Puusiltojen suunnittelu

Transkriptio

1 Puusiltojen suunnittelu Pyhäjoen Eteläkylän isosilta, Suomen vanhin käytössä oleva puinen tukiansassilta. Valmistunut keväällä 1837 Sweco Rakennetekniikka DI Pertti Kaista 01/03/2015 1

2 LÄHTIEN SILTOJEN SUUNNITTELU SUOMESSA EUROKOODIN MUKAAN + + EUROKOODIT NA (LVM) SUUNNITTELIJA VOI KÄYTTÄÄ SUUNNITTELUN APUNA LIIKENNEVIRASTON SOVELTAMISOHJEITA (NCCI) NCCI-sarja - SOVELTAMISOHJEITA KÄYTTÄMÄLLÄ TULEVAT TÄYTETYKSI - EUROKOODIN ESITTÄMÄT PERIAATESÄÄNNÖT - TILAAJAN TAHTO (Tilaajan erityisvaatimukset, esim. ilmastollisista seikoista johtuen) / Heikki Lilja, Finnish Transport Agency

3 SILLANSUUNNITTELUSSA KÄYTETTÄVÄT EUROKOODIT LÄHTIEN EN 1990 Suunnitteluperusteet EN 1990/A1:2005 (Annex A2) Suunnitteluperusteet - Sillat Suunnitteluperusteet ja kuormitusyhdistelyt EN Liikennekuormat EN Tilavuuspainot EN Tuuli EN Lämpötila EN Toteuttaminen EN Onnettomuus Kuormat Betonisillat EN 1992 Betonisillat Yleinen Terässillat Levyrak Liitokset Sitkeys EN 1993 Terässillat Korkealuj Yleinen Levyrak Väsyminen Köydet Liittosillat EN 1994 Liittosillat Yleinen Silta-NA tehty Toteuttaminen Puusillat EN 1995 Puusillat Yleinen EN 1997 Geotekniikka Geotekn Geotekn. 2 Materiaaliosat MATERIAALIKOHTAISET TOTEUTTAMISEN AIKAISET STANDARDIT BETONI - EN 13670, TERÄS - EN / Heikki Lilja, Finnish Transport Agency

4 Eurokoodit Sillansuunnittelussa ohjeiden rakenne Ohjeiden pätevyysjärjestys Liikenneviraston kohteissa: - Lait ja asetukset - Hankekohtaiset suunnitteluperusteet - Eurokoodit ja niiden kansalliset liitteet - Liikenneviraston eurokoodien soveltamisohjeet (NCCI sarja) - Liikenneviraston muut ohjeet CEN TC250 + Livi + LVM viranomaisohje + Livi tilaajan ohje EUROKOODIT Kansallinen liite (NA) NCCI-sarja Liikenneviraston Muu ohjeistus tukee Jos Eurokoodista puuttuu jotain à käytetään yleisesti hyväksyttyjä menetelmiä (apuna mm. JRC:n julkaisut)

5 Liikenneviraston soveltamisohjeet NCCI -sarja Soveltamisohjeita on tehty vuodesta alkaen: - NCCI 1 Siltojen kuormat ja suunnitteluperusteet - NCCI 2 Betonirakenteiden suunnittelu - NCCI 4 Teräs- ja liittorakenteiden suunnittelu - NCCI 5 Puurakenteiden suunnittelu - NCCI 7 Geotekninen suunnittelu Versio Versio Versio Versio Rakentamisohjeet: NCCI T Teräsrakenteiden toteuttaminen Liikenneviraston kohteissa InfraRYL Yleiset/Betoni/Puu/Varusteet/Geotekniikka SILKO-ohjeet

6 PUUSILTOJEN MITOITTAMINEN RASITUKSET (S) vs. KESTÄVYYS (R) Limit state function: Kuormat ja kuormitusyhdistelyt: NCCI 1 (SFS-EN 1990 ja SFS-EN 1991) Puurakenteiden kestävyys: NCCI 5 (SFS-EN 1995) Eroaa muiden puurakenteiden suunnittelusta lähinnä kuormien (NCCI 1) ja rakenteellisten ohjeiden (suojaus yms.) osalta (NCCI 5), mitoitusmenetelmät ovat pääosin samat / Heikki Lilja

7 PUUSILLAT & EUROKOODIT - EI DRAMAATTISIA VAIKUTUKSIA Puusillat EN 1995 Puusillat Yleinen - SUURIMMAT VAIKUTUKSET KUORMAPUOLELTA - NCCI 5 SOVELTAMISOHJEESSA - TEHDÄÄN ERÄITÄ TULKINTOJA (JOTKA JÄISIVÄT ILMAN SOVELTAMISOHJETTA SUUNNITTELIJAN KONTOLLE - ESITETÄÄN KUORMIEN AIKALUOKAT, TIESILTOJEN KÄYTTÖLUOKAT, VÄRÄHTELYTARKASTELUT, TAIPUMARAJAT, OSAVARMUUSLUVUT YMS. TIIVISTETYSSÄ MUODOSSA / Heikki Lilja, Finnish Transport Agency

8 PUUSILTOJEN MITOITTAMINEN KUORMAT: Pysyvä Lyhytaikainen Keskipitkä Hetkellinen Kuormat ja kuormitusyhdistelyt: NCCI 1 (SFS-EN 1990 ja SFS-EN 1991) / Heikki Lilja

9 PUUSILTOJEN MITOITTAMINEN LUONNONKUORMAT (+ ONNETTOMUUSKUORMAT): Kuormat ja kuormitusyhdistelyt: NCCI 1 (SFS-EN 1990 ja SFS-EN 1991) a T = 5x10-6 Kosteusvaihtelut: NCCI 5 kohta rakenteellinen suojaus - kresoottikyllästys / Heikki Lilja

10 Ajoneuvoliikenteen kuormat Ajoneuvoasetuksen sallimat yhdistelmien kokonaispainot v Moottoriajoneuvoasetus: Maa 75 = 42 tonnia v Ajoneuvoasetus: AA90 = 60 tonnia v Ajoneuvoasetus AA13 = 76 tonnia 01/03/

11 Modernit kuormat Lk1/Ek1, NCCI 2010, NCCI 2014 AA 2013 AA kuormat (AI, AII, Ak1/Ek1) Maa kuormat (9t, 12t) 01/03/

12 Uusien tiesiltojen kuormat v (LM 1, LM 3) (Eurokoodit) (Ajoneuvoasetuksen vaikutukset) LM 1: tonnin kuormakaaviot ja 900 / 600 / 300 kg/m 2 tasainen kuorma LM (a Q1 = 1,a Q2 = 1.5,a Q3 = 0 a q1 = 1.a q2 = 2.4,a q3 = 1.2) 60 ton 60 ton 900/600/300 kg/m 2 JA TARKISTUSKUORMANA LM3: 270 tonnin raskas erikoiskuorma 270 ton 13,5 ton/m Yksityisteiden sillat mitoitetaan lähtökohtaisesti samoille kuormille kuin yleisten teiden sillat 01/03/

13 Kevyen liikenteen siltojen kuormat - tasaisesti jakautunut kuorma q fk jossa L on kuormituspituus - tungoskuorma 5 kn/m² - pistekuorma Q fwk 20 kn, vaikutuspinta-ala on 0,2 0,2 m 2 - huoltoajoneuvo Q serv - Ajoneuvon leveys (kaistaleveys) 2m - Qsv1 = 2x50kN - Qsv2 = 2x30kN 01/03/

14 Kuormien yhdistely 01/03/

15 Kuormien yhdistely NCCI 1 Yhdistelytaulukot korvaavat kymmeniä sivuja standarditekstiä (SFS-EN 1990, Annex A2) 01/03/

16 MURTO- JA KÄYTTÖRAJATILAT - mitoituskaavat - Veto, Puristus, Taivutus, Leikkaus, Vääntö - Jännityskomponenttien yhdistäminen, yhteisvaikutuskaavat - Taipumien raja-arvot Tieliikenne L/400 Kevyt liikenne L/200 - Värähtely ei tarvitse tarkastaa, jos f o > 5Hz 01/03/

17 01/03/

18 Käyttöiät Siltojen suunnittelukäyttöikä, ellei hankekohtaisesti toisin vaadita: betonisillat terässillat puusillat teräsputkisillat 100 vuotta 100 vuotta 50 vuotta 50 vuotta Siltojen keskimääräiset valmistumisvuodet ja suunnittelukäyttöikään perustuva purkuvuosi Teräsbet. Teräks. Puusillat Kivinen Jbet. Sk.teräks. Putket Kaikki sillat /03/

19 Materiaalit - Sahatavara - kantavissa rakenteissa vähintään C30 ja sekundäärirakenteissa C24 - kansirakenteet, jäykisteet, kaiteet jne - Liimapuu - pääasiallinen materiaali primäärikannattimissa - LVL (Kertopuu) - käyttö vähäistä - Vaneri - jäykisteinä - CLT - soveltuu sillan kansirakenteeksi - DLT?? - tutkimuskohteena mm Saksassa 01/03/

20 Materiaalit Liimat - käyttöluokan 3 olosuhteet - kestettävä rakenteen suunnittelukäyttöiän Metalliosat - liittimet - standardien mukaisia tai tyyppihyväksyttyjä tai CE-merkittyjä - jänneteräkset samoja kuin betonirakenteissa - muut teräsosat normaalia rakenneterästä 01/03/

21 Säilyvyys Kyllästys - A-luokka - kreosootti tai suolakyllästys - myös työstetyt pinnat käsiteltävä Metalliosat - rst tai kuumasinkitys 01/03/

22 SÄILYVYYS / Heikki Lilja 01/03/

23 Laakerointi Laakereina käytetään tavallisesti kumilevylaakereita => EN Lyhyillä jännemitoilla voi käyttää myös yksikerroslaakereita Kannen omapaino pieni ankkurointitarve liukupinnat 01/03/

24 LAAKEROINTITARVE? Dalen kevyen liikenteen silta Norjassa: - kannen pituus 99m - molemmat päädyt kiinni maatuissa - laakerina lankku 50x200 01/03/

25 Miksi valitaan puusilta? Ulkonäkö Ekologisuus Teknisesti edullinen Taloudellinen Minne puusillat soveltuvat? Kevyen liikenteen sillat - vesistösillat - kevyt rakenne => paalut pieniä, kevyt paalutuskone - ei telineitä - taustarakenteiden korvaaminen siltakannella - alusrakenteet ja taustarakenteet muodostavat merkittävän osan kustannuksista! 01/03/

26 - Ylikäytäväsillat - ei telineitä - päällysrakenne voidaan nostaa paikalleen liikennekatkon aikana - teräsosat maadoitettava! Tiesillat - kaideongelma => - vähäliikenteiset tiet - kvl <100, nopeusrajoitus < 80km/h - kvl>100, nopeusrajoitus < 50km/h - risteyssiltoihin laattasilta => törmäyskestävyys parempi 01/03/

27 Määräävät tekijät mitoituksessa: - tukien painumat eivät yleensä aiheuta ongelmia edes jatkuville rakenteille - kantavuus on mitoituksessa harvoin määräävänä => ylimääräistä kapasiteettia - palkki- ja laattasilloissa taipuma yleensä määräävä - lankkukannen mitoittaa yleensä ajoneuvon pyöräkuorma - tuki- ja leimapaineet - värähtely (KL-sillat) - stabiliteetti (kiepahdus, nurjahdus) - liitokset Liitosdetaljien ja yksityiskohtien suunnittelu tärkeää! - saumat - suojaukset - kuivatus - kaiteet ja muut varusteet - laakerointi 01/03/

28 Rakennetyypit Liimapuupalkit, joiden päällä poikittainen kansi Perinteinen tyyppisilta Liimapuupalkit, pitkittäinen kansi palkkien välissä palkkien kiepahdus Poikittain jännitetty palkkisilta, kansilankutus palkkien välissä Poikittain jännitetty laattasilta rinnakkaisista liimapuupalkeista 01/03/

29 Rakennetyypit Ansassillat nurjahdustuenta Kaarisillat nurjahdustuenta Ristikkosillat Puristussauvojen nurjahdus Vetotangolliset tai riippusillat Vetotankojen liitokset 01/03/

30 Rakennetyypit Puukantiset teräspalkki- tai ristikkosillat Puu-betoniliittorakenteet Vähän käytetty Liitokset työläitä 01/03/

31 Rakennetyypit Alusrakenteet: - niskapalkit - puupaalut - liimapuupilarit 01/03/

32 Rakennetyypit Liikenneviraston puiset sillat 2010: Puinen palkkisilta 214 Puinen jatkuva palkkisilta 18 Puinen jäykistetty palkkisilta 1 Puinen liimattu palkkisilta 333 Puinen jatkuva liimattu palkkisilta 51 Puinen liimattu ulokepalkkisilta 4 Puinen liimattu nivelpalkkisilta 1 Puinen liimattu jäykistetty palkkisilta 4 Puinen kaarisilta 3 Puinen tukiansassilta 3 Puinen riippuansassilta 2 Puinen liimattu riippuansassilta 6 01/03/

33 Poikittain jännitetyn puusillan toiminta Poikittaisella jännittämisellä saavutettavat edut: - kitkavoima pitää kannen yhdessä ja parantaa kuormien jakautumista - puristusvoima lisää kannen poikittaista jäykkyyttä 01/03/

34 Jänteinä käytetään tavallisesti kuumasinkittyjä tankoja (Dywidag) Jännevoiman häviöt 20-60% EN : Häviöt: 65% => Minimijännitystaso 1MN/m² => häviöiden jälkeen 0.35MN/m² Häviöihin vaikuttaa: - kosteusvaihtelut - uudelleenjännitysaikataulu - jännitystaso - liiallinen jännittäminen kasvattaa häviöitä! 01/03/

35 Eurokoodi : Rakennemalli: ortotrooppinen laatta- tai arinamalli - poikittainen jäykkyys suhteellisen pieni - esijännitys ei riitä saamaan koko poikkileikkausta puristetuksi 01/03/

36 Eurokoodi : Kitkakerroin: Eurokoodin kitkakerroinarvot ovat hyvin konservatiivisia. 01/03/

37 Jännitetyn puukannen jatkokset Jännitetyn kannen jatkamisesta on ohjeet eurokoodissa l 1 d t jatkosväli jänteiden keskiöväli lamellien paksuus Enintään joka 4. lankku saadaan jatkaa samassa kohdassa 01/03/

38 Kiitos 01/03/