Vastaanottaja Helsingin kaupunki. Asiakirjatyyppi Selvitys. Päivämäärä VUOSAAREN SILTA KANTAVUUSSELVITYS

Transkriptio

1 Vastaanottaja Helsingin kaupunki Asiakirjatyyppi Selvitys Päivämäärä VUOSAAREN SILTA KANTAVUUSSELVITYS

2 VUOSAAREN SILTA KANTAVUUSSELVITYS Päivämäärä 30/10/2014 Laatija Tarkastaja Kuvaus Heini Raunio Ilkka Vilonen Vuosaaren sillan kantavuusselvitys Ramboll Pakkahuoneenaukio 2 PL TAMPERE T F

3 KANTAVUUSSELVITYS SISÄLTÖ 1. Yleistiedot kohteesta 1 2. Tehdyt tarkastelut Laskentamenetelmä Kuormat Osavarmuuskertoimet Materiaalit 6 3. Laskelmat Momenttikapasiteetti sillan pituussuunnassa Yleiskuljetus Yleiskuljetus ajokaistoilla Valvottu kuorma Ajoneuvoasetuksen mukaisen kuorman tarkastelut ajokaistoilla Leikkausvoimakapasiteetti sillan pituussuunnassa Momenttikapasiteetti sillan poikkisuunnassa Laatan lävistyskapasiteetti Taipumat Johtopäätökset 14

4 YLEISTIEDOT KOHTEESTA Vuosaaren silta on 11 aukkoinen teräsbetoninen jatkuva kotelopalkkisilta. Silta sijaitsee Helsingissä, kohdassa jossa Meripellontie ylittää Kortlahden. Jm HL Ajorataleveydet 32,35 m + 39,0 m + 39,0 m + 39,0 m + 39,0 m + 39,0 m + 39,0 m + 39,0 m + 39,0 m + 39,0 m + 32,35 m 18,5 m Valmistumisvuosi 1969 Vinous Sillan kokonaispituus 4,2 m + 11,8 m + 2,3 m 0 o 422,50 m Sillan rakennekorkeus on keskimäärin n. 1,8 m. Tuella kotelon alalaatta sekä seinät ovat paksummat kuin kentässä. Kotelossa ei ole poikkipalkkeja tai väliseiniä. Kuva 1.1 Sillan pituusleikkaus Kuva 1.2 Poikkileikkaus kentässä Kuva 1.3 Poikkileikkaus välituilla

5 TEHDYT TARKASTELUT 2.1 Laskentamenetelmä Silllasta laadittiin arina-malli, jossa sillan kansi mallinnettiin todellisen paksuisina pituussuuntaisina palkkeina. Poikkisuunnassa on sillan jäykkyytenä on käytetty 50% poikkisuunnan todellisesta jäykkyydestä. Kaikki tarkastelut tehtiin LUSAS FEM-laskentaohjelmalla. Elementtijaossa solmupisteiden maksimietäisyydeksi määrättiin m. Kuva 2.1 Rakenteen arinamalli Kuva 2.2 Reunan palkkien poikkileikkaus ja poikkileikkausarvot aukossa Kuva 2.3 Reunan palkkien poikkileikkaus ja poikkileikkausarvot tuella

6 1-3 Kuva 2.4 Keskipalkkien poikkileikkaus ja poikkileikkausarvot aukossa Kuva 2.4 Keskipalkkien poikkileikkaus ja poikkileikkausarvot tuella 2.2 Kuormat Omapaino, g=25kn/m 3 Ajoneuvoasetuksen mukainen kuormakaavio Kuva 2.3 Ajoneuvoasetuksen mukainen kuorma (76 tn)

7 1-4 Erikoiskuljetuskaaviot Kuva 2.4 Kuormakaaviot Kuva 2.5 Kuormakaavioiden sijoittelu kannelle

8 1-5 Kuva 2.6 Laskettaessa kuormia ajolinjoilla, käytettiin tulevia ajokaistajärjestelyjä. Kuva 2.7 Kuormakaavioiden sijoittelu kannelle laskettaessa valvottuja kuormia Kuva 2.8 Kuormakaavioiden sijoittelu kannelle laskettaessa valvomattomia kuormia Valvottuna kuormana erikoiskuljetuksen oletetaan ajavan keskellä sillan kantta. Laskennassa sijainnille on oletettu maksimissaan 0,5m poikkeama. 2.3 Osavarmuuskertoimet Pysyvät kuormat 0,9/1,2 valvottu EK-kaavio EK: 1,30 AA+EK EK: 1,20 AA: 1,30 EK+pintakuorma EK:1,20 p: 1,30 Tämän lisäksi kuormia kerrottiin sysäyslisällä: Reuna-aukoissa: 1,17 Keskiaukossa: 1,21

9 1-6 Valvotulla kuormalla: 1, Materiaalit Betoni K 30-1 f ck = 21,1 MN/m² f cd = 15,2 MN/m² Betoniteräs A 400 H f yk = 400 MN/m² f yd = 347,8 MN/m²

10 LASKELMAT Erikoiskuljetuskaavioiden akselina on käytetty laskennassa 100kN. Näin oman painon ja mahdollisen ajoneuvoasetuksen mukaisen akseliyhdistelmän jälkeen jäljelle jäävästä kapasiteetista on saatu laskettua suurin mahdollinen akselikuorma. 3.1 Momenttikapasiteetti sillan pituussuunnassa Sallittu akselipaino lasketaan kaavasta = 100, missä M u =momenttikapasiteetti, M g = pysyvien kuormien aiheuttama laskentamomentti, M AA =ajenouvoasetuksen mukaisen kuorman aiheuttama laskentamomentti ja M EK =Erikoiskuljetuksen aiheuttama laskentamomentti 100 kn akselipainolla. Laskentamomentit sisältävät osavarmuuskertoimien lisäksi sysäyslisät. Ajoneuvoasetuksen mukaisen kuorman aiheuttamaa momenttia ei ole huomioitu valvotun kuorman laskennassa Yleiskuljetus Kuorma sijaitsee sillan ulokkeella

11 1-8

12 3.1.2 Yleiskuljetus ajokaistoilla 1-9

13 3.1.3 Valvottu kuorma 1-10

14 Ajoneuvoasetuksen mukaisen kuorman tarkastelut ajokaistoilla - Kentässä - Tuella 3.2 Leikkausvoimakapasiteetti sillan pituussuunnassa Sallittu akselipaino lasketaan kaavasta = 100, missä V u =leikkausvoimakapasiteetti, V g = pysyvien kuormien aiheuttama leikkausvoima, V AA =ajenouvoasetuksen mukaisen kuorman aiheuttama leikkausvoima ja V EK =Erikoiskuljetuksen aiheuttama leikkausvoima 100 kn akselipainolla. Leikkausvoimien arvoissa on huomioitu osavarmuuskertoimet sekä sysäyslisä. Ajoneuvoasetuksen mukaisen kuorman aiheuttamaa leikkausvoimaa ei ole huomioitu valvotun kuorman laskennassa.

15 1-12

16 Momenttikapasiteetti sillan poikkisuunnassa 3.4 Laatan lävistyskapasiteetti

17 Taipumat Taipumien laskennassa sillan jäykkyytenä käytettiin täysin halkeilleen poikkileikkauksen jäykkyyttä. Kyseisen jäykkyyden käyttämiseen päädyttiin syntyneiden pysyvien taipumien perusteella, joiden suuruus vastasi täysin halkeilleen poikkileikkauksen jäykkyydellä laskettuja taipuman arvoja. Reuna-aukosta mitattiin pysyväksi taipumaksi 96 mm, jota arvoa käytettiin laskennassa. Erikoiskuljetusten aiheuttaman taipuman raja-arvona käytettiin L/500, joka on vanhaa rakennetta tarkastellessa pieni. Alla olevassa taulukossa on esitetty taipuman rajoittamat akselipainot ajokaistoilla ajavalle yleiskuljetukselle. Arvot ovat pienempiä kuin momenttikapasiteetin rajoittamat akselipainot, mutta vanhalla rakenteella voidaan olettaa että taipumat voivat kasvaa annettua raja-arvoa suuremmiksi. Painorajoitustarkasteluissa taipuman arvoksi saatiin 59,9 mm, eli L/ JOHTOPÄÄTÖKSET Vuosaaren silta ei kestä valvomattomana uutta Liikenneviraston 76 tn ajoneuvoasetusta, kun oletetaan että kuljetus voi ajaa sillan ulokkeelle. Mikäli oletetaan, että kuljetus ajaa ajoneuvokaistoja pitkin, ei tarvetta painorajoitukselle ole. Rakenteella mitoittavaksi tuli suuremmilla akselimäärillä sillan pituussuuntainen momenttikestävyys välituilla sekä pienemmillä akselimäärillä kotelon yläpinnan laatan poikkisuuntainen momenttikestävyys. Taulukossa 4.1 on esitetty suurin sallittu sallittu akselipaino sekä tämän alapuolella kantavuuden kannalta kriittinen piste. Kriittiset pisteet, Tuki=momenttikestävyys tuella, Aukko=momenttikestävyys aukossa ja Poikki=Kotelon laatan momenttikestävyys sillan poikkisuunnassa. Taulukossa ei ole huomioitu taipuman rajoittamia akseliapainoja. Erikoiskuljetuksien kantavuuksia laskettaessa yleisluvan mukaisissa kuljetuksissa ajoneuvojen päästessä kannen reunalle, sallitut akselipainot jäivät todella pieniksi. Ajokaistoilla ajettaessa arvot ovat merkittävästi paremmat, mutta jäävät monilta osin tavoitearvojen alle. Taulukko 4.1 Sallitut akselipainot eri EK-kaavioilla (kn). Kuorman ajaessa valvottuna, tulee sen ajaa keskellä sillan kantta. Sillan ulokkeet ovat heikossa kunnossa ja sillan kantavuuden parantamiseksi ulokkeet olisi järkevää purkaa suurilta osin ja rakentaa erillinen kevyenliikenteensilta viereen. Mikäli sillan kantavuutta halutaan lisätä erikoiskuljetuksia varten, olisi silta järkevää vahventaa ulkoisilla jänteillä, jolla myös syntyneet halkeamat saataisiin todennäköisesti suljettua ja syntyneet taipumat korjattua.

18 1-15 LIITE 1 F=100 kn vaikutusviivat tuella sekä kentässä Alla olevien vaikutusviivojen avulla voidaan arvioida sillan kantavuutta millä tahansa erikoiskuljetuskaaviolla. Kuvaajilla on vaaka-akselilla esitetty pistekuorman etäisyys sillan päästä ja pystyakselilla kyseisen kuorman aiheuttaman momentin suuruus yksikkökuormalla. Todellisia akselikuormia F tod käytettäessä tulee kuvaajan antama momentin arvo kertoa kertoimella k i =F tod /100kN. =, missä k i =F tod /100kN. Pysyvien kuormien jälkeen momenttikapasiteetiksi jää - Tuella M uek =4832 knm - Kentässä M uek =7373 knm Tukimomentti Erikoiskuljetuksena, F=100 kn Kuvaaja 1 M di (knm) tuella, pistekuorman suuruuden ollessa 100 kn. Vaaka-akselilla kuorman etäisyys sillan päästä (m). Taulukko 1 Kuvaajan 1 arvot taulukkomuodossa

19 Kenttämomentti Erikoiskuljetuksena, F=100 kn Kuvaaja 2 M di (knm) kentässä, pistekuorman suuruuden ollessa 100 kn. Vaaka-akselilla kuorman etäisyys sillan päästä (m). Taulukko 2 Kuvaajan 2 arvot taulukkomuodossa