SS-Teracon Oy, valvojana DI Tarmo Viljamaa

Transkriptio

1 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikan koulutusohjelma Talonrakennustekniikka Tutkintotö TERÄSRAKETEIDE LIITOKSET Tön ohjaaja Tön teettäjä Tampere 005 DI Risto Lilja SS-Teracon O, valvojana DI Tarmo Viljamaa

2 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU Rakennustekniikka Talonrakennustekniikka Mäkitalo, Mikael Teräsrakenteiden liitokset Tutkintotö 7 sivua Tön ohjaaja DI Risto Lilja Tön teettäjä SS-Teracon O, valvojana DI Tarmo Viljamaa Toukokuu 005 TIIVISTELMÄ Tämän insinööritön aiheena on teräsrakenteisten liitosten mitoitus Eurocode :n mukaisesti. Tö on laadittu SS-Teracon O:n toimeksiannosta ja teht SS-Teracon O:n Tampereen suunnitteluksikössä. Laskentaohjeet ja mitoituskaavat koskevat ritksen tppiliitoksia, jotka on rajoitettu ritksen kätössä olevien mitoitusohjelmien ulkopuolelle. Tössä on annettu ohjeet ja mitoitusperiaatteet seuraaville liitoksille: peruspulttiliitos, ristikon liittminen putkipilariin, jatkuvan ristikon liittminen keskeiseen I- ja putkipilariin sekä jatkuvan sekundääriristikon liittminen primääriristikkoon. Annettujen ohjeiden on tarkoitus toimia mahdollisen käsinlaskennan tukena. Ohjeiden perusteella on laadittu liitosmitoitusohjelmat ritkselle. Ohjelmien tarkoituksena on helpottaa ja nopeuttaa ritksen eri projektien laskentaprosesseja sekä siirtää laskentatötä laskijoilta detaljisuunnittelijoille. Ohjelmat on laadittu ritksen sisäiseen kättöön, eikä sitä näin ollen ole tutkintotön liitteenä.

3 TAMPERE POLYTECHIC Department o Construction Technolog Building construction Mäkitalo, Mikael Joints o steel structures Engineering Thesis 7 pages Thesis Supervisor Risto Lilja M.Sc. Commissioning Compan SS-Teracon O. Supervisor Tarmo Viljamaa M.Sc. Ma 005 ABSTRACT The suject o this engineering thesis is the joints o steel structures. The design o joints is ased on the European prestandard o steel structures, Eurocode. This work has een done as an assignment o SS-Teracon O. The calculation rules and design ormats are given to the ase plate detail, the connections etween secondar trusses and columns and etween secondar trusses and a primar truss. The chosen joints complete the joints o existing connection programs o the compan. The given calculation rules are purposed to support the manual calculation. Based on these rules the calculation worksheets have een done or the compan. The purpose o these worksheets is to ease and to make aster the calculation processes o the projects. These worksheets have een done or the compan s use onl and thereore the are not included in this thesis.

4 ALKUSAAT Tämä insinööritö on laadittu SS-Teracon O:n rahoittamana. Tö valmistui toukokuussa 005. Valvojana tössä on toiminut SS-Teracon O:n puolesta DI Tarmo Viljamaa ja Tampereen ammattikorkeakoulun puolesta DI Risto Lilja, joille haluan esittää kiitokset. Kiitokset kuuluvat mös Pasi Koivistolle (SS-Teracon O, joka mahdollisti monipuolisen ja haastavan päättötön tekemisen. Tampereella

5 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 5 (7 SISÄLLYSLUETTELO SISÄLLYSLUETTELO...5 MERKIÄT JOHDATO...9 PERUSPULTTILIITOS YLEISTÄ PÄTEVYYSALUE POHJALEVY TEHOLLIE LEVEYS BETOI PURISTUSPIA KORKEUS POHJALEVY MITOITUS PERUSPULTTIE MITOITUS Peruspulttien kestävs lopputilanteessa Peruspulttien kestävs asennusaikana POHJALEVY HITSIE MITOITUS... RISTIKO LIITOS KOSOLILLISEE PUTKIPILARII PÄTEVYYSALUE...6. YLÄPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS Pulttien mitoittaminen Pilarin kestävs Yläpaarteen kestävs Liitoksen laippojen kestävs...0. ALAPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS Pilarin ja alapaarteen kestävs..... Uumasauvan kestävs HITSIT RISTIKO LIITOS KOSOLITTOMAA PUTKIPILARII PÄTEVYYSALUE YLÄPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS ALAPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS HITSIT RISTIKO LIITOS KESKEISEE PUTKIPILARII PÄTEVYYSALUE YLÄPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS Pulttien mitoittaminen Yläpaarteen kestävs Pilarin kestävs Liitoksen laippojen vetokestävs Yläpaarteen päätlevn kestävs Rivan kestävs ALAPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS HITSIT...55

6 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 6 (7 6 RISTIKO LIITOS KESKEISEE I PILARII PÄTEVYYSALUE YLÄPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS ALAPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS HITSIT SEKUDÄÄRIRISTIKO LIITOS PRIMÄÄRIRISTIKKOO, TYYPPI A PÄTEVYYSALUE YLÄPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS Sekundääriristikon päätlevn kestävs Rivan kestävs Primääriristikon läpaarteen kestävs ALAPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS SEKUDÄÄRIRISTIKO LIITOS PRIMÄÄRIRISTIKKOO, TYYPPI B PÄTEVYYSALUE YLÄPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS Sekundääriristikon päätlevn kestävs Rivan kestävs Primääriristikon läpaarteen kestävs ALAPÄÄ LIITOKSE KESTÄVYYS HITSIT YHTEEVETO...71 LÄHTEET...7

7 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 7 (7 MERKIÄT Ei sisällä kaikkia merkintöjä, osa merkinnöistä on mainittu tekstin htedessä. A poikkileikkauksen pinta-ala a hitsin a-mitta A s A v A v.e ec e c d i jännitspoikkileikkausala leikkauspinta-ala tehollinen leikkautumispinta-ala leves paarteen tehollinen leves leikkauskestävttä laskettaessa tehollinen leves kantavan pinnan leves reiän halkaisija E teräksen kimmokerroin, E = /mm e epäkeskiss, reunaetäiss cr j u u h i k l l m i n i s s m s s t W kriittininen voima pilarin uuman nurjahduslujuus pintapaineen laskentalujuus teräksen (perusmateriaalin murtolujuus pultin murtolujuus teräksen mötölujuus korkeus pilarin uuman lommahduskerroin rivan leves pistekuorman tehollinen jakaantumisleves apusuure lukumäärä pultin avainväli suhde pistekuorman jakaantumisleves paksuus taivutusvastus

8 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 8 (7 α β w χ ε λ i λ m φ δ δ i.vert τ etonin puristetun pinnan korkeus kulma; suhde; tekijä lujuuskerroin pienennskerroin venmä hoikkuus dimensioton hoikkuus pultin halkaisija jännits vertailujännits leikkausjännits

9 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 9 (7 1 JOHDATO Euroopan unionin maissa rakenteiden mitoitus on aikaisemmin perustunut kansallisiin ohjeisiin ja määräksiin. Mitoitus- ja kuormitusnormit ovat olleet maakohtaisesti säädeltjä ja niissä on ollut hvinkin suuria eroja. EU:n olemassaolo on tehnt kuitenkin välttämättömäksi perustaa hteiset rakentamismääräkset, joita kutsutaan euronormeiksi (European orms = E. Yleiseurooppalaiset normit ovat parhaillaan koekättövaiheessa eli ns. EV-vaiheessa. ormeihin liitetään kansallinen soveltamisasiakirja (A = ational Annex, jossa esitetään maakohtaiset poikkeukset. Varsinaiset euronormit tulevat voimaan muutaman kättövuoden jälkeen. Tön tavoitteena on selvittää SS-Teracon O:ssä usein kätettjen teräsrakenteisten liitosten mitoitusperiaatteet ja laskentamenetelmät sekä helpottaa teräsrakennesuunnittelijoiden siirtmistä Eurooppalaisten normien mitoituskätäntöön. Liitosten mitoitus laaditaan leiseurooppalaisen teräsrakennenormin, Eurocode :n mukaisesti. Tön kirjallinen osa pritään laatimaan siten, että se toimii mahdollisen käsinlaskennan tukena. Liitosmitoitusohjeiden pohjalta laaditaan ritkselle mitoitusohjelmat. Mitoitusohjelmien on tarkoitus helpottaa projektien laskentaprosesseja ja hajauttaa laskentaa päärakennelaskijoilta detaljisuunnittelijoille.

10 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 10 (7 PERUSPULTTILIITOS.1 Yleistä Eurocode :ssa peruspulttiliitoksia koskevat ohjeet ovat melko puutteelliset ja niiden suora soveltaminen on vaikeaa. Euronormin antamia ohjeita peruspulttiliitokselle on sovellettu kättämällä suomalaisten ohjeiden mukaista mitoittamista. // Voimasuureiden laskennassa huomioidaan pohjalevn puristettu reuna, kun taas Euronormin mukainen laskenta olettaa puristusresultantin sijaitsevan keskeisesti puristettuun laippaan nähden. Euronormin mukaisesti pohjalev mitoitetaan ainoastaan vetopuolen mukaan mötöviivamalleihin perustuen. Tutkintotössä pitädttiin mös mitoituksen osalta vanhojen ohjeiden mukaisessa ksinkertaiseen ulokkeeseen perustuvassa mitoituksessa. M M Kuva.1. Peruspulttiliitoksessa vaikuttavat voimat.

11 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 11 (7 Peruspultit ja harjateräspultit siirtävät pultin suuntaiset voimat mpäröivään etoniin harjatankojen tartunnan avulla. Lhet pultit ankkuroituvat harjateräksen tartunnan ja ankkurointipään avulla. Pilarin normaalivoima ja taivutus siirtvät pilariliitoksessa pilarin pohjalevstä pintapaineen ja pulttien vetorasitusten kautta perustuksille (ks. kuva.1. Kohtisuoraan tankoa vastaan olevat leikkausrasitukset siirretään etoniin levn reunapuristuksen avulla. /8/ Sileät pörötangoista tehdt peruspultit ankkuroidaan etoniin taivuttamalla pultit u- muotoisiksi lenkeiksi tai kättämällä niiden alapäässä erilaisia ankkurointikappaleita kuten L-teräksiä. Peruspulttirhmän asennustoleranssina kätetään tpillisesti ± 5 mm. Suuren asennusvälksen vuoksi reiät on peitettävä standardin mukaisen välksen omaavilla peitelevillä. /7, s. 65/ Leikkausvoiman siirtämiseksi tulisi aluslevt hitsata pilarin pohjalevn, ellei liitos ole liukumista kestävä. Varsinkin liitoksissa, joissa pilareihin tukeutuu suuria lasiseiniä, on pohjalevn liukuminen estettävä hitsaamalla. Yksittäisten pulttien keskinäisten välien pitämiseksi sallituissa rajoissa kiinnitetään pultit toisiinsa leensä kulmaterästen avulla siten, että pultit muodostavat esivalmistetun pulttirhmän ns. pulttikorin.. Pätevsalue Mitoitusohjeet ovat laadittu jäkistämättömälle pohjalevlle. Ohjeet soveltuvat sekä keskeisesti että epäkeskeisesti pohjalevn liittvälle pilarille. Laskennassa on noudatettava seuraavia sääntöjä: a. Pilari on kaksoissmmetrinen ja kuuluu poikkileikkausluokkaan 1-.. Rakenneosien poikkileikkaus on vakio ja homogeeninen. c. Peruspulttien ankkurointi etoniin on oltava riittävä. d. Peruspulttien on lujuusluokka 8.8. e. Liitosrakenteilla on oltava sama teräslaji.

12 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 1 (7. Pohjalevn tehollinen leves Pohjalevn tehollinen leves rajoitetaan kuvan. mukaisesti. Pohjalevn kantavan pinnan leves ei saa littää arvoa: /4, s. 174/ c = t (.1 p j äin ollen pohjalevn tehollinen leves saadaan kaavasta: B kun c + B = e c + muulloin (. Kuva.. Pohjalevn kantavan pinnan leves.

13 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 1 (7.4 Betonin puristuspinnan korkeus Perustuksen pintapaineen laskentalujuus saadaan kaavasta: /4, s. 17/ j = β k, (. j j cd missä β =/, kun p 0, K j ja t p 0, min[ B, L] k on keskittmistekijä; k = 1 (tarkempi laskenta EC, liite L j cd ck / c j =, etonin slinteripuristuslujuuden laskenta-arvo c on etonin osavarmuusluku Betonin slinteripuristuslujuuden arvo ck saadaan taulukosta.1. Taulukko.1. Betonin slinteripuristuslujuuden riippuvuus lujuusluokasta. /1/ Lujuusluokka Lujuusluokka CE ck /(/mm K0 C5/0 5 K5 C8/5 8 K40 C/40 K45 C5/45 5 K50 C40/50 40 K55 C45/55 45 K60 C50/60 50 K70 C57/70 57 Betonin puristuspinnan korkeus määritetään tasapainoehtojen mukaan kuvasta.1: M M M + 0,5 e = e a + + j j s a a = s s d ± e c = = z e e d + ( j e j j ( d 0,5 d 0,5 d j [ M + a ] e j e e j j s ( M = 0 + a s

14 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 14 (7 äin ollen laskennassa kätettävä etonin puristuspinnan minimi korkeus saadaan kaavasta ( d e jd e j e j ( M + as = (.4 e j.5 Pohjalevn mitoitus Pohjalevssä vaikuttava taivutusmomentti vetopuolella saadaan kuvasta.1 seuraavasti: mt =, (.5. tc 1 missä t on peruspulteissa vaikuttava vetovoima c 1 on vedetn pultin etäiss laipasta (ks. kuva.1 Pohjalev ajatellaan toimivaksi ulokepalkin tavoin. Tällöin pohjalevn taivutusmomentti puristuspuolella saadaan seuraavasti: /, s. 8/ Jos c m c. 1 = jce (.6 Muulloin m c. = j c e (.7

15 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 15 (7 Pohjalev mitoitetaan taivutukselle. Vaadittu paksuus lasketaan kimmoteorian mukaista taivutusvastusta kättäen. Pohjalevn vaadittu paksuus saadaan johdettua kimmoisen momenttikapasiteetin kaavasta seuraavasti: M d t = W p = el d 6M d e e t 6 p = M d äin ollen pohjalevn minimipaksuus vetopuolella saadaan kaavasta: t p. t min 6m t. = (.8 e Pohjalevn minimipaksuus puristuspuolella t p. c min 6m c. = (.9 e Pohjalevn minimipaksuuden on tätettävä ehto: max( t p. c min t p, t p. t min 1,0 (.10 Valssatun teräksen muodonmuutoskk on paksuussuunnassa huonompi kuin pituus- ja levessuunnassa. Valssauspintaan vaikuttava kohtisuora vetojännits voi aiheuttaa levn paksuussuuntaista mötäämistä, joka littää perusaineen heikon muodonmuutoskvn. Tällöin alueelle snt lamellirepeämiä. /6, s. / Lamellirepetmisvaaran vuoksi tulee vetojännits pohjalevssä tarkistaa. Vetojännits pohjalevssä saadaan kaavasta:

16 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 16 (7 M δ p = (.11 Wc Ac Mikäli pohjalev ei ole teht teräksestä, jolle muun laadunvalvonnan ohella taataan paksuussuuntaisella vetosauvalla mitatuksi murtokuroutumaksi vähintään 5 % (esim. Z - teräs, tulee vetojännits pohjalevssä rajoittaa arvoon: /, s.4/ δ p 0,8 (.1.6 Peruspulttien mitoitus.6.1 Peruspulttien kestävs lopputilanteessa Peruspulteissa vaikuttava vetovoima saadaan määritettä kuvista.1 ja. tasapainoehtojen avulla. Peruspulteissa vaikuttava vetovoima saadaan näin ollen laskettua kaavasta: t = (.1 e j SS-EV viitestandardin mukaisten peruspulttien vetovoimakestävden mitoitusarvo voidaan määrittää kaavasta: /7, s. 06/ n 0,9 A u s t. Rd =, (.14 M missä n A s on peruspulttien lukumäärä vetopuolella on pultin jännitspoikkileikkauspinta-ala Pultin jännitspoikkileikkausala saadaan kaavasta: / s.17/ φ A s = 0,78π (.15 4

17 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 17 (7 Muissa leikattujen kierteiden tapauksissa, kuten pöröteräksestä tehdt peruspultit, jotka teräskonepaja tekee leikkaamalla, on llä olevan kaavan mitoitusarvoa pienennettävä kertoimella 0,85 /7, s. 06/. äin ollen vetovoimakestävs leikatuille pörötangoille saadaan kaavasta: n 0,765 A u s t. Rd =, (.16 M Peruspultin vetovoimakestävden on tätettävä ehto: t t. Rd 1,0 ( Peruspulttien kestävs asennusaikana Asennusaikana pilari on täsin peruspulttien varassa. Peruspulteille tulee tällöin pstkuormista normaalivoima ja vaakakuormista taivutusmomentti ja leikkausvoima (ks. kuva.. Betoniin valetun pultin normaalivoiman kapasiteetti on vedossa ja puristuksessa sama. Peruspultin voimasuureet asennusaikana saadaan kaavoista: = i. n M i. + n a, (.18 V Vi. =, (.19 n M Vi ( u t p =, (.0 n. + missä n a u on pulttien lukumäärä vetopuolella on pulttien keskinäinen etäiss on jälkivalun paksuus

18 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 18 (7 i. M i. V V i. Kuva.. Pulttien rasitukset asennusaikana. Peruspultin kestävs normaalivoimalle on vedossa ja puristuksessa sama. Standardin mukaisen peruspultin normaalivoimakestävs saadaan kaavasta: /7, s. 06/ Rd 0,9 u s = (.1 M A Leikatun pörötangosta tehdn peruspultin normaalivoimakestävs on /7, s. 06/ Rd 0,765 u s = (. M A Peruspultin normaalivoimakestävden on tätettävä ehto: Rd 1,0 (.

19 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 19 (7 Peruspulteille aiheutuu asennusaikana tuulesta taivutusta, joka ei saa littää peruspultin taivutuskestävttä. Peruspultin taivutuskestävs mitoitusarvo lasketaan kaavasta: /7, s. 117/ M Rd W =, (.4 missä W on pultin taivutusvastus; W d = π Peruspultin taivutuskestävden tulee tättää ehto: M M Rd 1,0 (.5 Pultin leikkauskestävs on aina määräävämpi kuin reunapuristuskestävden mitoitusarvo pohjalevn paksuuden ollessa 10 mm /4, s. 148/. Koska pohjalevnä kätetään leensä aina vähintään 0 mm levä, voidaan laskelmissa jättää huomioimatta reunapuristuskestävden vaikutus peruspultteihin. Kun peruspulttina on pultti, joka valmistetaan SS-EV viitestandardin mukaan, saadaan pultin leikkauskestävs kaavasta: /7, s. 06/ V Rd =, 6 A u s 0 (.6 M Muissa leikattujen kierteiden tapauksissa, jotka teräskonepaja tekee leikkaamalla, saadaan leikkauskestävden mitoitusarvo kaavasta: /7, s.06/ V Rd =, 51 A u s 0 (.7 M

20 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 0 (7 Pultin leikkauskestävdelle on oltava voimassa ehto: V V Rd 1,0 (.8 Peruspultin nurjahduskestävs lasketaan kaavasta: /7, s. 11/ c. Rd = χ As, (.9 missä 1 χ = min, 1. 0 Φ + Φ λ m λ λ m = λ 1 λ 1 = π E le λ = ; l i 8,4 λ = =,1 ( u + t p, ( u + t e φ p φ i = 4 [ + 0,49( λ 0, + λ ] Φ = 0,51 m m Peruspultti kestää taivutus ja leikkausvoiman hteisvaikutuksen jos seuraava ehto on voimassa: /7, s. 11/ M 0,5V Rd V 1, (.0 M v, Rd M M missä v. Rd = ( 1 ρ Rd V ρ = VRd 1

21 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 1 (7 Päädssä olevissa reunapilareissa, joissa vaakavoimat siirretään siteen kautta perustuksille saattaa pilari tulla vedetksi. Tällöin tulee tarkastaa pilarin peruspulttien kestävs vetovoiman ja tuulesta tulevan taivutuksen hteisvaikutukselle. Taivutuksen ja vetovoiman hteisvaikutus tarkistetaan kaavalla: /7, s. 15/ A s M + (.1 W Kun liitokseen vaikuttaa keskeinen normaalivoima ja taivutusta aiheuttava vaakavoima, tarkistetaan peruspulttien kestävs normaalivoiman ja taivutuksen hteisvaikutukselle kaavalla: /7, s. 14/ χ π A k M + W 1,0, (. missä k = 1,λ m 1+ φ χ π 4 A W = φ 4, peruspultin poikkileikkauspinta-ala π φ =, peruspultin taivutusvastus

22 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ (7.7 Pohjalevn hitsien mitoitus Jännits laipan keskilinjalla saadaan kaavasta: M h t δ x. =, (. I Ac missä I h t A c on pilarin jähsmomentti on pilarin korkeus on laipan paksuus on pilarin poikkileikkausala Jännits uuman ja laipan liittmäkohdassa on M h δ x. = t (.4 I Ac s x t s Kuva.4. Pohjalevn hitsissä vaikuttavat jännitkset.

23 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ (7 Laipan kaksoispienhitsin jännits lasketaan kaavasta: /6, s. 1/ δ x. δ = t a (.5 δ x. τ = δ = t a (.6 Laipan hitsin vertailujännits on /7, s M/1/ δ = δ + t (.7 vert. Uuman kaksoispienhitsin jännits lasketaan kaavalla: /6, s. 1/ x. w δ w = t w (.8 δ a w x. w τ w = δ w = tw (.9 δ a w Uuma hitsin vertailujännits saadaan kaavasta: /7, s. M/1/ δ = δ + τ (.40 vert. w w w Pienahitsin kestävs on riittävä kun seuraavat ehdot ovat voimassa /7, s. M/1/ δ u vert β w, (.41 Mw u δ, (.4 Mw

24 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 4 (7 missä β w u on lujuuskerroin on heikoimman liitettävän osan vetomurtolujuus Kerroin β w ottaa huomioon hitsiaineen ja perusaineen erilaiset lujuudet taulukon. mukaisesti. Taulukko.. Lujuuskertoimen β w riippuvuus teräslajista. /6, s.6/ Teräslaji u/(/mm βw e ,8 e ,85 e ,9 Teräksille, joiden mötöraja on suurempi kuin teräksen e 5, mutta korkeintaan 400 /mm, kätetään arvoa β w = 1,0. Lujempia teräksiä varten hankitaan selvits perusaineen ja hitsiaineen lujuussuhteista. /6, s. 6/ Staattisesti määräämättömissä rakenteissa hitsin koko määrät muodonmuutoskvn perusteella eli hitsit mitoitetaan vähintään niin lujiksi, että heikompi liitettävistä osista mötää ennen hitsin murtumista /6, s. 11/. Tällöin hitsin kestävden mitoitusarvon on oltava vähintään 80 % heikoimman liitettävän osan kestävden mitoitusarvosta /7, s. 0/ eli δ x 0, 8 (.4 Mw Hitsin laskentavoimat määritetään kättämällä jännitksenä hitsin laskennassa kaavan.4 mukaista arvoa. Kätännössä hitsi on lähes aina staattisesti määräämättömän rakenteen osana lukuun ottamatta puhtaasti mastoina toimivia pilareita. Hitsin kättöaste määrät kuitenkin todellisten jännitsten mukaan.

25 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 5 (7 RISTIKO LIITOS KOSOLILLISEE PUTKIPILARII α1 A-A α B-B B B A A Kuva.1. Ristikon liitos konsolilla varustettuun putkipilariin. Alapään konsoliliitoksessa voimat välittvät suoraan ristikon päätlevltä konsolille, koska pulteissa ovat välkset (asennustoleranssit. äin ollen alapään pulteille ei snn juurikaan rasituksia.

26 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 6 (7 Laskennassa kätettävät voimasuureet saadaan määritettä kuvasta.1 seuraavasti: Vaakavoimat H (.1. 1 =.1 cosα1 H (.. =.1 +. cosα Leikkausvoimat V (.. =. sinα.1 Pätevsalue Mitoitusohjeet on laadittu konsolillisen putkipilarin ja ristikon liitokselle Laskennassa on noudatettava seuraavia sääntöjä: a. Pilari on kaksoissmmetrinen ja kuuluu poikkileikkausluokkaan 1-.. Rakenneosien poikkileikkaus on vakio ja homogeeninen. c. Pulttien lujuusluokka 8.8. d. Liitosrakenteilla on oltava sama teräslaji. e. Alapää tukeutuu konsolin varaan. Lisäksi liitoksessa on oltava seuraavat ehdot voimassa, jotta kaavat olisivat päteviä: /9/ Alapaarre: h 0, 0 0,5 (E.1 h 0,5 (E. + h t 0,5 (E.

27 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 7 (7 t h, t 5 (E.4 t h, t E 1,5 (E.5 Pilari: h 0,5 0 0 (E.6 t h, t h t (E.7 (E.8 Alapään liitoksen levt: L p h (E.9 Alapaarteeseen liittvä uumasauva: 0 h, 0 0,5 (E.10 h 0,5 <,0 (E.11 + h t h, t t 0,5 5 (E.1 (E.1

28 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 8 (7. Yläpään liitoksen kestävs..1 Pulttien mitoittaminen Yläpään pulttien vetokestävs lasketaan kaavasta: /7, s. 06/ n 0,9 A 1 u s t. Rd =, (.4 M missä A s u n 1 on läpään pultin jännitspoikkileikkausala, on pultin murtolujuus on läpään pulttien lukumäärä A s φ 1 = 0,78π 4.. Pilarin kestävs Pilarin leikkauskestävs saadaan kaavasta: /7, s.118/ c. Rd Av =, (.5 missä A h A v + h 0 0 = ; leikkauspinta-ala 0 0 Leikkauskestävden on tätettävä ehto H.1 c. Rd 1,0 (.6

29 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 9 (7.. Yläpaarteen kestävs Yläpaarteessa vaikuttaa vetojännits. Vedett poikkileikkaus toimii hoikkuudesta riippumatta kokonaan tehollisena, joten poikkileikkauksen muodolla ei ole vaikutusta vetokestävteen. Yläpaarteen vetokestävs saadaan kaavasta: Rd.1 A1 =, (.7 missä A 1 on läpaarteen poikkileikkausala Vetokuormitetun putkipalkin on tätettävä mitoitusehto:.1 Rd.1 1,0 (.8 Lamellirepetmävaaran vuoksi tulee läpaarteen päättlevn vetojännits tutkia. Vetojännits läpaarteen päätlevssä lasketaan kaavalla: H.1 δ =, (.9 A 1 missä A 1 on läpaarteen poikkileikkausala Vetojännits liitoksessa tulee rajoittaa arvoon 0,8 d ellei lev ole teht Z-teräksestä, jolle sallitaan enintään perusmateriaalin d suuruinen jännits.

30 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 0 (7..4 Liitoksen laippojen kestävs Laippojen ja ruuvien kestävttä voidaan arvioida laskemalla liitoksen kestävs T- kappaleiden avulla. T-kappaleen muodostavat pilari ja laippa sekä läpaarre ja laippa. T- kappaleen mahdollisia murtumismalleja on kolme (ks. kuva., joista T-osan laipan vetokestävdeksi valitaan pienin seuraavista arvoista: /9, s. 97/ Malli 1: Laipan tädellinen mötääminen /7, s. J// T. Rd.1 4M T. Rd = (.10 m Malli : Pultin murtuminen laipan mötäessä /7, s. J// T. Rd. M T. Rd + min( e1, e, e B. Rd = t (.11 m + min( e, e, e 1 Malli : Vain pultin murtuminen T. Rd. Bt. Rd = (.1 Missä M T. Rd 0,5 L = e min( t p1, t p11 Pultti-levliitoksen vetokestävden B t.rd mitoitusarvoksi tulee ottaa pienempi kaavan 4.4 mukaisesta pultin vetovoimakestävden mitoitusarvosta t.rd (kaava.4 ja pultin kannan ja/tai mutterin lävistmiskestävden B p.rd mitoitusarvosta eli B t. Rd B p. = min Rd t., Rd

31 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 1 (7 Lävistmiskestävden mitoitusarvo lasketaan kaavasta: /7 s.05/ B p. Rd M ( t, t n1 0,9πs 1 min p1 p11 u =, (.1 missä s 1 on ruuvin avainväli T-osan laipan kättöasteen on tätettävä ehto: H.1 min( T. Rd.1, T. Rd., T. Rd. 1,0 (.14 T.Rd T.Rd T.Rd Kuva.. T-kappaleen murtomallit. Malli 1: laipan tädellinen mötääminen, malli : pultin murtuminen laipan mötäessä ja malli : pultin murtuminen.

32 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ (7. Alapään liitoksen kestävs..1 Pilarin ja alapaarteen kestävs Pilarin pinnan kestävs mötäämistä vastaan saadaan kaavasta: /9, s. 16/ ( t + t p p1 h 1,1 Rd. c1 = (.15 p p Mj 1 p Kestävs pilarin uuman lommahdusta tai mötöä vastaan lasketaan kaavasta /9, s. 16/ Rd. c 1,1 = t0 ( h + 10t0, (.16 Mj missä = χ 1 χ = min, 1 sm + s m λm sm [ + 0,49( λ 0, + λ ] = 0,51 m m λ m h =,46 t π E Pilarin leikkauslävistmiskestävs saadaan kaavasta: /9, s. 16/ Rd. c ( t p + t p1 1,1 = ( h + ec, (.17 Mj missä ec ( t t 10 p + = min, p p1 ; alapaarteen tehollinen leves

33 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ (7 Ristikon alapaarteen kestävs murtumista vastaan lasketaan kaavasta: /9, s. 16/ Rd. ( h 4t + 1,1 = t e, (.18 Mj missä e = min 10 ( t, p p + t t p1 Kättöaste liitoksen murtumista vastaan on oltava: H. 1,0 max( Rd. c1, Rd. c, Rd. c, Rd. (.19 Lisäksi alapaarteen kestävs tarkistetaan liitoksessa vaikuttavalle leikkausvoimalle. Koska puolet uumasauvasta liitt alapaarteeseen, välitt paarteeseen likimäin 0,5 Vsd. suuruinen leikkausrasitus. Alapaarteen leikkauskestävs saadaan kaavasta /7, s. 118/: V v. Rd Av =, (.0 missä A v = Ah h Leikkauskestävden tulee tättää ehto: 0,5V V v. Rd 1,0 (.1

34 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 4 (7.. Uumasauvan kestävs Uumasauvan murtumiskestävs riippuu limitksen suhteellisesta suuruudesta. Limitksen suhteellinen suuruus lasketaan kaavasta: /9, s. 5/ q sinα λ ov =, (. h h0 missä q = + t p + t p 1 Kun 0,5 λ ov < 0,5, saadaan uumasauvan kestävs murtumista vastaan kaavasta: /9, s. 5/. Rd [ λ ( h 4t + + ] 1,1 = t ov e e( ov (. Mj Kun 0,5 λ ov < 0,8. Rd [ h 4t + + ] 1,1 = t e e( ov (.4 Mj Missä e 10 t min, t 10 ( t p + t min 0t = p1 e ( ov =,

35 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 5 (7.4 Hitsit Pilariin liittvä läpään liitoslev Jännits läpään liitoksen hitsissä voidaan määrittää kaavalla: /6, s. 1/ H.1 δ 1 = τ 1 = (.5 a ( + L 1 0 p1 Yläpaarteen päätlev Jännits läpaarteen liitoksessa saadaan kaavasta: δ H.1 = τ = (.6 a ( + h cosα Hitsin vertailujännits lasketaan kaavasta: /7, s. M/1/ δ = δ + τ (.7 i. vert i i Konsoli Konsolin hitsiin vaikuttaa pstkuormista aiheutuva hitsin suuntainen leikkausjännits ja tukireaktion epäkeskisdestä aiheutuva normaalivoima. Leikkausjännits lasketaan konsolin hitsissä siten, että leikkausrasituksen ottaa vastaa vain rasituksen suuntaiset sivut (l = h k. äin ollen leikkausjännits konsolin hitsissä saadaan kaavasta: /6, s. 8/ V. τ 1 = (.8 hk a.1

36 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 6 (7 Kosolin hitsin suuntaisen leikkausvoiman vertailujännits lasketaan kaavasta: /7, s. M/1/ δ. vert = τ 1 (.9 Tukireaktion epäkeskisden aiheuttama jännits konsolin hitseille saadaan kaavasta: t p1 V. t p + δ = τ = (.0 a h. k k Vertailujännits hitsille saadaan kaavasta.40. Hitsien kestävdet ovat riittävät kun ehdot.41 ja.4 ovat voimassa (ks. kappale.7 Pohjalevn hitsien mitoitus. Uumasauvan ja alapaarteen päätlev Putkipalkkiristikoiden liitoksissa muodostuu liitoksen alueelle paikallisia jännitshuippuja. Uumasauvojen ja paarteiden mötääminen tasaa kuitenkin jännitshuippuja. Tämän vuoksi alapaarteen ja uumasauvan liitoksen hitsi päätlevn mitoitetaan tasalujaksi sauvojen kanssa. Hitsi on tasaluja kun se tättää ehdon /9, s. 190/: a 1, 07t = ( 55 / mm = (.1 Limitetssä liitoksessa uumasauvan alapuolinen osa on mös hitsattava täslujaksi.

37 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 7 (7 4 RISTIKO LIITOS KOSOLITTOMAA PUTKIPILARII A-A B A α1 A α B-B B Kuva 4.1. Ristikon liitos konsolittomaan putkipilariin.

38 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 8 (7 4.1 Pätevsalue Mitoitusohjeet ovat laadittu konsolittoman putkipilarin ja ristikon liitokselle. Laskennassa on noudatettava seuraavia sääntöjä: a. Pilari on kaksoissmmetrinen ja kuuluu poikkileikkausluokkaan 1-.. Rakenneosien poikkileikkaus on vakio ja homogeeninen. c. Pulttien lujuusluokka 8.8. d. Liitosrakenteilla on oltava sama teräslaji. Lisäksi liitoksessa on oltava voimassa ehdot E.1 E Yläpään liitoksen kestävs Yläpään pulttien kestävs mitoitetaan kaavan.4 mukaan. Yläosan liitoksen kestävs lasketaan samoin kuin kappaleessa Alapään liitoksen kestävs Alapään liitoksessa vaikuttavat voimat välittvät leikkausrasituksena pulteille. Pulttien leikkauskestävs (kierteet leikkautumistasossa saadaan kaavasta: /7, s. 06/ n 0,6 A u s v. Rd = (4.1 M missä A s on läpään pultin jännitspoikkileikkausala, A s φ 1 = 0,78π 4 Pultin leikkauskestävden on tätettävä ehto: V. v. Rd 1,0 (4.

39 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 9 (7 Pilarin ja ristikon alapaarteen kestävs tarkistetaan kaavoilla Alapaarteeseen liittvä uumasauva mitoitetaan kuten kappaleessa.5.. Alapään liitokseen kohdistuu leikkauskuormitus, joka ei saa littää liitoksen palamurtumiskestävden ja reunapuristuskestävden mitoitusarvoa. Alapaarteen liitoslevjen palamurtumiskestävs tarkistetaan kaavalla /7, s. 197/ V e. Rd = A v. e, (4. missä A v.e on tehollinen leikkautumispinta - ala Tehollinen leikkauspinta-ala lasketaan kaavasta: /7, s. 197/ A v. e = min( t p, t p1 Lve, (4.4 missä L ve = min( L1 + L, L L 1 = min( e5,5φ L = e 0,5d ( 4 u L = min e5 + e6, 5 6 ( e + e n d u Palamurtumiskestävden mitoitusarvon on tätettävä ehto: V V. e. Rd 1,0 (4.5 Alapaarteen liitoslevn reunapuristuskestävs lasketaan kaavasta: /7, s. 06/ u = n,5α φ min( t p, t 1, (4.6. Rd p M

40 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 40 (7 missä e5 u α = min,, 1 d u 4.4 Hitsit Yläpään liitoksen ja läpaarteen hitsien jännitkset saadaan kaavoista Pilariin liittvän levn hitsi mitoitetaan olettaen, että leikkausrasitus välitt vain rasituksen suuntaisiin sivuihin (l = L p. Alapään liitoksen jännitkset pilariin liittvän levn hitsissä lasketaan kaavasta: /6, s. 8 / V. τ = (4.7 L p a Hitsin vertailujännits saadaan kaavan. mukaisesti. Hitsien kestävdet ovat riittävät kun ehdot.41 ja.4 ovat voimassa (ks. kappale.7 Pohjalevn hitsien mitoitus. Alapaarteen ja uumasauvan hitsi päätlevn mitoitetaan täslujaksi (ks. kaava..

41 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 41 (7 5 RISTIKO LIITOS KESKEISEE PUTKIPILARII A α α1 A α α4 A-A B B B-B Kuva 5.1. Ristikon liitos keskeiseen putkipilariin. Laskennassa kätettävät voimasuureet saadaan määritettä kuvasta 5.1 seuraavasti: Vaakavoimat H. 1 =.1 cosα cos( α1 + α (5.1 H. =. cosα +.1 cos( α + α 4 (5. H = max( H. 1, H. (5.

42 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 4 (7 Leikkausvoimat. 1 =.1 sin sin ( α α V α + (5.4. =. sin +.1 sin 1 ( α α V α + ( T = V + V ( Pätevsalue Mitoitusohjeet on laadittu keskipilarin ja ristikon liitokselle. Laskennassa on noudatettava seuraavia sääntöjä: a. Pilari on kaksoissmmetrinen ja kuuluu poikkileikkausluokkaan 1-.. Rakenneosien poikkileikkaus on vakio ja homogeeninen. c. Pulttien lujuusluokka on oltava 8.8 tai d. Liitosrakenteilla on oltava sama teräslaji. e. Pilarin päähän liittvän rivan leves pilarin leves.. Yäpaarre kuuluu poikkileikkausluokkaa 1-. Lisäksi liitoksessa on oltava voimassa ehdot E.1 E Yläpään liitoksen kestävs 5..1 Pulttien mitoittaminen Pulttien leikkauskestävs (kierteet leikkautumistasossa lasketaan kaavasta: /7, s. 06/ n 0,6 A 1 u s v. Rd = (5.7 M missä A s on läpään pultin jännitspoikkileikkausala, A s φ 1 = 0,78π 4

43 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 4 (7 Kättöaste leikkauskestävdelle on oltava: max( V.1 v. Rd, V. 1,0 (5.8 Pulttien vetokestävs saadaan kaavasta: /7, s. 06/ n 0,9 A 1 u s t. Rd = (5.9 M Pulttien vetokestävden on tätettävä ehto: H t. Rd 1,0 (5.10 Koska läpään pultteihin vaikuttaa samanaikainen leikkaus- ja vetokestävs on liitoksen tätettävä mös ehto: /7, s. 05/ max( V.1 v. Rd, V. H + 1,0 1,4 t. Rd ( Yläpaarteen kestävs Vetokestävs Yläpaarteessa vaikuttaa veto- ja leikkausrasitus. Yläpaarteen kestävs vedolle saadaan kaavasta/7, s. 115/: Rd.1 A = (5.1

44 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 44 (7 Kaavan tulee tättää ehto:. Rd cosα 4 1,0 (5.1 Yläpaarteen plastinen leikkauskestävs lasketaan kaavalla: /7, s. 114/ V pl. Rd.1 Av =, (5.14 missä = A h A v + h A h on läpaarteen poikkileikkausala on läpaarteen leves on läpaarteen korkeus Leikkauslommahduskestävs Lisäksi tulee tarkistaa läpaarteen leikkauslommahduskestävs jos /7, s. 10/ ( h t 5 69 t (5.15 Kätettäessä ksinkertaista likriittiseen tilaan perustuvaa menetelmää saadaan läpaarteen leikkauslommahduskestävs kaavasta: /9, s. 7/ V ( h t τ a a. Rd.1 = t (5.16 M 1

45 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 45 (7 Leikkauslommahdusjännits τ a saadaan seuraavasti: /7, s. 146/ Kun λ w 0,8 τ a = (5.17 Kun 0,8 < λ w < 1, τ a = [ 1 0,65( λw 0,8 ] (5.18 Kun λ w 1, τ a 0,9 = (5.19 λ w Missä λ w = h 86,4t t 5 Yläpaarteen leikkauskestävden on tätettävä ehto: V min( V cosα pl. Rd.1, V a. Rd 1,0 (5.0

46 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 46 (7 Taivutuskestävs Vetodiagonaalin sijainti paarteeseen aiheuttaa läpaarteeseen taivutusmomentin. Kestävs taivutusmomenttia vastaan saadaan kaavasta: M Rd.1 W pl = (5.1 Yläpaarre kestää taivutusmomentin kun e V u. M cosα Rd.1 1,0, (5. missä e u on uumasauvan epäkeskiss Leikkausvoiman vaikutus taivutuskestävteen tulee huomioida kun paarteessa vaikuttava leikkausvoima on li puolet läpaarteen leikkauskestävdestä (,5min[ V V ] V >. Yläpaarteen taivutuskestävs on tällöin /9, s. 7/ 0 pl. Rd.1, a. Rd.1 M V. Rd ρa v W pl 8t =, (5. λ missä ρ = min V. ( V, V pl. Rd.1 a. Rd.1 Yhteisvaikutus Vetovoiman, leikkausvoiman ja taivutusmomentin hteisvaikutus tutkitaan kaavalla /9, s. 40/ euv M. cosα. Rd α 1,0, (5.4

47 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 47 (7 missä 1,66 α =. +.1 cosα 4 1 1,1 V. Rd min 1,6M ( cosα. + 1 M.1 4 M. Rd = V. Rd, V. Rd V. Rd V. Rd = ( A ρa v V cosα ρ = 1 min. ( V, pl. Rd.1 Va. Rd Pilarin kestävs Pistekuorma leviää pilarissa kaltevuussuhteessa 1:α, missä /5, s. 50/ α = 1+ m + m (5.5 1 Apusuureet m 1 ja m saadaan kaavoista: /5, s. 6/ m 0,0 hw = kun λ = 0,5, muulloin m 0 (5.6 t = m 1 = (5.7 t w Laskennassa kätetään varmalla puolella olevaa olettamusta, että m = 0. Lauseke 5.1 voidaan sieventää muotoon: α = 1+ (5.8 t 0

48 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 48 (7 Pistekuorman tehollinen jakaantumisleves lasketaan kaavasta: /5, s. 7/ l. 0 = ss + t 1 + (5.9 t0 Tarkastetaan jännitkset putkipilarin seinämissä. Suurilla pilaripoikkileikkauksilla päätlev ei pst välittämään pistekuormaa tädellä jakaantumislevedellä, koska lev joustaa eikä toimi tädellisesti jäkkänä levnä. Tämän takia tulee rajoittaa arvoon 15εt uuman sisäpuolelta mitattuna (ks. kuva 5.. äin ollen laskennassa kätettävä leves saa muodon: (, t t = min 0 0ε + 1, (5.0 missä 5 ε =, 0 l t on pilarin leves, on rivan leves ja on päätlevn paksuus T 1:ala Kuva 5.. Jännits uumassa.

49 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 49 (7 Koska kuorman jakaantumisleves s s = t 1 ja kaavan 5.0 mukainen, saa kaava 5.9 muodon: l.0 = t 1 + t 1+ 0 l min,,15εt t 0 (5.1 Pilarin uuman kestävs lasketaan teholliselle pituudelle L e, missä /5, s. 5/ L e = χ l (5..0 Kokeellisesti sijoittaen pre kuvan 6.1/tpin kaavaan voidaan kuitenkin osoittaa, että kun jäkisteiden väli a < h w on aina χ = 1. Koska tässä tapauksessa a (uumien välinen etäiss << h w (pilarin pituus saadaan, että L e = l. äin ollen uuman kestävden mitoitusarvoksi saadaan: /5, s. 5/ Rd. h l.0t0 = (5. M1 Pistekuormakestävden on tätettävä ehto: T Rd. h 1,0 (5.4

50 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 50 ( Liitoksen laippojen vetokestävs Yläpään liitoksen laippojen ja pulttien vetokestävs määritetään T-kappaleiden avulla kättämällä kaavoja Jos vetojännits läpaarteessa on suuri, tulee liitoksen kestävs tutkia tarkempia menetelmiä kättämällä tai vahvistaa T-liitos vahvikelevillä. T-laippa metodissa oletetaan, että mötöviiva muodostuu putkipalkin seinämän kohdalle. Suurilla jännitksillä tämä johtaa kuitenkin vääriin tuloksiin, koska plastinen nivel muodostuu tällöin putkipalkin uumien sisäpuolelle, jolloin liitoksen sisäinen momenttivarsi kasvaa. Plastisen nivelen ja liitokseen sntvien mötöviivojen tarkka määrittäminen vaatisi vetomurtokokeita tai tarkempia analsejä Yläpaarteen päätlevn kestävs Yläpaarteen päätlevn vetojännits Vetojännits läpaarteen päätlevssä lasketaan kaavasta: H A 1 δ =, (5.5 missä A 1 on läpaarteen poikkileikkausala Mikäli päätlev ei ole teht Z-teräksestä, tulee vetojännits tättää kaavan.1 mukainen ehto, jotta jännits ei aiheuttaisi levn paksuussuuntaista mötäämistä eli lamellirepetmistä.

51 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 51 (7 Yläpaarteen päätlevn palamurtumiskestävs Yläpaarteen päätlevn palamurtumiskestävs mitoitusarvo saadaan kaavasta: /7, s. 197/ V e. Rd = A v. e, (5.6 missä A v.e on tehollinen leikkautumispinta-ala Tehollinen leikkauspinta-ala lasketaan kaavalla: /7, s. 197/ A v. e = t 4 Lve, (5.7 missä Lve = min( Lv + L1 + L, L L 1 = min( e,5φ L = e 0,5d ( u L = min Lv + e1 + e, v 1 1 ( L + e + e n d u Päätlevn palamurtumiskestävden on tätettävä ehto: max( V V.1, V e. Rd. 1,0 (5.8

52 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 5 (7 Yläpaarteen päätlevn reunapuristuskestävs Yläpaarteen päätlevn reunapuristuskestävs lasketaan kaavasta: /7, s. 06/ u = α φ t4, (5.9. Rd n1, 5 M missä e Lv 1 u α = min,,, 1 d d 4 u Päätlevn reunapuristuskestävdelle on oltava voimassa ehto: max( V.1. Rd, V. 1,0 ( Rivan kestävs Rivan puristuskestävs Kuorman jakaantumisleves kiinnitsrivalle saadaan kaavan 5.9 ja kuvan 5. mukaan seuraavasti:. p1 L = t0 t 1, (5.41 t1 Tarkastellaan jännitsten jakaantumista putken seinämästä rivalle (ks. kuva 5.. Tällöin leves saa muodon: l p, p1 = min, 15ε t + t0 (5.4

53 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 5 (7 T Kuva 5.. Jännitkset rivassa. Koska tehollinen kuormitusleves riippuu ulokkeesta c (ks. kuva 5.1, saadaan todellinen kuormituksen jakaantuminen kaavasta: L.1 L.1 kun c l =. 1 (5.4 L.1 + c muulloin Rivan kestävden mitoitusarvoksi saadaan: Rd. p1 l.1t1 = (5.44 M1 Kättöaste rivan puristuskestävdelle on oltava: 0,5T Rd. p1 1,0 (5.45

54 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 54 (7 Rivan leikkauskestävs Levn snt leikkausta kun pilarin eri puolilla olevissa ristikoissa on erisuuruiset sauvavoimat. Levn sntvä leikkausrasitus on levn eri puolilla vaikuttavien vaakavoimien erotus. Rivan leikkauskestävden mitoitusarvo saadaan kaavasta: /7, s. 118/ V Rd. p1 = t1l (5.46 Kättöasteen leikkauskestävdelle on oltava: H.1 V H Rd. p1. 1,0 (5.47 Rivan taivutuskestävs Koska pilarin päähän liittvän levn alapää mitoitetaan jäkäksi, aiheuttaa pilarin eri puolilla vaikuttavat erisuuruiset vaakavoimat kiinnitsripaan taivutusmomentin. Rivan kestävs taivutusmomentille saadaan määritettä kaavasta: /7, s. 116/ M Rd. p1 W =, (5.48 missä W on rivan taivutusvastus, W = lt 1 6 Rivan taivutuskestävden tulee tättää ehto: e H.1 M H Rd. p1. 1,0 (5.49

55 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 55 (7 5. Alapään liitoksen kestävs Pilarin ja ristikon alapaarteen kestävs tarkistetaan kaavoilla Kättöaste murtumista vastaan on oltava: max(. Rd. c,.4 1,0, (5.50 missä Rd.c on pienin kaavojen antamista kestävksien mitoitusarvoista Koska pilariin vaikuttaa mös taivutusmomentti, on tarkistettava pilarin kestävs alapaarteilta tulevalle pistekuormalle ja ulkoisen taivutusmomentin hteisvaikutukselle: /7, s. 165/ max( min(, Rd. c1.,.4, Rd. c Rd. c + H.1 H 1 W. h r 1,4 ( Hitsit Yläpaarteen päätlevn hitsi Yläpaarteen päätlevssä vaikuttaa leikkaus- ja vetojännits. Jännitskomponentit läpaarteen päätlevssä saadaan kaavoista: H.1 δ.. = τ. = (5.5 ( h cosα + a τ V. II. = (5.5 a h cosα ( τ τ δ + (5.54. vert = τ. +. II. Yläpaarteen hitsin jännitksien on tätettävä ehdot.41 ja.4.

56 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 56 (7 Rivan hitsi Rivan hitsiin vaikuttavat jännitkset lasketaan liitokseen vaikuttavan normaalivoiman ja leikkausvoiman kautta eli 1 δ 1 = τ 1 = ( H.1 H. + V (5.55 a l 1 Mitoitus on varmalla puolella, koska puristetussa T-liitoksessa puristuskuormituksen aiheuttamaa liitoksen ilmaraon pienentmistä ja hitsin muokkaantumista ei tarvitsisi huomioida. Eli toisin sanoen hitsin a-mitan riittävden tarkistus voitaisiin suorittaa pelkän leikkauskuormituksen perusteella. /6, s. / Rivan hitsin vertailujännits lasketaan kaavasta.7. Hitsin kestävs on riittävä kun ehdot.41 ja.4 ovat voimassa (ks. kappale.7 Pohjalevn hitsien mitoitus. Alapaarteen päätlevn hitsi Koska alapaarteessa vaikuttaa suuria voimia, mitoitetaan hitsi tasalujaksi ristikon sauvojen kanssa kättämällä kaavaa.1. Alapään liitoslevn hitsi Alapaarteen puristusvoima välitt pilarille pilariin liittvän levn hitsin kautta. Hitsin jännitkset saadaan kaavasta:.4 δ 1 = τ 1 = (5.56 a ( + L 1 0 p1

57 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 57 (7 6 RISTIKO LIITOS KESKEISEE I PILARII α α1 A A α α4 A-A B B B-B Kuva 6.1. Ristikon liitos keskeiseen I-pilariin. Liitoksessa vaikuttavat vaaka- ja leikkausvoimat lasketaan kaavoista

58 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 58 (7 6.1 Pätevsalue Mitoitusohjeet on laadittu keskipilarin ja ristikon liitokselle. Laskennassa on noudatettava seuraavia sääntöjä: a. Pilari on kaksoissmmetrinen ja kuuluu poikkileikkausluokkaan 1-.. Rakenneosien poikkileikkaus on vakio ja homogeeninen. c. Pulttien lujuusluokka on oltava 8.8 tai d. Liitosrakenteilla on oltava sama teräslaji. e. Pilarin päähän liittvän rivan leves pilarin leves. g. Proiilien on oltava kuumavalssattuja. 6. Yläpään liitoksen kestävs Liitoksen läpään pulttien kestävs tarkistetaan kaavoilla Uuman kestävs puristukselle Pistekuorman tehollinen jakaantumisleves pilarin uumalle saadaan kaavasta 5.9. Koska kuorma jakaantuu pilarin päätlevlle levedellä t 1 saa kaava muodon: = l. 0 t1 t 1 (6.1 tw0 Pilarin uuman kestävs saadaan kaavasta: Rd. o l.0t w = (6. M 1

59 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 59 (7 Kaavan 6. on tätettävä ehto: V Rd.0 1,0 (6. Rivan kestävs puristukselle Pistekuorman tehollinen jakaantumisleves rivalle saadaan kaavasta: h = l. 1 tw0 t 1 (6.4 t1 Rivan kestävs puristusrasitukselle saadaan kaavasta Kestävden on tätettävä ehto: V Rd.1 1,0 (6.5 Yläpään liitos tulee tutkia lisäksi kappaleiden ja 5.4. mukaisesti sekä kaavoilla Alapään liitoksen kestävs Alapaarteen puristuskestävs Kuorman jakaantumisleves I - pilarilta paarteelle saadaan kaavasta: /4, s. 91/ s = t + t + ( r (6.6 s. w0 0

60 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 60 (7 missä t w1 t 1 r on pilarin uuman paksuus on pilarin laipan paksuus on pilarin nurkan sisäpuolinen pöristssäde Tehollinen jakaantumisleves paarteelle saadaan kaavasta 5.9 seuraavasti:. l = + +. ss. t 1 (6.7 t w0 missä. = min( 0εt, Alapaarteen puristuskestävdeksi saadaan kaavan 5. mukaisesti Rd. l.t w = (6.8 Alapaarteen puristuskestävden mitoitusarvon on tätettävä seuraava ehto: max (,. Rd..4 1,0 (6.9 Pilarin kestävs paikalliselle lommahdukselle Puristusvoiman jakaantuu alapaarteen päätlevssä seuraavasti s s. 0 tw + t =, (6.10 missä t w t on alapaarteen seinämävahvuus on alapaarteen päätlevn paksuus

61 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 61 (7 äin ollen tehokas jakaantumisleves pilarille on = + + l. 0 ss.0 t 0 1 (6.11 tw0 Laskennassa kätettävä tehollinen leves L e saadaan kaavan 5. mukaisesti. Koska pilarin uumassa ei ole jäkisteitä on pilarin uuman lommahduskerroin k =,5. Kriittinen voima pilarin uumalle on /4, s. 91/ cr 0,9k Et h = w (6.1 w Reduktiotekijä teholliselle levedelle saadaan kaavasta: /5, s. 6/ 0,5 χ =, 1 min, (6.1 λ missä λ = l.0t w0 cr Pilarin paikallinen puristuskestävs saadaan kaavasta: /5, s. 5/ Rd.0 = Le tw0, (6.14 M1 missä Le = χ l. 0 Mitoitusehdoksi saadaan: /5 s. 7/ 0,5 max(. Rd.0,.4 1,0 (6.15

62 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 6 (7 ormaalivoiman, taivutusmomentin ja pistekuorman hteisvaikutusehto Liitoksessa vaikuttavien normaalivoiman, taivutusmomentin ja pistekuorman hteisvaikutusehto tarkastetaan kaavan mukaisesti /5, s. 8/ 0,5 max(. Rd.0,.4 0,8 V + Ac 1 H.1 H 1 W. hr 1,4 (6.16 missä A c W h r on pilarin poikkileikkausala on pilarin taivutusvastus -akselin mpäri on ristikon korkeus 6.4 Hitsit Rivan hitsin kestävs tarkastetaan kuten kohdassa 5.6.

63 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 6 (7 7 SEKUDÄÄRIRISTIKO LIITOS PRIMÄÄRIRISTIKKOO, TYYPPI A A α1 α α A α4 A-A B B B-B Kuva 7.1. Sekundääristikon liitos primääriristikkoon, tppi A. Liitoksessa vaikuttavat vaaka- ja leikkausvoimat lasketaan kaavoista

64 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 64 (7 7.1 Pätevsalue Mitoitusohjeet on laadittu sekundääriristikon ja primääriristikon liitokselle. Laskennassa on noudatettava seuraavia sääntöjä: a. Poikkileikkaukset ovat kaksoissmmetrisiä.. Poikkileikkaukset kuuluvat poikkileikkausluokkaan 1-. c. Rakenneosien poikkileikkaus on vakio ja homogeeninen. d. Pulttien lujuusluokka on oltava 8.8 tai e. Liitosrakenteilla on oltava sama teräslaji.. Primääriristikon paarteeseen liittvän rivan leves paarteen leves. g. Proiilien on oltava kuumavalssattuja. h. primääriristikon läpaarre on vahvistettu. Lisäksi liitoksessa on oltava voimassa ehdot E.1 E Yläpään liitoksen kestävs Liitoksen läpään pulttien kestävs tarkistetaan kaavoilla Sekundääriristikon päätlevn kestävs Lamellirepetmävaaran vuoksi läpaarteen vetojännitksen on tätettävä kaavan.1 mukainen ehto, ellei levlle muun laadunvalvonnan ohella taataan paksuussuuntaisella vetosauvalla mitatuksi murtokuroutuman arvoksi vähintään 5 %. Lisäksi liitoksen tulee tättää kaavojen mukaiset ehdot. Laippojen kestävs tarkistetaan T-kappaleiden avulla kappaleen 5.4. mukaisesti.

65 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 65 (7 7.. Rivan kestävs Primääriristikon läpaarteeseen liittvän rivan kestävs tarkistetaan leikkaus- ja taivutusvoimalle (kaavat ja läpaarteen päätlev reunapuristus- ja palamurtumiskestävdelle (kaavat Pstvoimat aiheuttavat primääriristikon läpaarteeseen liittvään levn tasaisen puristuksen. Levn puristuskestävs saattaa liitoksessa tulla mitoittavaksi kun t 0 > t 1. Rivan puristuskestävs lasketaan kaavasta: /7, s. 116/ Rd. p1 h1t 1 = (7.1 Rivan puristuskestävden on tätettävä ehto: V Rd. p1 1,0 (7. Rivan hitsin kestävs ristikon paarteessa tarkastetaan kuten kohdassa Primääriristikon läpaarteen kestävs Primääriristikon läpaarteen kestävs pinnan mötäämistä vastaan saadaan kaavasta: /9, s. 1/ t p h1 t1 1,1 Rd.1 = (7. t 1 p p Mj 1 p Primääriristikon läpaarteen kestävs uuman lommahdusta tai mötöä vastaan saadaan kaavasta: /9, s. 17/

66 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 66 (7 missä Rd. 1,1 = t0 ( h1 + 10t0, (7.4 λ Mj on paarteen uuman lommahduslujuus Paarteen uuman lommahduslujuus saadaan laskettua kättäen T-liitoksen kaavaa. Pilarin uuman nurjahduslujuus saadaan kaavasta: /9, s. 17/ = χ (7.5 missä 1 χ = min, 1 (7.6 sm + s m λm sm [ + 0,49( λ 0, + λ ] = 0,51 m m (7.7 λ m h 0 1 =,46 t (7.8 5 π E Primääriristikon läpaarteen kestäminen leikkauslävistmistä vastaan saadaan kaavasta: /9, s. 17/ Rd. t 1,1 = (7.9 ( h + p 1 ep Mj Kättöaste liitoksen murtumista vastaan on oltava: V. 1,0 max( Rd.1, Rd., Rd. ( Alapään liitoksen kestävs Alapään liitoksen kestävs tarkistetaan kaavoilla Liitoksen on tätettävä kaavan 5.50 mukainen ehto.

67 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 67 (7 8 SEKUDÄÄRIRISTIKO LIITOS PRIMÄÄRIRISTIKKOO, TYYPPI B A α1 A α A-A B B α α4 B-B Kuva 8.1. Sekundääriristikon liitos primääriristikkoon, tppi B. Laskennassa kätettävät voimasuureet saadaan määritettä kuvasta 8.1 seuraavasti: Vaakavoimat H ( =.1 cosα1 H (8.. =. cosα H (8.. =.1 +. cosα H (8.4 Leikkausvoimat. 4 = cosα 4. 1 =.1 cos 90 o ( α V (8.5 1

68 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 68 (7. =. cos 90 o ( α V (8.6. =. cos 90 o ( α o ( α V (8.7 V ( =.4 cos Pätevsalue Mitoitusohjeet on laadittu sekundääriristikon ja primääriristikon liitokselle. Laskennassa on noudatettava seuraavia sääntöjä: a. Poikkileikkaukset ovat kaksoissmmetrisiä.. Poikkileikkaukset kuuluvat poikkileikkausluokkaan 1-. c. Rakenneosien poikkileikkaus on vakio ja homogeeninen. d. Pulttien lujuusluokka on oltava 8.8 tai e. Liitosrakenteilla on oltava sama teräslaji.. Primääriristikon paarteeseen liittvän rivan leves paarteen leves. g. Proiilien on oltava kuumavalssattuja. Lisäksi liitoksessa on oltava voimassa ehdot E.1 E Yläpään liitoksen kestävs Liitoksen läpään pulttien kestävs tarkistetaan kaavoilla Sekundääriristikon päätlevn kestävs Sekundääriristikon päätlev mitoitetaan kuten kohdassa 7.4.1

69 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 69 (7 8.. Rivan kestävs Rivan puristuskestävs ei tule liitoksessa määrääväksi, koska paarre heikompana murtuu ennen liitoksen murtumista. Liitoksen on tätettävä kaavojen ja mukaiset ehdot. 8.. Primääriristikon läpaarteen kestävs Primääriristikon läpaarteen kestävs pinnan mötäämistä vastaan saadaan kaavasta: /9, s. 1/ Rd.1 t = (8.9 0 h1 t 1 1,1 4 1 km t Mj 1 0 Liitoksen kestävden pienennskerroin k m saadaan puristetussa läpaarteessa kaavalla: /9, s. 1/ k m [ 1.( 1 n,1] = min, (8.10 missä n = 1,1 Mj A0 0. M + W 0. 0 Kaavan 9.9 on tätettävä ehto: V.1 + V Rd.1. 1,0 (8.11 Jos kaavan 8.11 mukainen ehto litt, voidaan liitoksessa kättää vahvikelevä. Vahvikelevä kätettäessä liitoksen kestävs lasketaan kaavoilla

70 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 70 (7 8. Alapään liitoksen kestävs Alapään liitoksen kestävs lasketaan kaavoilla Liitoksen on tätettävä ehto: max( max( H Rd. c1,. Rd. c, H,.4 Rd. c, Rd. 1,0 (8.1 Lisäksi alapaarteen kestävs on tarkistettava liitoksessa vaikuttavalle leikkausvoimalle ja uumasauvan epäkeskisdestä aiheutuvalle taivutusmomentille sekä näiden hteisvaikutukselle kappaleen mukaisesti. 8.4 Hitsit Yläpaarteessa vaikuttavat jännitskomponentit saadaan kaavoista Rivan hitsin jännits ristikon paarteessa voidaan laskea kaavasta: H.1 H. δ 1 = τ 1 = (8.1 a h 1 1 Alapaarteen ja päätlevn liitos mitoitetaan täslujaksi (ks. kaava.1. Voiman suuntaiset sivut (h kantavat koko leikkausrasituksen. Maksimi leikkausjännits alapään liitoksen hitsissä saadaan kaavasta: /6, s. 8/ max( V, V..4 δ = τ = (8.1 a h Hitsin vertailujännits lasketaan kaavan.7 mukaisesti. Hitsien kestävdet ovat riittävät kun ehdot.41 ja.4 on voimassa.

71 TAMPEREE AMMATTIKORKEAKOULU TUTKITOTYÖ 71 (7 9 YHTEEVETO Tässä tössä esitettiin mitoitusohjeet seuraaville liitoksille: peruspulttiliitos, ristikon liittminen reunapilariin (putkipilari, ristikon liittminen keskeiseen I- ja putkipilariin sekä jatkuvan sekundääriristikon liittminen primääristikkoon. Liitokset rajoitettiin ritksen kätössä olevien COP- ja JOIT-liitosmitoitusohjelmien ulkopuolelle. Laadittujen mitoitusmenetelmien ja -kaavojen pohjalta laadittiin ritksen sisäiseen kättöön liitosmitoitusohjelmat. Ohjelmat tehtiin Mathsotin MathCad-ohjelmistolla. Mitoitusohjelmat antavat liitoksen eri osien kättöasteet sötetn rasitustilan mukaan. Laadituilla ohjelmilla voidaan määrittää liitosten levosien, pulttien ja hitsien kapasiteetit ja vaaditut minimiarvot. Mitoitusohjelmien kättämät kaavat on esitett tässä raportissa. Kirjallisen osan on tarkoitus toimia mös mahdollisen käsinlaskennan tukena. Eurocode :ssa peruspulttiliitoksia koskevat ohjeet ovat puutteelliset. e vaativatkin kehittelä, jotta peruspulttiliitokset voitaisiin mitoittaa puhtaasti euronormin mukaisesti. Tässä tutkintotössä euronormin antamia ohjeita sovellettiin suomalaisiin mitoitusohjeisiin. Eurocodessa ei ole annettu ohjeita vedetlle laippaliitokselle. Tutkintotössä laippaliitokseen sovellettiin Eurocode :n mukaista T-laippa metodia, joka tarkastelee liitosta vain ksiulotteisesti olettaen, että mötöviiva muodostuu putkipalkin seinämän kohdalle. Suurilla jännitksillä plastisen nivelen paikka voi kuitenkin muodostua putkipalkin uumien sisäpuolelle. Plastisen nivelen ja mötöviivojen määrittämiseksi tätisi tehdä tarkempia analsejä. Kehitstä vaatii mös tutkintotön htedessä laaditut mitoitusohjelmat. Kättöliittmä tulisi laatia kättäjästävällisemmäksi siten, että ohjelma hakee poikkileikkausarvot annetun proiilitpin mukaan kirjastosta. Tällöin sötettävien suureiden määrä vähenisi merkittävästi.