Teräsbetonisen ulokelaattasillan (BUL) suunnitteluohje

Teräsbetonisen ulokelaattasillan (BUL) suunnitteluohje 1 DI TUOMO JÄRVENPÄÄ PONVIA OY Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy

Sisältö: Yleistä Suunnitteluperusteet Kansirakenne Alusrakenteet Mitoitus Raudoitus Peruslaatta Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 2

Yleistä: Yleinen siltatyyppi. Tyypillisesti alikulkukäytävinä risteyksen tuntumassa. Vuodessa rakennetaan muutamia kymmeniä BUL siltoja. Aikaisemmat suunnitteluohjeet vuosilta 1986 ja 2004. Aiemmin: Jm 10-18m, HL=7,5-12,5m / Nyt Jm 8-20m, HL6,0-18,5m. Päivitystarve: Normimuutos: Päivitys Eurokoodin mukaiseksi. NCCI1/NCCI2/NCCI7 Soveltuvuus useimmille silloille (~80%): vinous, HL muutos, alusrakenteet. Uusi tyyppisiltaohje ei sisällä piirustuksia. Tyyppisiltaohje ei sisällä varsinaisia tyyppipiirustuksia vaan antaa riittävän yksityiskohtaiset ohjeet sillan mitta- ja raudoituspiirustusten laatimiseksi. --> Ei tarvita rakennemallia. Peruslaatta+pilari: Koko silta voidaan tehdä ohjeen mukaisesti ilman rakennemallia. Paalut+pilari: kansirakenne ohjeen mukaisesti. Alusrakenne mitoitetaan tapauskohtaisesti. Laskelmat on pääosin tehty ja ohjeen tekstiosiota työstetään. Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 3

Suunnitteluperusteet: Jännemitta: 8,0-20,0 m Hyötyleveys: 6,0-18,5 m (maks. muutos 15%/2m) Vinous: < 22 gon ~20 (ennen 11 gon) Vaakakaarevuus R>150m. Ei laakereita Alusrakenne: pilari+peruslaatta/paalu Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 4

Kansirakenne: Betoni C35/45 Hoikempi kansi, lävistyskapasiteetti, jännitysrajat HL 6,0-12,5m = 2 pilari / tukilinja HL 12,5m-18,5m = 3 pilaria / tukilinja Kansilaatta tasapaksu tai keskelle paksuneva. Suora tai vino päätypalkki. Korkeus maks 2.5m. Kolmiomainen siipimuuri 3/3,5m. Keskeiset mitat taulukoitu: B, h, reunaviiste Reunaviisteen kaltevuus pääosin 1:3. Vaihteluväli 1:1-1:3. Korkea tai matala reunapalkki Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 5

Kansirakenne Kannen rakennepaksuus HL=6,0m-12,5m (2 pilaria) Rakennepaksuus h [m] 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 HL=12,5m HL=10,5m HL=9,0m HL=6,0-7,5m 0,60 0,55 0,50 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Jännemitta [m] Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 6

Kansirakenne Kansilaatan paksuus riippuu jännemitan lisäksi hyödyllisesti leveydestä. Paksuus pysyy vakiona kun jännemitta on tarpeeksi pieni. Esim. HL 12,5m / JM 20m = 1,1m (2 pilaria) HL 12,5m / JM 20m = 0,9m (3 pilaria) Kannen rakennepaksuus HL=12,5m-18,5m (3 pilaria) Rakennepaksuus h [m] 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 HL=18,5m HL=17,0m HL=15,5m HL=14,0m HL=12,5m 0,60 0,55 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Jännemitta [m] Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 7

Alusrakenne: Pilari+peruslaatta (tyypillisin): Pilarin betoni C30/37 L=4-6m (ennen > 5m) D=800mm kun Jm<14m D=900mm kun Jm>14m Pilari raudoitus on taulukoitu. Peruslaatan koko ja raudoitus suunnitellaan ohjeen mukaisesti. Ohjeessa annetaan tarvittavat voimasuureet. Lävistys, kantavuus, liukuminen, painuma, terästys. Pilari+paalu: Alusrakenteet suunnitellaan tapauskohtaisesti. Pilarin halkaisija ohjeen mukaan. Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 8

Mitoitus: Liikennekuormat: LM1, LM3 / 5.9.2014 Keskipako-, jarrutus- ja törmäyskuormat (1100kN). Taustatäyttö: Painumaero: Kaide: Lisäpäällyste: 5m siirtymälaatta Passiivipaine Lämpötilakuormat γ=21 kn/m 3, ϕ = 38 Voi olla missä päin suomea tahansa. Tuulikuormat 10mm tukilinjojen välillä 10kN/m (noin 1,5m korkea melukaide) 1,2kN/m² (160mm pintarakenne) Kuormien redusointi, tukimomentin levitys, Vääntömomentin Mxy huomiointi NCCI2 mukaisesti. Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 9

Mitoitus: Pelkästään HL/JM yhdistelmistä 70 rakennemallia. Jm: 8/10/12/14/16/18/20 Hl: 6,0/7,5/9,0/10,5/12,5 (2pil/3pil)/14,0/15,5/17,0/18,5 Vinous: suora / vino 10 / vino 20 Tuki: pilari 4m / pilari 6m / paalut Kansi: tasapaksu / paksumpi keskeltä Kansi: HL muuttuu Satoja rakennemalleja Tukimomenttien tasaus Pilarin halkaisija Laatan tehollinen korkeus Momentti tasataan leveydelle Pituussuuntaisen tukimomentin tasaus Mx(T): Reunatuen etäisyys keskeltä Pyöreän pilarin M-N yhteisvaikutusdiagrammi (SFS-EN 1992-1-1 / NCCI2): Kohde: BUL, Jm=16-20m, yläpää, 6m Betoni: Betoniteräs: Tankojen lukumäärä: Tangon halkaisija: Terästen jakovälit: Teräsrivin keskikohdan etäisyys 1. kerroksen terästen keskeltä: 1. kerros 2. kerros 3. kerros Poikkileikkaustiedot: Tasatut momentit: Keskituen kohta: Reunatuen kohta: < 6% MRT KRTa KRTb KRTc = vihreä = violetti = vaal. sininen = punainen Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 10

Mitoitus: Mitoitus oli haasteellista rakennemallien lukumäärän ja tästä johtuvan valtavan tietomäärän takia. Pitkälle automatisoitu prosessi: Automaattinen rakennemallien muokkaus (Lusas+VBScript) -> Laskenta -> Laskentamallin tulokset Exceliin tulosten automaattinen poiminta laskentapohjiin (Excel+VBScript) Voimasuureet Betoni Betonipeite Teräkset 1.krs Teräkset 1.krs Teräkset 1.krs Teräkset 2.krs Pur.teräkset Käyttöasteet HL [m] Jm h b MRT KRTa KRTb KRTc fck Kohta f cnom F tt F pt F kk F kk n [m] [m] [m] [knm] [knm] [knm] [knm] [MPa] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] n F kk [mm] [mm] n F kk väli [mm] [mm] kk cnom.c F tt F pt n [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] MRT KRTa KRTb KRTc 18.5 20 1.05 1.00 Mx(B) max -2444-1933 -1700-1394 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 200 40 5 16 200 40 0 20 5 100 % 63 % 76 % 82 % 100 % 17.0 20 1.00 1.00 Mx(B) max -2377-1882 -1644-1328 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 200 40 5 16 200 40 0 20 5 100 % 65 % 81 % 85 % 100 % 15.5 20 0.95 1.00 Mx(B) max -2257-1789 -1553-1240 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 200 40 5 16 200 40 0 20 5 100 % 66 % 84 % 85 % 100 % 14.0 20 0.90 1.00 Mx(B) max -2201-1746 -1503-1171 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 25 300 40 3 16 200 40 0 20 5 100 % 68 % 91 % 89 % 100 % 12.5 20 0.90 1.00 Mx(B) max -2276-1806 -1545-1173 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 25 300 40 3 16 200 40 0 20 5 100 % 71 % 94 % 92 % 100 % 12.5 20 1.10 1.00 Mx(B) max -2938-2319 -2013-1588 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 25 200 40 5 16 200 40 0 20 5 100 % 67 % 82 % 88 % 100 % 10.5 20 1.05 1.00 Mx(B) max -2892-2284 -1961-1500 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 25 200 40 5 16 200 40 0 20 5 100 % 70 % 88 % 91 % 100 % 9.0 20 1.00 1.00 Mx(B) max -2923-2307 -1957-1439 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 25 150 40 7 16 200 40 0 20 5 95 % 70 % 95 % 87 % 92 % 7.5 20 1.00 1.00 Mx(B) max -3019-2383 -2002-1419 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 25 150 40 7 16 200 40 0 20 5 98 % 73 % 98 % 90 % 91 % 6.0 20 1.00 1.00 Mx(B) max -3221-2540 -2106-1407 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 25 150 40 7 16 200 40 0 20 5 100 % 78 % 100 % 96 % 90 % 18.5 18 0.95 1.00 Mx(B) max -1839-1452 -1256-980 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 25 400 3 20 400 40 3 16 200 40 0 20 5 94 % 63 % 73 % 80 % 94 % 17.0 18 0.90 1.00 Mx(B) max -1785-1411 -1211-926 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 25 400 3 20 400 40 3 16 200 40 0 20 5 94 % 65 % 78 % 83 % 94 % 15.5 18 0.85 1.00 Mx(B) max -1699-1346 -1146-862 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 25 400 3 20 400 40 3 16 200 40 0 20 5 93 % 66 % 82 % 84 % 93 % 14.0 18 0.80 1.00 Mx(B) max -1655-1312 -1107-808 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 25 400 3 20 500 40 2 16 200 40 0 20 5 96 % 71 % 90 % 91 % 96 % 12.5 18 0.80 1.00 Mx(B) max -1687-1339 -1123-801 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 25 400 3 20 500 40 2 16 200 40 0 20 5 94 % 73 % 92 % 93 % 94 % 12.5 18 1.00 1.00 Mx(B) max -2227-1755 -1500-1123 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 500 40 2 16 200 40 0 20 5 96 % 67 % 78 % 87 % 96 % 10.5 18 0.95 1.00 Mx(B) max -2209-1742 -1470-1056 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 500 40 2 16 200 40 0 20 5 95 % 71 % 84 % 92 % 95 % 9.0 18 0.90 1.00 Mx(B) max -2234-1762 -1466-1005 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 500 40 2 16 200 40 0 20 5 99 % 77 % 94 % 99 % 96 % 7.5 18 0.90 1.00 Mx(B) max -2273-1793 -1481-977 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 500 40 2 16 200 40 0 20 5 100 % 78 % 96 % 100 % 93 % 6.0 18 0.90 1.00 Mx(B) max -2510-1979 -1612-997 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 20 200 40 5 16 200 40 0 20 5 100 % 80 % 100 % 96 % 82 % 18.5 16 0.85 1.00 Mx(B) max -1356-1068 -904-657 35 2.3 45 12 16 32 200 5 25 400 3 20 400 3 0 16 200 40 0 20 5 95 % 69 % 72 % 87 % 95 % 17.0 16 0.80 1.00 Mx(B) max -1308-1032 -866-614 35 2.3 45 12 16 32 200 5 25 400 3 20 400 3 0 16 200 40 0 20 5 95 % 72 % 77 % 91 % 95 % 15.5 16 0.75 1.00 Mx(B) max -1231-974 -810-564 35 2.3 45 12 16 32 200 5 25 400 3 20 400 3 0 16 200 40 0 20 5 93 % 73 % 82 % 92 % 93 % 14.0 16 0.70 1.00 Mx(B) max -1191-943 -777-520 35 2.3 45 12 16 32 200 5 25 400 3 20 400 3 0 16 200 40 0 20 5 97 % 77 % 90 % 97 % 92 % 12.5 16 0.70 1.00 Mx(B) max -1219-966 -792-516 35 2.3 45 12 16 32 200 5 25 400 3 20 400 3 0 16 200 40 0 20 5 100 % 79 % 92 % 100 % 91 % 12.5 16 0.90 1.00 Mx(B) max -1605-1263 -1058-740 35 2.3 45 12 16 32 200 5 25 400 3 25 400 3 0 16 200 40 0 20 5 94 % 71 % 75 % 92 % 94 % 10.5 16 0.85 1.00 Mx(B) max -1618-1275 -1054-701 35 2.3 45 12 16 32 200 5 25 400 3 25 400 3 0 16 200 40 0 20 5 100 % 78 % 83 % 100 % 95 % 9.0 16 0.80 1.00 Mx(B) max -1633-1287 -1050-659 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 25 400 3 0 16 200 40 0 20 5 96 % 76 % 90 % 96 % 83 % 7.5 16 0.80 1.00 Mx(B) max -1688-1331 -1077-647 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 25 400 3 0 16 200 40 0 20 5 99 % 78 % 93 % 99 % 81 % 6.0 16 0.80 1.00 Mx(B) max -1812-1428 -1142-642 35 2.3 45 12 16 32 200 5 32 400 3 32 400 3 0 16 200 40 0 20 5 96 % 77 % 96 % 94 % 71 % Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 11

Kansi, raudoitus: - Kansilaatan raudoituksesta on näytetty muutamia periaatekuvia, joissa on esitetty taulukoissa esitetyt teräspositiot, jakoalueet ja katkaisukohdat. - Suunnittelija piirtää varsinaiset raudoituskuvat tai mallintaa sillan raudoituksen taulukoissa esitettyjen tietojen perusteella. - Oheisessa kuvassa sillan sivukuva, missä on esitetty sillan pituus- ja poikkisuuntaiset teräkset. - Esim alapinnan pitkittäiset teräkset. Pos 3,4,5,6 ks. seuraava sivu. Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 12

Kansi, raudoitus: HL [m] Jm [m] h [m] φ [mm] 3 4 5 6 kk [mm] φ [mm] kk [mm] k1 [m] φ [mm] kk [mm] Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 13 k1 [m] j1 [m] φ [mm] kk (j1) [mm] kk (j2) [mm] 18,5 20 1,05 32 200 32 400 0,50 32 400 2,00 * 20 150 300 3,50 4,8 18,5 18 0,95 32 200 25 400 1,00 25 400 2,50 * 20 250-4,00 4,0 18,5 16 0,85 32 200 20 400 1,50 20 400 3,00 * 20 400-3,50 3,2 18,5 14 0,75 25 200 20 400 1,00 20 400 2,00 * 20 300-3,00 2,7 18,5 12 0,70 25 200 16 400 1,25 16 400 2,25 * 16 500-3,50 1,5 18,5 10 0,70 20 200 16 400 1,00 16 400 1,75 * 16 400-2,00 4,0 18,5 8 0,70 16 200 16 400 1,00 16 400 2,00 2,4 - - - - - k1 [m] j1 [m] - Taulukoissa esitetään eri HL/JM yhdistelmille terästen halkaisijat, jakovälit, jakoalueet ja katkaisukohdat.

Kansi, raudoitus: Vinossa sillassa raudoitus on aina kohtisuoraan pituussuuntaan nähden. Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 14

Kannen raudoitus: Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 15

Pilarit: Vastaavalla tavalla kuin kannen tapauksessa pilarista on esitetty periaatepiirustus, jossa on esitetty taulukoissa kerrotut positiot. Varsinaiset teräsmäärät on taulukoitu 4m/6m pilareille. Väliarvot interpoloidaan. 3 tukea / tukilinja HL=12,5-18,5 2 tukea / tukilinja HL=6,0-12,5 Pilareiden betoniteräsmäärät (positiot 1-5) 4m/6m korkeille pilareille. Jm Pilarin Ø Pos. 1 Pos. 2 Pos. 3 Pos. 4 Pos. 5 [m] [m] 4m 6m 4m 6m 4m-6m 4m a1 [m] 6m a1 [m] 4m a1 [m] 6m a1 [m] 20 0.9 19 T32 21 T32 - - 12 T32 12 T32 2.1 12 T32 2.6 14 T32 1.6 12 T32 1.6 18 0.9 16 T32 18 T32 - - 12 T32 12 T32 1.8 12 T32 2.3 12 T20 1.6 12 T20 1.6 16 0.9 13 T32 18 T32 - - 12 T32 12 T32 1.6 12 T32 2 - - - - 14 0.8 16 T32 20 T32-10 T32 12 T32 12 T20 1.1 12 T25 1.7 - - 8 T16 1 12 0.8 16 T32 20 T32-10 T32 12 T32 12 T20 1.1 12 T20 1.5 - - - - 10 0.8 16 T32 20 T32-10 T32 12 T32 12 T20 1.1 12 T20 1.5 - - - - 8 0.8 16 T32 20 T32-10 T32 12 T32 12 T20 1.1 12 T20 1.5 - - - - 20 0.9 22 T32 22 T32-8 T25 12 T32 12 T32 2.1 12 T32 2.6 16 T32 1.6 18 T32 1.6 18 0.9 19 T32 22 T32 - - 12 T32 12 T32 1.8 12 T32 2.3 8 T32 1.6 10 T32 1.6 16 0.9 16 T32 21 T32 - - 12 T32 12 T32 1.6 12 T32 2 - - 8 T20 1.1 14 0.8 20 T32 20 T32-14 T32 12 T32 12 T25 1.3 12 T32 1.9 - - - - 12 0.8 20 T32 20 T32-14 T32 12 T32 12 T20 1.1 12 T32 1.7 - - - - 10 0.8 20 T32 20 T32-14 T32 12 T32 12 T20 1.1 12 T25 1.7 - - - - 8 0.8 20 T32 20 T32-14 T32 12 T32 12 T20 1.1 12 T25 1.7 - - - - Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 16

Peruslaatta: Peruslaattaa ei ole valmiiksi mitoitettu: mitoituksessa tarvittavat voimasuureet on taulukoitu (lävistysmitoitus, kantokestävyys, painuma) Suunnittelija lisää normaalivoimaan peruslaatan päällä olevan maan painon. Peruslaatta voi olla maan- tai kalliovarainen. Voimasuureet eivät riipu perustustavasta. Kantokestävyys lasketaan sen hetkisten ohjeiden mukaisesti Tällä hetkellä kantavuuden laskenta erilaista jos perustus on suoraan kallionvarainen ohuen murskepatjan päällä paksun murskepatjan päällä/maanvarainen Ohjeessa esitetään esimerkkilaskelma peruslaatan mitoituksesta. HL12,5-18,5m HL6,0-12,5m Suurin tukireaktio Fx Suurin taivutusmomentti Mz MRT KRTa MRT KRTa Jm Fx (MRT) Fx Fy My Mz Jm Fx (MRT) Fy Fy Fx [m] [kn] [kn] [kn [kn [knm ] [m] [kn] 4m 6m My Mz* Mz* 4m 6m 20 4650+(HL-12,5)*390 350 200 700 20 3000+(HL-12,5m)*280 850 400 250 2250 1800 18 4350+(HL-12,5)*360 200 200 450 18 2650+(HL-12,5m)*230 700 350 250 1950 1600 16 4050+(HL-12,5)*330 200 200 200 16 2400+(HL-12,5m)*240 550 250 250 1650 1400 14 3750+(HL-12,5)*280 250 150 350 14 2150+(HL-12,5m)*220 400 150 250 1250 1050 12 3600+(HL-12,5)*250 350 150 550 12 2050+(HL-12,5m)*180 300 100 250 1050 900 10 3500+(HL-12,5)*235 350 150 650 10 1950+(HL-12,5m)*160 200 50 250 900 750 8 3350+(HL-12,5)*220 400 150 750 8 1900+(HL-12,5m)*130 150 50 250 800 700 20 3700+(HL-6,0)*470 350 150 1000 20 2150+(HL-6,0m)*340 900 450 400 2450 2050 18 3400+(HL-6,0)*430 200 150 450 18 1950+(HL-6,0m)*300 750 400 400 2200 1850 16 3200+(HL-6,0)*400 250 100 400 16 1750+(HL-6,0m)*270 650 300 400 1850 1650 14 2950+(HL-6,0)*370 300 100 450 14 1350+(HL-6,0m)*230 450 200 400 1450 1300 12 2700+(HL-6,0)*370 400 100 700 12 1250+(HL-6,0m)*220 350 150 400 1250 1150 10 2600+(HL-6,0)*350 400 100 800 10 1150+(HL-6,0m)*200 300 100 400 1050 1000 8 2550+(HL-6,0)*340 450 100 900 8 1050+(HL-6,0m)*200 200 50 400 950 900 Fx(MRT)x0.77 HL12,5-18,5m HL6,0-12,5m Fx(MRT)x0.79 Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 17

KIITOS! Kysymyksiä? Tuomo Järvenpää / Ponvia Oy 18