Puusiltojen suunnittelu Pyhäjoen Eteläkylän isosilta, Suomen vanhin käytössä oleva puinen tukiansassilta. Valmistunut keväällä 1837 Sweco Rakennetekniikka DI Pertti Kaista 01/03/2015 1
1.6.2010 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) 18.10.2011 / Heikki Lilja, Finnish Transport Agency
SILLANSUUNNITTELUSSA KÄYTETTÄVÄT EUROKOODIT 1.6.2010 LÄHTIEN EN 1990 Suunnitteluperusteet EN 1990/A1:2005 (Annex A2) Suunnitteluperusteet - Sillat Suunnitteluperusteet ja kuormitusyhdistelyt EN 1991-2 Liikennekuormat EN 1991-1-1 Tilavuuspainot EN 1991-1-4 Tuuli EN 1991-1-5 Lämpötila EN 1991-1-6 Toteuttaminen EN 1991-1-7 Onnettomuus Kuormat 1992-2 Betonisillat EN 1992 Betonisillat 1992-1-1 Yleinen 1993-2 Terässillat 1993-1-5 Levyrak. 1993-1-8 Liitokset 1993-1-10 Sitkeys EN 1993 Terässillat 1993-1-12 Korkealuj. 1993-1-1 Yleinen 1993-1-7 Levyrak. 1993-1-9 Väsyminen 1993-1-11 Köydet 1994-2 Liittosillat EN 1994 Liittosillat 1994-1-1 Yleinen Silta-NA tehty Toteuttaminen 1995-2 Puusillat EN 1995 Puusillat 1995-1-1 Yleinen EN 1997 Geotekniikka 1997-1 Geotekn. 1 1997-2 Geotekn. 2 Materiaaliosat MATERIAALIKOHTAISET TOTEUTTAMISEN AIKAISET STANDARDIT BETONI - EN 13670, TERÄS - EN 1090 18.10.2011 / Heikki Lilja, Finnish Transport Agency
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)
Liikenneviraston soveltamisohjeet NCCI -sarja Soveltamisohjeita on tehty vuodesta 2008 9 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 1 2 4 5 7 3. Versio 5.9.2014 3. Versio 16.9.2014 2015 1. Versio 17.6.2013 2. Versio 7.11.2013 Rakentamisohjeet: NCCI T Teräsrakenteiden toteuttaminen Liikenneviraston kohteissa InfraRYL Yleiset/Betoni/Puu/Varusteet/Geotekniikka SILKO-ohjeet
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. 20.8.2014 / Heikki Lilja
PUUSILLAT & EUROKOODIT - EI DRAMAATTISIA VAIKUTUKSIA 1995-2 Puusillat EN 1995 Puusillat 1995-1-1 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 18.10.2011 / Heikki Lilja, Finnish Transport Agency
PUUSILTOJEN MITOITTAMINEN KUORMAT: Pysyvä Lyhytaikainen Keskipitkä Hetkellinen Kuormat ja kuormitusyhdistelyt: NCCI 1 (SFS-EN 1990 ja SFS-EN 1991) 20.8.2014 / Heikki Lilja
PUUSILTOJEN MITOITTAMINEN LUONNONKUORMAT (+ ONNETTOMUUSKUORMAT): Kuormat ja kuormitusyhdistelyt: NCCI 1 (SFS-EN 1990 ja SFS-EN 1991) a T = 5x10-6 Kosteusvaihtelut: NCCI 5 kohta 3.8.1 - rakenteellinen suojaus - kresoottikyllästys 20.8.2014 / Heikki Lilja
Ajoneuvoliikenteen kuormat Ajoneuvoasetuksen sallimat yhdistelmien kokonaispainot v. 1975 Moottoriajoneuvoasetus: Maa 75 = 42 tonnia v. 1990 Ajoneuvoasetus: AA90 = 60 tonnia v. 2013 Ajoneuvoasetus AA13 = 76 tonnia 01/03/2015 10
Modernit kuormat Lk1/Ek1, NCCI 2010, NCCI 2014 AA 2013 AA 90 1950-1970 kuormat (AI, AII, Ak1/Ek1) Maa 75 1920-1940 kuormat (9t, 12t) 01/03/2015 11
Uusien tiesiltojen kuormat v. 2014 (LM 1, LM 3) (Eurokoodit) (Ajoneuvoasetuksen vaikutukset) LM 1: 60+60 tonnin kuormakaaviot ja 900 / 600 / 300 kg/m 2 tasainen kuorma LM 1-2014 (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 01/03/2015 12
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 01/03/2015 13
Kuormien yhdistely 01/03/2015 14
Kuormien yhdistely NCCI 1 Yhdistelytaulukot korvaavat kymmeniä sivuja standarditekstiä (SFS-EN 1990, Annex A2) 01/03/2015 15
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 01/03/2015 16
01/03/2015 17
Käyttöiät Siltojen suunnittelukäyttöikä, ellei hankekohtaisesti toisin vaadita: betonisillat terässillat puusillat teräsputkisillat 100 vuotta 100 vuotta 50 vuotta 50 vuotta 2100 2080 2060 2040 2020 1980 1960 1940 1920 1900 Siltojen keskimääräiset valmistumisvuodet ja suunnittelukäyttöikään perustuva purkuvuosi 2075 2075 1975 1975 1979 2029 1922 2022 2000Teräsbet. Teräks. Puusillat Kivinen Jbet. Sk.teräks. Putket Kaikki sillat 1990 2090 1981 2081 1988 2038 1979 01/03/2015 18
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 01/03/2015 19
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 01/03/2015 20
Säilyvyys Kyllästys - A-luokka - kreosootti tai suolakyllästys - myös työstetyt pinnat käsiteltävä Metalliosat - rst tai kuumasinkitys 01/03/2015 21
SÄILYVYYS 28.11.2013 / Heikki Lilja 01/03/2015 22
Laakerointi Laakereina käytetään tavallisesti kumilevylaakereita => EN 1337-3 Lyhyillä jännemitoilla voi käyttää myös yksikerroslaakereita Kannen omapaino pieni ankkurointitarve liukupinnat 01/03/2015 23
LAAKEROINTITARVE? Dalen kevyen liikenteen silta Norjassa: - kannen pituus 99m - molemmat päädyt kiinni maatuissa - laakerina lankku 50x200 01/03/2015 24
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! 01/03/2015 25
- 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 01/03/2015 26
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 01/03/2015 27
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 01/03/2015 28
Rakennetyypit Ansassillat nurjahdustuenta Kaarisillat nurjahdustuenta Ristikkosillat Puristussauvojen nurjahdus Vetotangolliset tai riippusillat Vetotankojen liitokset 01/03/2015 29
Rakennetyypit Puukantiset teräspalkki- tai ristikkosillat Puu-betoniliittorakenteet Vähän käytetty Liitokset työläitä 01/03/2015 30
Rakennetyypit Alusrakenteet: - niskapalkit - puupaalut - liimapuupilarit 01/03/2015 31
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 01/03/2015 32
Poikittain jännitetyn puusillan toiminta Poikittaisella jännittämisellä saavutettavat edut: - kitkavoima pitää kannen yhdessä ja parantaa kuormien jakautumista - puristusvoima lisää kannen poikittaista jäykkyyttä 01/03/2015 33
Jänteinä käytetään tavallisesti kuumasinkittyjä tankoja (Dywidag) Jännevoiman häviöt 20-60% EN 1995-2: Häviöt: 65% => Minimijännitystaso 1MN/m² => häviöiden jälkeen 0.35MN/m² Häviöihin vaikuttaa: - kosteusvaihtelut - uudelleenjännitysaikataulu - jännitystaso - liiallinen jännittäminen kasvattaa häviöitä! 01/03/2015 34
Eurokoodi 1995-2: Rakennemalli: ortotrooppinen laatta- tai arinamalli - poikittainen jäykkyys suhteellisen pieni - esijännitys ei riitä saamaan koko poikkileikkausta puristetuksi 01/03/2015 35
Eurokoodi 1995-2: Kitkakerroin: Eurokoodin kitkakerroinarvot ovat hyvin konservatiivisia. 01/03/2015 36
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 01/03/2015 37
Kiitos 01/03/2015 38