TERÄSRAKENTEET 1 T512703 1. YLEISTÄ 1.1 TERÄSRAKENTAMISEN HISTORIAA Metalli alkoi korvata perinteisiä materiaaleja (puu, tiili, kivi) 1700- luvulla. 1800-luvulla tapahtuneeseen kehitykseen johtivat seuraavanlaiset syyt: 1. Raudan jalostamiseen liittyvät keksinnöt tekivät mahdolliseksi riittävän laajan ja edullisen teräksen tuotannon. 2. Metallirakenteiden rationaalinen suunnittelu tuli mahdolliseksi rakenteiden mekaniikan kehittymisen myötä. 3. Aloitettiin järjestelmällinen insinöörikoulutus. 4. Rautatielaitosten perustaminen aiheutti laajan sillanrakennustarpeen. 1
1700-luvun alkupuolelle asti käytettiin valurautaa 1700-luvun lopulla alkoi takoraudan eli keittoraudan valmistus kehittyi takomisen korvaava valssaustekniikka (=> rakenteissa tarvittavia tankoja ja levyjä) lieskauunimellotus korvattiin konvertterilla (Bessemer 1855, puhallettiin ilmaa sulan raudan läpi) => edullista terästä rakenteisiin Liittämistekniikan kehitys Niittiliitokset niittaamalla palkkiprofiileja levyistä ja kulmateräksistä puristussauvoja kahdesta U-tangosta niittamalla yhteen sidelevyin tai kahden leveälaattatangon avulla myöhemmin korvattu ruuvi- ja kitkaliitoksin 2
Hitsausliitokset kaarihitsaus kehittyi 1920- ja 1930 luvuilla hitsaus käytettiin pitkään vain niittien korvikkeena hitsattujen liitosten ongelmana sitkeyden puute hitsattuun liitokseen liittyvät geometriset viat, metallurgiset muutokset ja jäännösjännitykset suurta ammattitaitoa ja laadunvarmistusta muita haittoja vähäinen dynaaminen vaimennus ja integroitu rakenne, jossa liikkeelle lähtenyt murtuminen ei helposti pysähdy Rakenteiden mekaniikan kehitys 1700-luvulle asti perittyä ammattitaitoa Stevin (holl.) keksi voimakolmion 1600- luvun alussa Galilei tutki vedetyn sauvan, ulokepalkin ja kaksitukisen palkin kantokykyä Hooke havaitsi rakenteen siirtymän ja sen kuormituksen välillä vallinneen lineaarisen riippuvuuden 3
Cauchy esitti 1822 murtolujuuden käsitteen Cauchy sovelsi oivallustaan materiaalialkion jännitystilan kuvaamiseen Navierilta 1800-luvun alussa ratkaisu palkin taivutusmomentin ja käyristyssäteen väliselle riippuvuudelle Saint-Venant otti huomioon palkin leikkausjännitykset, sekä esitti palkin taivutusjännitysten epälineaarisesta jakaantumisesta myötörajan yli kuormitetussa tilassa 1.2 TERÄSRAKENTEIDEN KÄYTTÖ Talonrakennusalalla: (yksikerroksiset) teollisuusrakennukset, varastot ja vastaavat (pitkät jännemitat) nykyisin myös liike- ja toimisto-rakennuksissa, myös asuinrakennuksissa 4
korkeat pilvenpiirtäjät (runkorakenteen painon merkitys) Sillanrakennuksessa vesistösiltoina tieliikenteessä vesistösiltoina rautatieliikenteessä risteyssillat eritasoristeyksissä kevyen liikenteen sillat tyyppeinä palkkisillat (alle 150m), vinoköysisillat (alle 300m), riippusillat (alle 1500m), kaarisillat ja ristikkosillat lisäksi liittopalkkisillat 5
6
7
Vesirakennusala kanavien sulkuportit patojen tulva- ja säännöstelyluukut uittokourujen rakenteet vesiturpiinien tulo- ja imuputket sulkuluukkuineen Kuljetus-, siirto ja varastointitekniikan teräsrakenteita nosturit rakennustyömailla, konepajoissa, voimalaitoksissa, prosessiteollisuudessa, telakoilla, satamissa ja lastauslaitureilla jatkuvatoimisia laitteita massatavaran käsittelyyn kuljetinsillat, putkisillat prosessiteollisuudessa, voimalaitoksilla ja satamissa korkeavarastoissa hyllyt, siilot 8
POHJARAKENTAMISESSA teräspaalut ponttiseinät LISÄKSI säiliöt ja siilot mastot, pylväät ja liikenneopasteet majakat ja merimerkit energiatuotannossa prosessi- ja kemian teollissuudessa on runsaasti erilaisia laitteita ja niiden kannatusrakenteita, joiden rakennusaineena käytetään terästä mainittakoon vielä meritekniikan teräsrakenteet 9