Teräsbetonipaalujen kantokyky

Transkriptio

1 Teräsbetonipaalujen kantokyky Tilannetietoa tb-paalujen rakenteellisen kantokyvyn tutkimusprojektista Betonitutkimusseminaari Jukka Haavisto, TTY

2 Esityksen sisältö Yleistä tb-paalujen kestävyydestä TTY:n tb-paalututkimus Taustaa Esiselvitysvaihe Tutkimuksen jatkovaihe painottuen tb-paalun kantokyvyn mitoitusmallia kehittävään osioon 2

3 Yleistä tb-paalujen kestävyydestä Geotekninen kestävyys Paalua ympäröivän maa- ja kallioperän kyky ottaa vastaan paaluilta tulevat kuormat Varmistetaan esim. loppulyöntiehdoilla, dynaamisilla koekuormituksilla, staattisilla koekuormituksilla Rakenteellinen kestävyys Käytönaikainen kantokyky Poikkileikkauksen N-M -kapasiteetti Stabiliteetin menetys (maan murto) Asennusaikainen kestävyys Lisäksi kestävyys nostoille sekä käyttörajatila 3

4 TTY:n tb-paalututkimuksen tausta Eurokoodien myötä paalujen kehittämiselle annettiin PO-2011:ssa vapaammat kädet aiempiin kansallisiin ohjeisiin verrattuna Kansallinen ohjeistus teräsbetonipaalujen poikkileikkauksen kestävyyden tarkistamiseksi on nyt todettu riittämättömäksi Asennusaikaisen kestävyyden mitoittamisessa käytetty momenttikestävyysvaatimus on todettu rajoittavan tbpaalujen tuotekehitystä eikä vaatimuksen perusteita tunneta riittävästi Paalutusohjeuudistus oli käynnistymässä (PO-2016) Muodostui tarve teräsbetonipaalun mitoitusta käsittelevälle tutkimukselle 4

5 Esiselvitysvaihe Tutkimus aloitettiin esiselvitysvaiheella vuonna 2015 Rahoittajana Betoniteollisuus ry:n paalujaos Tavoitteena oli perehtyä teräsbetonipaalun mitoittamiseen sekä selvittää nykyisen ohjeistuksen ongelmakohdat ja puutteet Toteutettiin kirjallisuustutkimuksena Pohjoismaiset paalutusohjeet Kansainväliset tutkimukset 5

6 Esiselvitysvaihe Havaintoja/tuloksia: Asennuksen aikaiselle momenttikestävyysvaatimukselle ei todettu olevan selkeitä perusteita Teräsbetonipaalujen rakenteelliselle mitoittamiselle tulisi olla selkeämmät menettelytavat Paalujatkoksen alkuväljyydelle ei ole esitetty vaatimuksia, vaikka väljyys vaikuttaa oleellisesti nurjahdusmitoituksen alkuepäkeskisyyksiin Rakenteen ja maan vuorovaikutuksessa etenkin osavarmuusluvun käyttöä paalua ympäröivän maan ominaisuuksiin tulisi selkeyttää Asennustyön aiheuttama betonin väsyminen/vaurioituminen voi olla tarpeen ottaa huomioon rakenteellisessa mitoituksessa Tällä hetkellä: PO-2016:ssa lyönninkestävyyden määrittäminen on muuttumassa reunajännitysten rajoittamiseen perustuvaksi Tutkimuksen jatkovaiheessa luodaan mekaaninen paalun rakenteellisen kantokyvyn malli Jatkoksen alkuväljyydelle on raja-arvot uudessa paalutusohjeessa Maan osavarmuusluvun käyttöön tulossa tarkemmat ohjeistukset PO-2016:ssa Tutkimuksen jatkovaiheessa lyöntikuormitetaan paaluja ja tutkitaan betonin lujuusominaisuuksien muutoksia 6

7 Tutkimuksen jatkovaihe Aloitettiin vuoden 2016 loppukeväästä Rahoittajina RTL-säätiö, Betoniteollisuus ry:n paalujaos sekä Liikennevirasto Jakautuu kahteen osioon: 1) Mekaanisen mallin muodostaminen paalun rakenteellisen kantokyvyn määrittämiseksi Siirtymäperusteinen laskentamalli Vastaavaa mallia ei aikaisemmin ole ollut käytössä 2) Iskukuormituksen vaikutus betonin lujuusominaisuuksiin kuormituskokeiden avulla Lyöntirasitetuista paaluista betoninäytteet 7

8 Mekaaninen laskentamalli Tavoitteena luoda pohja teräsbetonipaalun kantokyvyn mekaaniselle toimintamallille, joka olisi helposti omaksuttavissa käytännön insinöörityössä Tarkasteltavana tapauksena pehmeässä maassa oleva kärjeltään kantava aksiaalisesti kuormitettu paalu Konservatiivisten käsinlaskentakaavojen mahdollisuus tarkemman mallin pohjalta Mallin laatiminen aloitettu lyhytaikaisella kuormituksella, seuraavassa vaiheessa otetaan mukaan pitkäaikaisten kuormien vaikutus betonin ja maan ominaisuuksiin 8

9 Mekaaninen malli tb-paalun kantokyvylle - Lähtötiedot ja laskentaoletukset Betonin ja raudoitusterästen jännitys-venymä yhteydet tunnetaan Lyhytaikainen kuormitus Paalun taipuma noudattaa sinikäyrää Alkuepäkeskisyys 2. kertaluvun taipuma Poikkileikkauksen N-M-κ yhteys tunnetaan Maan sivupaine-siirtymä yhteys tunnetaan Paalun alkuepäkeskisyys Jatketuilla L / 150 Jatkamattomilla L / 300 9

10 Mekaaninen malli tb-paalun kantokyvylle - Laskennan eteneminen Lähtötilanteessa pehmeässä maassa oleva alkutaipunut paalu, jota ei vielä kuormitettu Tässä vaiheessa arvataan taipumakuplan pituus (Pituutta varioidaan myöhemmin) Tartutaan taipumakuplan puoleen väliin ja kasvatetaan toisen kertaluvun taipumaa väkisin askel kerrallaan Ratkaistaan jokaisen askeleen kohdalla normaalivoima siten, että kuplan puolivälissä oleva sisäinen momentti ja ulkoinen momentti ovat tasapainossa 10

11 Mekaaninen malli tb-paalun kantokyvylle - Laskennan eteneminen Lyhytaikainen kuormitus Määritetään tb-paalun maksimi normaalivoima N-y 2 kuvaajan huippuarvosta Varioidaan taipumakuplan pituutta ja määritetään teräsbetonipaalun lopulliseksi kantokyvyksi matalin maksiminormaalivoiman arvo Normaalivoima, N [kn] Tb-paalun normaalivoima eri sivusiirtymillä Sivusiirtymä, y 2 [mm] Normaalivoima, N [kn] Tb-paalun kantokyky erilaisilla taipumakuplilla kn Taipumakuplan pituus, L [m] 11

12 Lyöntikoeosuus lyhyesti 12