvoilla arvoilla lasketut kestävyydet ja puristuskokeiden tulokset.

37 37 Taulukko 9. Todellisilla mitatuilla lujuuksilla ja poikkileikkausarvoilla arvoilla lasketut kestävyydet ja puristuskokeiden tulokset. ID Todellinen a-käyrä (kn) Todellinen b-käyrä (kn) Todellinen c-käyrä (kn) Koe1 Koe2 Koe3 B B B B B B B B B B B B B B B B B B B Paikallinen lommahdus Paikallisessa lommahduksessa rakenneputki lommahtaa suoralta sivulta. Lommahdus tapahtui jäykällä tuella suoritetuissa poikkileikkauksen puristuskestävyyskokeissa. 19 rakenneputkea lommahti ylä- tai alapään läheisyydestä ja kaksi rakenneputkea lommahti keskiosasta. Kaikissa tapauksissa kaksi vastakkaista seinämää lommahti sisäänpäin ja kaksi vastakkaista seinämää lommahti ulospäin. Kokeesta käytetään nimeä stub column testi. Kuvassa 16 on esitetty sekä yläpäästä että keskiosasta lommahtaneet rakenneputket.

38 38 Kuva 16. Paikallinen lommahdus Tasonurjahdus Tasonurjahduksessa rakenneputki taipui sivulle keinunivelien mahdollistamassa suunnassa. Puristusvoiman saavutettua maksimiarvonsa voima alkoi pienentyä ja sivusiirtymä kasvaa voimakkaasti. Mikäli rakenneputken puristamista jatkettiin nurjahduksen jälkeen, tapahtui lommahdus rakenneputken keskiosassa. 33 rakenneputkea nurjahtivat, joista 20 taipui oletettuun ja 13 ei oletettuun suuntaan. Oletussuunta määritettiin esitaipuman maksimiarvon mukaisesti. Kuvassa 17 on esitetty tasonurjahdus. Kuva 17. Tasonurjahdus.

39 Lommahdus-nurjahdus interaktio Lommahdus-nurjahdus interaktiossa rakenneputki taipui sivulle ja stabiiliuden menetys tapahtui äkillisesti lommahduksen vaikutuksesta rakenneputken keskiosassa. Ilmiö tapahtui B12-sarjan rakenneputkilla. Kaikki kolme rakenneputkea taipuivat oletettuun suuntaan. Kuvassa 18 on esitetty lommahdus-nurjahdus interaktio. Kuva 18. Lommahdus-nurjahdus interaktio

40 40 6 TULOSTEN TARKASTELU Seuraavissa kappaleissa on tarkasteltu tuloksia. Tuotantosaumassa olevan hitsin vaikutus alkukäyryyteen tutkittiin, taivutuksen syntymekanismi rakenneputkiin mallinnettiin, yksittäiset poikkeukset tuloksissa esitettiin ja puristuskokeiden tuloksia verrattiin todellisilla materiaaliarvoilla laskettuihin nurjahduskäyriin. 6.1 Alkukäyryyden suunta Neutraaliakselin alkukäyryys on sama kuin mitattujen sivujen C ja D. Sivun C alkukäyryys on sama kuin vastakkaisen sivun A ja sivun D on sama kuin vastakkaisen sivun B. Kuvassa 19 on esitetty periaatepiirros alkukäyryydestä. Kuva 19. Alkukäyryys. Taulukossa 10 on esitetty maksimialkukäyryyksien määrä rakenneputkien sivuja kohden. Sivulla A sijaitsee tuotantosauma. Sivuilla A ja C on alkukäyryyden maksimiarvoja selvästi vähemmän, kuin sivuilla B ja D. Tuotantosaumassa olevan hitsin ei näytä määräävän rakenneputkien alkukäyryyden suuntaa. Ruukin double grade rakenneputkien suoruus oli selvästi parempi kuin standardin SFS-EN mukaan laskettu toleranssi. Liitteessä 4 on alkukäyryyden maksimiarvot, toleranssit ja niiden suunnat suunnat.

41 41 Taulukko 10. Alkukäyryyden maksimiarvojen lukumäärät suuntiin A, B, C ja D. 6.2 Taivutuksen vaikutus Rakenneputkista osa puristettiin sahatuilla ja osa koneistetuilla päädyillä. Sahatuissa päädyissä havaittiin vinoutta. Päädyn vinoudesta johtuen neutraaliakseli ja puristusvoima eivät ole yhdensuuntaisia. Kuvassa 20 on esitetty vinon päädyn puristuskoe. Kuva 20. Vinon päädyn puristuskoe. Kuvassa 21 on esitetty tilanne jossa rakenneputken päädyn vinous oli keinunivelen jäykkään suuntaan. Rakenneputken päätyyn muodostui epätasainen puristusjännitys.

42 42 Kuva 21. Vinon päädyn puristus jäykkään suuntaan. Keinunivelessä havaittiin kesken tutkimuksen epäkeskisyyttä. Kuvassa 22 on esitetty tilanne jossa voima ei vaikuta poikkileikkauksen keskipisteeseen. Kuva 22. Epäkeskeinen puristus.

43 43 Vino pääty ja keinunivelien epäkeskisyys aiheuttivat momentin rakenneputkiin. Taivutuksen ja puristuksen yhteisvaikutus aiheutti rakenneputken kapasiteetin pienenemisen verrattuna puhtaaseen puristukseen. Pienellä voimalla suhteessa maksimivoimaan syntynyt taipuma oleellisesti heikensi rakenneputken kapasiteettia. Kuvassa 23 on esitetty B18-sarjan tulokset. Rakenneputki B18_1 puristettiin sahatuilla putkenpäillä. Rakenneputket puristettiin B18_2 ja B18_3 koneistetuilla putkenpäillä. Kokeen jälkeen havaittiin keinunivelien ruuvien olleen löystyneet. Tästä aiheutui epäkeskeinen puristus. Putkenpäiden vinous ja epäkeskeinen puristus aiheuttivat rakenneputkeen taivutusta. Samanaikainen taivutus ja puristus heikensivät merkittävästi rakenneputkien kestävyyttä. Tulos jäi alle sekä nimellisen, että laskennallisen c-käyrän. Kuva 23. B18-sarjan tulokset. Kuvassa 24 on esitetty B4-sarjan tulokset. Rakenneputkien päät olivat koneistetut ja keinunivelet keskitetyt. B4_2 rakenneputkeen syntyi pieni taipuma kuormituksen ollessa vähäinen suhteessa maksimivoimaan. B4_1 ja B4_3 rakenneputkiin taipuma muodostui lä-

44 44 hestyttäessä maksimivoimaa. Tulosten voidaan katsoa kuvaavan puhdasta puristusta. Tulokset ylittivät a-käyrän laskennallisen arvon. Kuva 24. B4-sarjan tulokset. Liitteessä 7 on kuvat kaikista puristuskokeiden tuloksista. Tuennasta aiheutunut taivutuksen vaikutus tuloksiin oli suurin 50x50x2 profiilin rakenneputkilla. Rakenneputki oli poikkileikkaukseltaan tämän tutkimuksen pienin, jolloin materiaali sijaitsi lähimpänä poikkileikkauksen keskipistettä. Epäkeskeisen puristuksen vaikutus oli näin ollen suurin. Tämän kokoluokan rakenneputkille tulee suunnitella tarkalla säätömahdollisuudella oleva keinunivel, jotta päästäisiin mahdollisimman lähelle puhdasta puristusta. 6.3 Poikkeamat yksittäisissä koetuloksissa Kuvassa 25 on esitetty B9-sarjan tulokset. Rakenneputki B9_2 taipui pienellä voimalla negatiiviseen suuntaan ja voiman kasvettua taipuman suunta muuttui positiiviseksi. Rakenneputket B9_1 ja B9_3 taipuivat positiiviseen suuntaan koko puristuskokeen ajan. Rakenneputken B9_2 alkukäyryys oli suuntaan D ja taipuma oli suuntaan B. Epäkeskeisen puris-

45 45 tuksen aiheuttama momentti taivutti rakenneputken vastoin alkukäyryyden suuntaa. Kapasiteetti oli tässä tapauksessa hieman suurempi kuin todellisuudessa. Kuva 25. B9-sarjan tulokset. Kuvassa 26 on esitetty B10-sarjan tulokset. Rakenneputki B10_1 taipui noin puolella voimalla suhteessa maksimista negatiiviseen suuntaan, jonka jälkeen taipuman suunta muuttui ja alkoi kasvaa voimakkaasti. Kapasiteetti oli yli b-käyrän laskennallisen arvon. Rakenneputkien B10_2 ja B10_3 kestävyys ylitti laskennallisen a-käyrän arvon taipuman ollessa vähäinen. Kaikki kolme rakenneputkea taipuivat ei oletettuun suuntaan. Alkukäyryys oli alle 1 mm. Rakenneputken B10_1 puristuskokeessa sivusiirtymän värinä oli suurempi kuin sarjan kahdessa muussa puristuskokeessa.

46 46 Kuva 26. B10-sarjan tulokset. Kuvassa 27 on esitetty B14-sarjan tulokset. Rakenneputki B14_2 taipui pienellä voimalla suhteessa maksimivoimaan negatiiviseen suuntaan. Kapasiteetti ylitti a-käyrän laskennallisen arvon ja kokonaistaipuma oli pieni. Rakenneputket B14_1 ja B14_3 taipuivat voimakkaasti jo pienillä voimilla ja kestävyys ylitti laskennallisen b-käyrän. Rakenneputki B14_2 taipui ei oletettuun suuntaan ja rakenneputket B14_1 sekä B14_3 oletettuun suuntaan. Rakenneputkien päädyt olivat sahattuja ja silmämääräisesti oli havaittavissa pieni vinous.

47 47 Kuva 27. B14-sarjan tulokset. 6.4 Nurjahduskäyrät Puristuskokeissa nimellisellä arvolla λ = 0.5 sarjoissa B4, B8, B12 ja rakenneputki B16_1, sekä B5 λ = 0.71 kestävyydet ylittivät laskennallisen a-käyrän. B16_2 ja B16_3 λ = 0.5 kapasiteetit ylittivät laskennallisen b-käyrän. Nimellisellä arvolla λ = 1.0 laskennallinen a- käyrä ei ylittynyt. Nimellisellä arvolla λ = 1.5 laskennallinen a-käyrä ylittyi rakenneputkilla B10_2, B10_3 ja B14_2. Yhtälöä 12 muokkaamalla laskettiin Excel-taulukkolaskentaohjelmalla puristuskokeiden tuloksista nurjahduskestävyyden pienennystekijän χ todellinen arvo käyttäen todellisia mittoja ja materiaaliarvoja. Kuvassa 28 on verrattu puristuskokeissa saatuja tuloksia todellisilla arvoilla laskettuihin nurjahduskäyriin.

48 48 Kuva 28. Puristuskokeiden tulokset verrattuna todellisilla arvoilla laskettuihin nurjahduskäyriin. Tulokset eivät ole täysin verrannollisia keskenään johtuen aiemmin mainitusta taivutuksen aiheuttamasta vaikutuksesta rakenneputkien kestävyyteen. Näiden puristuskokeiden perusteella vaikuttaa kuitenkin siltä, että kuvan 28 mukaiset nurjahduskäyrät eivät kuvaa todellista tilannetta. Muunnetun hoikkuuden arvoilla λ = 1.12 kolme ja λ = 1.68 kaksi nurjahduskestävyyden pienennystekijän χ arvoa on alle c-käyrän. Nämä ovat profiilin 50x50x2 rakenneputkia.

49 49 7 JOHTOPÄÄTÖKSET Profiileilla 100x100x3, 150x150x5 ja 200x200x6 kaikkien rakenneputkien kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun c-käyrän, 10 rakenneputken kestävyys ylitti b-käyrän ja 15 rakenneputken kestävyys ylitti a-käyrän. Muunnetun hoikkuuden arvolla λ = 0.5 kapasiteetit ylittivät a-käyrän kaikilla edellä mainittujen profiileiden rakenneputkilla. Profiileilla 100x100x3 ja 150x150x5 arvolla λ = 1.0 kaikkien rakenneputkien kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun c-käyrän ja neljän rakenneputken kestävyys ylitti b-käyrän. Arvolla λ = 1.5 kaikkien rakenneputkien kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun c- ja b- käyrän sekä kolmen rakenneputken kestävyys ylitti a-käyrän. Profiililla 200x200x6 muunnetun hoikkuuden arvolla λ = 0.71 kaikkien rakenneputkien kapasiteetti ylitti c-, b- ja a- käyrän. Muunnetun hoikkuuden arvolla λ = 1.13 kestävyys ylitti c- ja b-käyrän. Kapasiteetin vaihtelua aiheuttivat testilaitteistossa kesken tutkimuksen havaittu epätarkkuus ja rakenneputkien päiden vinous. Näistä syntyi taivutusmomenttia, joka heikensi rakenneputkien kapasiteettia. Mikäli rakenneputken alkukäyryyden vastakkaiseen suuntaan saadaan taivutusmomentti, joka on samansuuruinen kuin alkukäyryyden suoristumiseen tarvittava voima, voi kapasiteetti olla hieman todellista suurempi. Tilanne on teoreettinen ja tässä tutkimuksessa kaikki epätarkkuudet ovat pääsääntöisesti heikentäneet rakenneputkien kestävyyttä. Näiden puristuskokeiden perusteella voidaan pitää b-käyrää oikeana näiden profiileiden mitoituskäyränä. Käyrän muoto olisi näiden puristuskokeiden perusteella hieman erilainen. Muunnetun hoikkuuden λ arvon ollessa 0.2 ja 0.7 välillä, nurjahduskestävyyden pienennystekijän χ arvon tulisi olla lähempänä arvoa yksi. Muunnetun hoikkuuden la λ 1.0 käyrän muoto on tämän tutkimuksen perusteella oikea. Profiilin 50x50x2 rakenneputkien tuloksissa oli suurta vaihtelua. Testilaitteiston epätarkkuuden vaikutus oli suurin profiililtaan pienimmälle rakenneputkelle. Kuuden rakenneputken kestävyys alitti todellisilla arvoilla lasketun c-käyrän, kahden rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun b-käyrän ja yhden rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Muunnetun hoikkuuden arvolla λ = 0.5 kaikkien rakenneputkien kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun c- ja b-käyrän ja yhden rakenneputken kestävyys ylitti a-käyrän. Arvoilla λ = 1.0 ja λ = 1.5 kaikkien kuuden rakenneputken ka-

50 50 pasiteetti jäi alle c-käyrän. Niemi ja Rinnevalli sekä Liegen yliopisto olivat tutkimuksissaan saaneet poikkileikkausluokka 1:n rakenneputkilla c-käyrän mukaisia tuloksia. Ban et al. olivat poikkileikkausluokkaa 1 olevilla neliönmuotoisilla hitsatuilla profiileilla saaneet c-käyrän mukaisia tuloksia. Tämä tutkimus tukee näiden aiempien tutkimuksien tuloksia poikkileikkausluokassa 1 muunnetun hoikkuuden arvolla λ 1.0. Rakenneputkien seinämän nimellisen paksuuden tulee olla vähintään 2.5 mm liitettäessä rakenneputkia taso- ja avaruusristikoihin (SFS-EN , 2005, s. 110). 50x50x2 rakenneputkia käytetään vähän rakentamisessa, joten niiden pysymisessä c-käyrällä ei ole käytännön merkitystä (Minkkinen, 2014c). Profiilin 300x300x8.8 rakenneputkista saatiin suoritettua poikkileikkauksen puristuskestävyyskokeet. Tasonurjahdusta ei saatu tutkittua profiilin suuren kapasiteetin rikottua testilaitteiston. Ensimmäisessä tasonurjahduskokeessa muunnetun hoikkuuden arvolla λ = 0.48 kestävyys ylitti c- ja b-käyrän. Kapasiteetti heikkeni uralevyjen taipumisen johdosta. Kokeen jälkeen taipuneet uralevyt kiinnitettiin kehään ilman keinuniveliä ja loput viisi koetta suoritettiin stub column testeinä. Taipunut uralevy puristi rakenneputkea epätasaisesti aiheuttaen suurimman puristusjännityksen rakenneputken suoralle sivulle, joka lommahti. Kuitenkin kapasiteetti oli kahdessa kokeessa yli poikkileikkauksen puristuskestävyyden laskennallisen arvon.

51 51 LÄHTEET Ban, H., Shi, G., Shi, Y. & Wang, Y Overall buckling behavior of 460 MPa high strength steel columns: Experimental investigation and design method. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 74. s Björk, Timo. Ei aihetta [yksityinen sähköpostiviesti]. Vastaanottajat: Markku Heinisuo, Jussi Minkkinen, Ilkka Lehtinen, Jari Suikkanen, Matti Koskimäki. Lähetetty klo (GMT +0200). Cidect Research Project No 2R Buckling Behaviour of a New Generation of Cold- Formed Hollow Sections. Aachen: RWTH Aachen. University of Liege. 52 s. Key, P. & Hancock, G A Theoretical Investigation of the Column Behaviour of Cold-Formed Square Hollow Sections. Thin-Walled Structures, 16:1-4. s Minkkinen, J. 2014a. Double grade ainestodistukset [yksityinen sähköpostiviesti]. Vastaanottajat: Markku Heinisuo, Timo Björk, Lehtinen Ilkka, Sorsa Ilkka. Lähetetty :45 (GMT +0200). Minkkinen, J. 2014b. Puristusputket ainestodistus [yksityinen sähköpostiviesti]. Vastaanottajat: Timo Björk, Matti Koskimäki. Lähetetty klo 13:54 (GMT +0200). Minkkinen, J. 2014c. Re: Puristuskokeet [yksityinen sähköpostiviesti]. Vastaanottaja: Jari Suikkanen. Lähetetty klo 10:48 (GMT +0200). Niemi, E Levyrakenteiden suunnittelu. Tekninen tiedotus 2/2003. Helsinki: Teknologiainfo Teknova Oy. 136 s. Niemi, E. & Rinnevalli, J Buckling tests on cold-formed square hollow sections of steel Fe 510. Journal of Constructional Steel Research, 16: 3. s

52 52 Ongelin, P. & Valkonen, I Rakenneputket EN 1993 käsikirja Hämeenlinna: Rautaruukki Oyj. 684 s. Pennala, E Lujuusopin perusteet Muuttumaton painos. Helsinki: Otatieto Oy. 400 s. Rautaruukki. 2014a. Neliönmuotoiset Ruukki double grade rakenneputket [verkkodokumentti]. Rautaruukki Oyj. Päivitetty [viitattu ]. 6 s. Saatavissa PDFtiedostona: (>Lataa tämän tuotteen tiedot PDF-tiedostoksi). Rautaruukki. 2014b. Ruukki & SSAB [verkkodokumentti]. Rautaruukki Oyj. Päivitetty [viitattu ]. Saatavissa: SFS-EN Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt. Helsinki: Suomen Standardoimisliitto SFS. 100 s. SFS-EN Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-5: Levyrakenteet. Helsinki: Suomen Standardoimisliitto SFS. 58 s. SFS-EN Eurocode Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-8: Liitosten mitoitus. Helsinki: Suomen Standardoimisliitto SFS. 148 s. SFS-EN Kylmämuovatut hitsatut seostamattomista teräksistä ja hienoraeteräksistä valmistetut rakenneputket. Osa 2: Toleranssit, mitat ja poikkileikkaukset. 2. Painos. Helsinki: Suomen Standardoimisliitto SFS. 52 s. Wardenier, J., Packer, J.A., Zhao, X.-L. & van der Vegte, G.J Hollow Sections in Structural Applications. Zoetermeer, Alankomaat: Bouwen met Staal. 232 s. Yle Uutiset Rautaruukki on nyt SSAB:n [verkkodokumentti]. Yle Uutiset [viitattu ]. Saatavissa:

53 Materiaalitodistukset (Minkkinen 2014a & 2014b). Liite 1, 1

54 Liite 1, 2

55 Liite 1, 3

56 Liite 1, 4

57 Liite 1, 5

58 Liite 1, 6

59 Liite 1, 7

60 Liite 1, 8

61 Liite 1, 9

62 Liite 1, 10

63 Liite 1, 11

64 Liite 1, 12

65 Liite 1, 13

66 Liite 1, 14

67 Liite 1, 15

68 Liite 1, 16

69 Liite 1, 17

70 Liite 1, 18

71 Liite 1, 19

72 Liite 1, 20

73 Liite 2, 1 Rakenneputkien mitat ja lujuudet. Puristuskokeissa käytettyjen rakenneputkien mitatut pituudet, ulkomitat, kulmien pyöristyssäteet ja seinämäpaksuudet ovat millimetreinä. Myötö- ja murtolujuudet ovat megapascaleina. Ne on saatu liitteessä 1 olevista ainestodistuksista. 300x300x8.8 ID Pituus A Pituus C Kulma r ulko r sisä t kulma t sivu A t sivu B t sivu C t sivu D b A-C b B-D R p0.2 R m B0_ D-A B1_ A-B B2_ B-C C-D B0_ D-A B1_ A-B B2_ B-C C-D B0_ D-A B1_ A-B B2_ B-C C-D x200x6 ID Pituus A Pituus C Kulma r ulko r sisä t kulma t sivu A t sivu B t sivu C t sivu D b A-C b B-D R p0.2 R m B5_ D-A A-B B-C C-D B3_ D-A B4_ A-B B5_ B-C C-D B3_ D-A B4_ A-B B6_ B-C C-D B5_ D-A B6_ A-B B-C C-D B3_ D-A B4_ A-B B6_ B-C C-D

74 Liite 2, 2 150x150x5 ID Pituus A Pituus C Kulma r ulko r sisä t kulma t sivu A t sivu B t sivu C t sivu D b A-C b B-D R p0.2 R m B9_ D-A B10_ A-B B7_ B-C C-D B9_ D-A B10_ A-B B7_ B-C C-D B8_ D-A B10_ A-B B7_ B-C C-D B9_ D-A B8_ A-B B8_ B-C C-D x100x3 ID Pituus A Pituus C Kulma r ulko r sisä t kulma t sivu A t sivu B t sivu C t sivu D b A-C b B-D R p0.2 R m B14_ D-A B11_ A-B B12_ B-C C-D B14_ D-A B11_ A-B B12_ B-C C-D B14_ D-A B11_ A-B B12_ B-C C-D B13_ D-A A-B B-C C-D B13_ D-A A-B B-C C-D B13_ D-A A-B B-C C-D

75 Liite 2, 3 50x50x2 ID Pituus A Pituus C Kulma r ulko r sisä t kulma t sivu A t sivu B t sivu C t sivu D b A-C b B-D R p0.2 R m B18_ D-A B17_ A-B B16_ B-C B15_ C-D B18_ D-A B17_ A-B B16_ B-C B15_ C-D B18_ D-A B17_ A-B B16_ B-C B15_ C-D

76 Poikkileikkausten mallinnus SolidWorks ohjelmistolla. Liite 3, 1

77 Liite 3, 2

78 Liite 3, 3

79 Liite 3, 4

80 Liite 3, 5

81 Maksimialkukäyryydet, toleranssit ja alkukäyryyksien suunnat. ID Maksimi Toleranssi Suunta ID Maksimi Toleranssi Suunta B1_ B B0_ B B1_ B B0_ D B1_ B B0_ A B2_ C B3_ B B2_ D B3_ B B2_ A B3_ B B4_ B B5_ B B4_ D B5_ C B4_ A B5_ D B6_ C B7_ A B6_ B B7_ A B6_ D B7_ A B8_ C B9_ B B8_ B B9_ D B8_ C B9_ D B10_ C B11_ D B10_ A B11_ D B10_ A B11_ A B12_ D B13_ A B12_ D B13_ D B12_ B B13_ A B14_ B B15_ C B14_ D B15_ C B14_ B B15_ B B16_ B B17_ D B16_ D B17_ D B16_ B B17_ D B18_ D B18_ D B18_ B Liite 4

82 Puristusjärjestys. 1. B9_1 22. B14_1 43. B16_1 2. B9_2 23. B14_2 44. B16_2 3. B9_3 24. B14_3 45. B16_3 4. B10_1 25. B13_1 46. B4_1 5. B10_2 26. B13_2 47. B4_2 6. B10_3 27. B13_3 48. B4_3 7. B8_1 28. B18_1 49. B5_1 8. B8_2 29. B12_1 50. B5_2 9. B8_3 30. B12_2 51. B5_3 10. B7_1 31. B12_3 52. B2_2 11. B7_2 32. B17_1 53. B2_1 12. B7_3 33. B17_2 54. B2_3 13. B15_1 34. B17_3 55. B0_1 14. B15_2 35. B18_2 56. B0_2 15. B15_3 36. B18_3 57. B0_3 16. B11_1 37. B3_1 17. B11_2 38. B3_2 18. B11_3 39. B3_3 19. B6_2 40. B1_1 20. B6_3 41. B1_2 21. B6_1 42. B1_3 Liite 5

83 Tulosyhteenveto. Liite 6 ID Nimellinen a-käyrä S420 [kn] Nimellinen b-käyrä S420 [kn] Nimellinen c-käyrä S420 [kn] Nimellinen a-käyrä S355 [kn] Nimellinen b-käyrä S355 [kn] Nimellinen c-käyrä S355 [kn] Todellinen a-käyrä [kn] Todellinen b-käyrä [kn] Todellinen c-käyrä [kn] B B B B B B B B B B B B B B B B B B B Koe1 [kn] Koe2 [kn] Koe3 [kn]

84 Puristuskokeiden tulokset. Liite 7, 1 B0 300x300x8.8 L=2500 mm ID Putken pään Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely voima [kn] B0_1 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 4245 B0_2 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 4161 B0_3 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 4395 B0-sarjassa kaikki kolme rakenneputkea puristettiin ilman niveliä taipuneilla uralevyillä. Taipunut uralevy aiheutti epätasainen jännitysjakauman, joka oli suurempi putken suorilla sivuilla, kuin nurkissa. Kuvaajassa voima on verrannollinen pituuden muutokseen. Kuvaajan siirtymissä on uralevyjen taipumasta johtuvaa siirtymää.

85 B1 300x300x8.8 L=829 mm Liite 7, 2 ID Putken pään Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely voima [kn] B1_1 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus keskiosassa 4341 B1_2 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 4536 B1_3 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 4453 B1-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken poikkileikkauksen puristuskestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun puristuskestävyyden. Kuvaajassa voima on verrannollinen pituuden muutokseen.

86 B2 300x300x8.8 L=3950 mm Liite 7, 3 ID Putken pään Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely voima [kn] B2_1 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 4310 B2_2 Koneistettu Megakehä Nivel Paikallinen lommahdus alapäässä 3865 B2_3 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 4356 B2-sarjassa rakenneputki B2_2 oli ensimmäinen koesauva. Puristuksessa uralevyt alkoivat taipua. Rakenneputken alapäähän muodostui paikallinen lommahdus. B2_1 ja B2_3 puristettiin taipuneilla uralevyillä ilman niveliä. Molempiin muodostui paikallinen lommahdus alapäähän. Siirtymän mittaus oli rikkoutunut B2_1 koesauvassa. B2_2 voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään ja B2_3 voima on verrannollinen pituuden muutokseen. Kuvaajan siirtymissä on uralevyjen taipumasta johtuvaa siirtymää.

87 B3 200x200x6 L=554 mm Liite 7, 4 ID Putken pään Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely voima [kn] B3_1 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 2307 B3_2 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus yläpäässä 2229 B3_3 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus yläpäässä 2168 B3-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken poikkileikkauksen puristuskestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun puristuskestävyyden. Kuvaajassa voima on verrannollinen pituuden muutokseen.

88 B4 200x200x6 L=2768 mm Liite 7, 5 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B4_1 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Oletettu 2156 B4_2 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 2185 B4_3 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Oletettu 2118 B4-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Paikallinen lommahdus tapahtui pian nurjahduksen jälkeen. Taipuma muodostui lähellä maksimivoimaa. B4_2 rakenneputkessa muodostui pieni taipuma pienillä voimilla. Tämän rakenneputken kapasiteetti oli suurin. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

89 B5 200x200x6 L=3950 mm Liite 7, 6 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B5_1 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Oletettu 1837 B5_2 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 1808 B5_3 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 1804 B5-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Taipuma muodostui lähellä maksimivoimaa. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

90 Liite 7, 7 B6 200x200x6 L=6250 mm ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B6_1 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 1106 B6_2 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 1084 B6_3 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 1077 B6-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun b-käyrän. Yli 1000 kilonewtonin voima tuotettiin käsikäyttöisellä pumpulla. Yhden rakenneputken taipuma muodostui lähellä maksimivoimaa ja tällä oli suurin kapasiteetti. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

91 Liite 7, 8 B7 150x150x5 L=413 mm ID Putken pään Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely voima [kn] B7_1 Sahattu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus yläpäässä 1570 B7_2 Sahattu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus yläpäässä 1545 B7_3 Sahattu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus yläpäässä 1514 B7-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken poikkileikkauksen puristuskestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun puristuskestävyyden. Kuvaajassa voima on verrannollinen pituuden muutokseen.

92 Liite 7, 9 B8 150x150x5 L=2067 mm ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B8_1 Sahattu Megakehä Nivel Nurjahdus Oletettu 1372 B8_2 Sahattu Megakehä Nivel Nurjahdus Oletettu 1379 B8_3 Sahattu Megakehä Nivel Nurjahdus Oletettu 1370 B8-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Taipuma muodostui lähellä maksimivoimaa. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

93 Liite 7, 10 B9 150x150x5 L=4134 mm ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B9_1 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 790 B9_2 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 823 B9_3 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 797 B9-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun b-käyrän. Yhden rakenneputken taipuma muodostui lähellä maksimivoimaa ja tällä oli suurin kapasiteetti. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

94 Liite 7, 11 B10 150x150x5 L=6201 mm ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B10_1 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 435 B10_2 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 459 B10_3 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 458 B10-sarjassa kahden rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Taipuma muodostui lähellä maksimivoimaa. Yhden rakenneputken kapasiteetti ylitti todellisilla arvoilla lasketun c-käyrän. Rakenneputki alkoi taipua, kun voimaa oli noin puolet maksimivoimasta. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

95 Liite 7, 12 B11 100x100x3 L=277 mm ID Putken pään Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely voima [kn] B11_1 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 540 B11_2 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus yläpäässä 557 B11_3 Koneistettu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 540 B11-sarjassa yhden rakenneputken poikkileikkauksen puristuskestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun puristuskestävyyden. Kahden rakenneputken kapasiteetti jäi hieman alle todellisilla arvoilla lasketun, kuitenkin reilusti yli nimellisillä arvoilla lasketun. Havaittiin pieni epäkeskisyys uralevyjen suuntaamisessa. Kuvaajassa voima on verrannollinen pituuden muutokseen.

96 Liite 7, 13 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B12_1 Koneistettu Pystykehä Nivel Lommahdus-nurjahdus interaktio Oletettu 520 B12_2 Koneistettu Pystykehä Nivel Lommahdus-nurjahdus interaktio Oletettu 519 B12_3 Koneistettu Pystykehä Nivel Lommahdus-nurjahdus interaktio Oletettu 515 B12-sarja oli ensimmäinen koneistetuilla putkenpäillä puristettu sarja, joissa λ 0.5. Suoruuden linjaus suoritettiin rakenneputken ollessa kehään kiinnitettynä. Pinnapultteja jouduttiin koneistamaan suoruuden säätövaran lisäämiseksi. Kaikkien kolmen rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

97 B13 100x100x3 L=2767 mm Liite 7, 14 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B13_1 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 294 B13_2 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 306 B13_3 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 283 B13-sarjassa rakenneputket alkoivat taipua jo pienillä voimilla. Yhden rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun b-käyrän. Kahden rakenneputken kapasiteetti ylitti todellisilla arvoilla lasketun c- käyrän. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

98 B14 100x100x3 L=4150 mm Liite 7, 15 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B14_1 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 172 B14_2 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 195 B14_3 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 171 B14-sarjassa yhden rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Rakenneputki alkoi taipua lähellä maksimivoimaa. Kahden rakenneputken kapasiteetti ylitti todellisilla arvoilla lasketun b-käyrän. Taipuma muodostui pienillä voimilla. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

99 Liite 7, 16 B15 50x50x2 L=137 mm ID Putken pään Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely voima [kn] B15_1 Sahattu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus alapäässä 227 B15_2 Sahattu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus keskiosassa 229 B15_3 Sahattu Megakehä Jäykkä Paikallinen lommahdus yläpäässä 215 B15-sarjassa kaikkien kolmen rakenneputken poikkileikkauksen puristuskestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun puristuskestävyyden. Kuvaajassa voima on verrannollinen pituuden muutokseen.

100 B16 50x50x2 L=683 mm Liite 7, 17 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B16_1 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 175 B16_2 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 173 B16_3 Koneistettu Megakehä Nivel Nurjahdus Ei oletettu 168 Ennen B16-sarjan puristuskokeita kehä linjattiin huolellisesti. Yhden rakenneputken kestävyys ylitti todellisilla arvoilla lasketun a-käyrän. Toinen koekappale jäi yhden kilonewtonin verran a- käyrän alapuolelle. Kolmas rakenneputki ylitti todellisilla arvoilla lasketun b-käyrän. Kaikki kolme rakenneputkea alkoivat taipua lähellä maksimivoimaa. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

101 B17 50x50x2 L=1366 mm Liite 7, 18 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B17_1 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 85 B17_2 Koneistettu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 86 B17_3 Koneistettu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 84 B17-sarjan kaikkien kolmen kestävyys alitti todellisilla arvoilla lasketun c-käyrän. Taipuma muodostui pienillä voimilla. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.

102 B18 50x50x2 L=2050 mm Liite 7, 19 ID Putken pään Taipuman Maksimi Koelaitteisto Tuenta Vaurio muoto viimeistely suunta voima [kn] B18_1 Sahattu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 48 B18_2 Koneistettu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 48 B18_3 Koneistettu Pystykehä Nivel Nurjahdus Oletettu 48 B18-sarjan kaikkien kolmen kestävyys alitti todellisilla arvoilla lasketun c-käyrän. Taipuma muodostui pienillä voimilla. Puristuskokeiden jälkeen laitteisto irrotettiin pystykehältä. Asennettaessa laitteistoa Megakehälle, huomattiin keinunivelten ruuvien olevan löysällä. Kuvaajassa voima on verrannollinen rakenneputken todelliseen keskisiirtymään.