Terästutkimus on Oulun yliopiston vahva kehittämisala

Transkriptio

1 Terästutkimus on Oulun yliopiston vahva kehittämisala Toimintaa rakennesuunnittelun näkökulmasta Rakennustuoteasetuspäivä Mikko Malaska Oulun yliopisto, Konetekniikan osasto

2 Oulun yliopiston konetekniikan osastolla on merkittävä alueellinen rooli Oulun yliopiston konetekniikan osasto on alan pohjoisin yliopisto-osasto ja sen maantieteellinen vaikutusalue kattaa yli puoli Suomea. Osasto pyrkii edesauttamaan ja vahvistamaan teollisuuden toimintamahdollisuuksia ja kilpailukykyä sekä huolehtimaan osaltaan kone- ja rakennustekniikan teollisuuden osaajatarpeen tyydyttämisestä ja tutkijakoulutuksesta. Terästutkimus - Oulun yliopiston kehittämisala (OKM ja Oulun yliopiston sopimus ) Terästutkimuskeskus (CASR) Konetekniikan osasto Tulevaisuuden Tuotantoteknologiat -tutkimusryhmä

3 Konetekniikan osaston koulutus- ja tutkimustoiminta tukee yliopiston strategiaa ja tieteellistä profiilia Tekee korkeatasoista yliopistollista tutkimusta ja on omalla toimialallaan alueen merkittävin innovaatiotoimija. Hallitsee terästuotteiden käytön koko ketjun: Valmistus ja materiaalinvalinta lähtien metallurgiasta ja valun koostumuksesta Normiohjattu koneen- ja rakennesuunnittelu jalostaa teräksen lopputuotteeksi Koneiden ja teräsrakenteiden käytönaikainen kunnonvalvonta, monitorointi sekä huolto- ja korjaustekniikka Toimii tiiviissä yhteistyössä elinkeinoelämän, teollisuuden sekä muiden tutkimuslaitosten kanssa. Koneensuunnittelu Materiaalitekniikka Tuotantotekniikka Mekatroniikka ja konediagnostiikka Teknillinen mekaniikka Rakennesuunnittelu ja rakentamisteknologia

4 CASR Centre for Advanced Steel Research Poikkitieteellista osaamista ja tutkimusta koko teräksentuotannon sulasta metallista valmiin teräksen käsittelyyn: Teräksen kemiallinen, mekaaninen ja fysikaalinen metallurgia Valmistustekniikaan liittyvien prosessien ohjaus, säätö ja mallinnus Uusien terästen kehittäminen ja olemassa olevien teräslaatujen parantaminen Terästen lopputuotteeksi jalostamisen tekniikat Keskuksen piirissä toimii tällä hetkellä 60 tutkijaa seitsemässä tutkimusryhmässä Materiaalitekniikan laboratorio Tulevaisuuden tuotantoteknologiat Älykkäät järjestelmät Lämpö- ja diffuusiotekniikan laboratorio Prosessimetallurgian laboratorio Säätötekniikan laboratorio Tuotantotekniikan osasto

5 Tulevaisuuden tuotantoteknologiat tutkimusryhmä Tutkimusryhmä on Oulun yliopiston Nivalassa toimivan alueyksikön, Oulun Eteläisen instituutin, sekä Oulun yliopiston tuotantotekniikan laboratorion yhteinen tutkimusryhmä. Ryhmän tutkimus keskittyy levymäisen materiaalin tuotteeksi jalostamisen tekniikoihin ja menetelmiin. Ohutlevytekniikka Ultralujat materiaalit (muokkaus, muovaus ja liittämismenetelmät) Lasertekniikka (hitsaus, leikkaus, pinnoitus ja lämpökäsittely) Valmistuksen suunnittelu ja prototypointi Työvälinetekniikka

6 Teräsrakennetekniikan DI-koulutus Rakennesuunnitteluun syventyvät konetekniikan opiskelijat valitsevat pääaineekseen rakennesuunnittelun ja rakentamisteknologian opintosuunnan. Tämä tapahtuu 2. vuosikurssin puolessa välissä. Myös monet konetekniikan ja teknillisen mekaniikan opiskelijat suorittavat teräsrakenteiden suunnitteluun liittyvät opintojaksot. Rakennesuunnitteluun syventyvien opiskelijoiden suunnittelualan opinnot tähtäävät vaativuusluokan AA suunnittelijan pätevyyksiin. Opiskelijat suorittavat sivuaineenaan teknillisen mekaniikan opinnot, mikä antaa heille hyvän teoreettisen perustan sekä valmiudet erittäin vaativien rakenteiden numeeriseen analysointiin, suunnitteluun ja mitoitukseen. Rakennesuunnittelun ja rakentamisteknologian opintosuunnalle suuntautuu vuosittain pääaineopiskelijaa. Tähän asti heistä on suurin osa syventynyt rakennesuunnitteluun. Opintosuunta käynnistettiin vuonna 2006 ja ensimmäiset diplomi-insinöörit valmistuivat Tähän mennessä on valmistunut 45 diplomi-insinööriä.

7 Teräsrakenteiden suunnittelijan opinnot Kandidaattivaihe Valmistustekniikka: Yleiskäsitys metalliteollisuuden valmistusmenetelmistä. Materiaalitekniikka I: Metallisten rakennemateriaalien ominaisuudet sekä materiaalivalintaan ja käyttöön liittyvät keskeiset perusasiat. Tuotantotekniikka I: Konepajan valmistusmenetelmien ja konepajan toiminnan perusteet Hitsaustekniikka: Tavallisimmat hitsausprosessit, eri metallien hitsattavuus sekä hitsaustekniikan mahdollisuudet ja edellytykset tuotesuunnittelussa. Mekaniikkaa (Statiikka ja Dynamiikka) Lujuusoppi I Lujuusoppi II Elementtimenetelmät I Energaperiaatteet ja käyttö palkkirakenteissa Pintarakenteet

8 Teräsrakenteiden suunnittelijan opinnot DI-vaihe Teräsrakenteiden suunnittelun perusteet: Rakenneterästen ominaisuudet, eurokoodi, teräsrakenteen mitoitus peruskuormitustapauksille ja niiden yhdistelmille Teräsrakenteiden suunnittelu: Teräksen materiaalimallit, poikkileikkausluokat ja tehollinen poikkileikkaus, nurjahdus, kiepahdus, vääntö, väsytyskuormitus ja haurasmurtuma, teräsrungon stabiliteetti ja jäykistys, palomitoitus Teräsrakenteiden suunnittelun jk: Levypalkit ja levykenttien jäykistäminen, ohutlevyrakenteet, kehärakenteet, liitosten suunnittelu ja mitoitus, värähtely, jatkuva sortuma, nosturipalkit, savupiiput Liittorakenteet: Tyypillisimmät teräsbetoniliittorakenteet ja niiden mitoitusperusteet Mekaniikkaa Murtumismekaniikka Kiinteän kontinuumin mekaniikka Värähtelymekaniikka Elementtimenetelmät II

9 Teräsrakenteiden tutkimus / Diplomityöt Opintosuunnalta valmistuneista diplomitöistä 19 on liittynyt teräsrakentamiseen. Teräs- ja teräs-betoni-liittorakenteiden sekä niiden liitosten numeerinen analyysi ja tutkimus Eurokoodin ja muiden mitoitusnormien käyttö Talonrakennus, teollisuusrakenteet ja sillat Liittorakenteet ja matalavälipohjat Tietomallinnus: Tekla Structures Rakenneanalyysi- ja mitoitusohjelmat: Abaqus, Robot Structural Analysis Professional, Comsol, STAAD.Pro, SAP2000, Scia Engineer Tietomalliperusteinen suunnitteluprosessi, jossa integroidaan tietomallinnusohjelmien ja rakenteiden analysointiohjelmien käyttö Abaqus-ohjelmiston käyttö on ollut mahdollista CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy:n myötävaikutuksesta

10 Diplomityöt teräsrakenteiden suunnittelu ja mitoitus Pilarit ja ristikot Betonitäytteiset putkiliittopilarit (Alakopsa 2010) WQ-ristikon alapaarteen liitoksen suunnitteluperusteet (Jurmu 2011) Long span truss girder (Klemetti 2013)

11 Diplomityöt teräsrakenteiden suunnittelu ja mitoitus Matalavälipohja Terästangoilla ja kaapeleilla jännitetty matalapalkki (Turunen 2011) Teräspalkkien liitosten toimintatapa ja mitoitus matalavälipohjissa (Koskinen 2011) Matalavälipohjapalkkien sivuliitoksen suunnitteluperusteet (Kuosmanen 2012) The behaviour of multi-span steel beam in hogging bending during construction (West 2013)

12 Diplomityöt teräsrakenteiden suunnittelu ja mitoitus Teollisuusrakentaminen Korkealujuusterästen käyttö kattilarakennuksissa (Lohiniva 2011) Teollisuusrakennusten teräsrunkojen käyttöiän arviointi laskennallisin menetelmin väsymisen suhteen (Tuovila 2011) Tietomallien ja mitoitusohjelmien yhteiskäyttö teollisuusrakennusten rakennesuunnittelussa (Haaranen 2011) Tutkimus suurten ositettujen kattilapalkkien mitoittamisesta ja toiminnasta laskennallisin menetelmin (Hyhkö 2012) Kantavien teräsrakenteiden normipohjainen mitoitus numeerisilla laskentaohjelmilla (Hautala 2012) Kantavien teräsrakenteiden eurocode-standardien mukainen mitoitus Staad.Pro ja SAP2000 ohjelmistoilla (Korhonen 2012) Kantavan teräsrakenteen seisminen suunnittelu numeerisilla mitoitusohjelmilla (Leinonen 2012) Kattilarakennuksen jäykisysrakenteet, stabiliteetti ja liitokset (Salolatva 2013)

13 Diplomityöt teräsrakenteiden suunnittelu ja mitoitus Sillat Uuman lommahdus ja väsytystarkastelut (Karhumaa 2010) Betoni-teräs liittopalkkisillan vertailulaskenta eurokoodin ja Suomen Rakentamismääräyskokoelman välillä (Sutela 2011) Liikuntasaumaton liittopalkkisilta risteyssiltana (Akolahti 2011)

14 CE-merkittyjen kantavien teräsrakenteiden suunnittelu ja valmistus CE-merkittyjen kantavien rakennustuotteiden suunnittelu edellyttää yleensä EN-eurokoodien käyttöä. Kun teräsrakenteiden suunnittelu tapahtuu EN-eurokoodien mukaisesti, oletuksena on, että toteutus tapahtuu SFS-EN A1 mukaisesti. Standardissa esitetään teräsrakenteille ja teräskokoonpanoille asetettavat tekniset vaatimukset, jotka kattavat konepajatoiminnan lisäksi työmaalla tapahtuvan toiminnan. Standardin SFS-EN A1 vaatimukset ilmaistaan usein toteutusluokkien avulla.

15 Teräsrakenteiden toteutusluokka Standardissa EN A1 esitetään neljä toteutusluokkaa: EXC 1 EXC 2 EXC 3 EXC 4 (lievimmät vaatimukset) (yleisin ja oletusarvo, jos toteutusluokkaa ei ole määritelty) (vaativin luokka) Tietyn rakenteen toteutusta koskeviin vaatimuksiin voi sisälttyä useita toteutusluokkia. Toteutusluokka voi koskea: Koko rakennetta Rakenteen osaa Tiettyä kokoonpanoa tai yksityiskohtaa Käytännössä sovelletaan samaa toteutusluokkaa koko projektille / rakennukselle, ellei ole erityisiä syitä tarkempaan toteutusluokan määritykseen.

16 Toteutusluokiin liittyvät vaatimukset Toteutusluokan perusteella määräytyvät 36 valmistusta velvoittavaa vaatimusta, jotka on esitetty standardin SFS-EN A1:n liitteessä A3. Toteutusta koskevat vaatimukset esitetään toteutuseritelmässä SFS-EN kohta 4.1

17 Toteutusluokan valinta Suunnittelija määrittää rakennuksen vaativuuden ja käyttötarkoituksen perusteella valmistuksen vaativuustason määrittävän toteutusluokan. Toteutusluokan valintaan vaikuttavat: Seuraamusluokka (CC1, CC2 ja CC3) Kuormituksen tyyppi (staattinen, väsyttävä, maanjäristys) Kuormituksen suuruus Toteutusluokan valintaa varten on annettu ohje standardin SFS-EN liitteessä B (opastava). Liitettä B ollaan kuitenkin kumoamassa ja valintaperusteet ovat siirtymässä standardin EN liitteeseen C.

18 SFS-EN Liite B (opastava) Käyttöluokat SC1 Rakenteet ja kokoonpanot, jotka suunnitellaan pääosin vain staattisille kuormituksille (Esim. Rakennukset) seismisille vaikutuksille matalan seismisen aktiviteetin perusteella (+ kiinnitykset) nostureista aiheutuville väsytyskuormille SC2 Rakenteet ja kokoonpanot, jotka suunnitellaan standardin EN 1993 mukaisille väsytyskuormille (sillat) Rakenteet, jotka ovat alttiina tuulesta, väkijoukosta tai pyörivästä laitteesta aiheutuville värähtelyille Rakenteet ja kokoonpanot ja niiden kiinnitykset, jotka suunnitellaan seismisille vaikutuksille keskimääräisen tai korkean seismisen aktiviteetin perusteella Tuotantoluokat PC1 Ei hitsejä Hitsattu kokoonpano, lujuusluokka < S355 PC2 Hitsattu kokoonpano, lujuusluokka S355 Työmaalla hitsattavat kokoonpanot Kokoonpanot, joita lämpökäsitellään valmistuksen aikana

19 Seuraamusluokkien määrittely NA-SFS-EN 1990 Rakenteiden suunnitteluperusteet SFS-EN 1990 Rakenteiden suunnitteluperusteet

20 Kiitos mielenkiinnosta! Mikko Malaska Oulun yliopisto konetekniikan osasto Konetekniikan osasto CASR Tulevaisuuden tuotantoteknologiat