Jälkijännitetyn rakenteen vaurionsietokyky Betonitutkimusseminaari, Messukeskus 2.11.2016
Tutkimushanke: Jännepunosvaurion vaikutus betonisen sillan rakenteelliseen turvallisuuteen Osana Liikenneviraston ja Tampereen teknillisen yliopiston Elinkaaritehokas rata: osa 9: Sillat tutkimusohjelmaa. Tausta: Jännitetyt sillat Suomessa rakennettu pääosin 1970-luvun jälkeen Suuria siltoja Maailmalla havaittu puutteita ja ongelmia jänneterästen pitkäaikaiskestävyydessä Tavoitteet: Selvittää JB-rakenteen toimintaa ja vaurionsietokykyä tilanteissa, joissa osa jänneteräksistä on vaurioitunut tai katkennut Kehittää olemassa olevien jännitettyjen siltojen kantavuuden arviointiin soveltuvia menetelmiä Mahdollisesti vaikutusta myös uudissuunnitteluun 2
Sisältö Vaurionsietokyky yleensä Jänneterästen vaurioituminen Jännitetyn rakenteen vaurionsietokyky ja laskennallinen menetelmä 3
Vaurionsietokyky yleensä Rakenteen toiminnan varmistaminen yllättävissä tilanteissa, joita ei voida suunnittelussa riittävästi ennakoida Poikkeamat suunnittelussa ja toteutuksessa Materiaalien turmeltuminen Onnettomuus Rakenteen väärinkäyttäminen Vaurionsietokyvyn vaikutus turvallisuuteen: Lähestyvä murto on mahdollista havaita Rakenteen käytön lopettaminen Toimet vaikutusten minimoimiseksi (evakuointi, kuorman vähentäminen, tukeminen) Vaurionsietokyky varmuus Riittävä kapasiteetti vaurionsietokyky 4
Jänneterästen vauriot Epäonnistuneen injektoinnin aiheuttamia jännevaurioita on havaittu maailmalla 80 luvulta lähtien Ongelmana tyhjätilat suojaputken sisällä ja injektointilaastissa käytetyt kloridit Lisäksi tietyt teräslaadut erityisen herkkiä säröilemään korroosion vaikutuksesta Joitakin siltoja on sortunut ja useita siltoja on täytynyt korjata tai uusia 5
Jännitetyn rakenteen vaurionsietokyky poikkileikkaustasolla Jänneteräkset määräävinä Injektoinnin onnistuminen avainasemassa Korroosiosuoja jänneteräksille (lujuus, kapasiteetti) Tartunta (sitkeys, voiman välittyminen) Rakenteen kyky jakaa poikkileikkauksessa voimia vaurioituneilta rakenneosilta ehjille ja ehjien riittävä kapasiteetti vastaanottaa näitä Rinnakkaisen systeemin vetoketjumainen murto hauraiden elementtien tapauksessa. Ap As 6
Katkennen jänneteräksen vaikutus vetoketjumaiseen murtoon Luotettavuusindeksi β Ehjällä rakenteella β=3.8 1. jännekulun katkeaminen 5JK β=3.8 2.14 (166xP.F.int) 10 JK β=3.8 2.94 (15xP.F.int) Katkenneita jännekulkuja 7
Menetelmä jännitetyn poikkileikkausen vaurionsietokyvyn arviointiin Suomalaisessa rakentamistavassa jälkiinjektoidut punokset rakenteen sisällä vaikeasti suoraan tarkastettavissa Epäsuora laskennallinen menetelmä vaurionsietokyvyn arvioimiseen Vastaava käytössä myös esim. Saksassa sikäläisille rakenteille Perustuu jännitetyn rakenteen halkeilun havainnoimiseen jännekulkujen vaurioitumisen merkkinä: Yksinkertaistettuna: 1) Tutkitaan kuinka paljon jänneterästä pitää poistaa, jotta vedetyssä pinnassa esiintyy halkeilua tavallisella yhdistelmällä 2) Selvitetään murtokapasiteetti tällä teräsmäärällä ja verrataan harvinaisen yhdistelmän aiheuttamaan rasitukseen. 8
Vaurionsietokyky ja tavoiteluotettavuus Tavoiteluotettavuustaso rakennesoille olemassaolevissa rakenteissa Paikallinen vaikutus + sitkeä käyttäytyminen Paikallinen vaikutus + jälkikriittinen kapasiteetti Paikallinen vaikutus + huon. Hav Epätodennäköinen globaali vaikutus + sitkeä käyttäytyminen Epätodennäköinen globaali vaikutus + jälkikriittinen kapasiteetti Epätodennäköinen globaali vaikutus + huon. Hav Globaali romahdus + sitkeä käyttäytyminen Globaali romahdus + jälkikriittinen kapasiteetti Globaali romahdus + huonosti ennalta havaittavissa 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 *Laskettu Canadian Standards Association ASSOCIATION (CSA). Existing Bridge Evaluation to CSA Standard CAN/CSA-S6-88, Design of Highway Bridges mukaisesti. 9
Jännitetyn siltarakenteen vaurionsietokyky järjestelmätasolla Vaurionsietokykyä parantavia tekijöitä Staattinen määräämättömyys + riittävä muodonmuutoskyky Monipalkkisuus Jännepunosten tartunta Jännekulkujen suuri määrä Pehmeän teräksen määrä Terästen sitkeys ja myötölujittuminen Vaurionsietokykyä heikentäviä tekijöitä Yksiaukkoisuus Tartunnattomat jänteet Hauraasti käyttäytyvät rakenneosat Matala varmuustaso yleensä 10
Päätelmät Jännitetty rakenne voi olla vaurionsietokykyinen, vaikka jokin osa jänneteräksistä käyttäytyisi hauraasti. Vaurionsietokyvyn tarkastelulla jännitetyissä rakenteissa pyrittävä tarkastelemaan, että jonkin tapahtuman seuraukset eivät ole suhteettoman suuret tämän aiheuttaneeseen tapahtumaan nähden. Olemassa olevien rakenteiden vaurionsietokyvyn arvioinnilla on suora vaikutus vaaditun tavoiteluotettavuuden määräytymiseen ja sitä kautta vaadittaviin toimiin rakenteen turvallisuuden takaamiseksi. Uudissuunnittelussa vaurionsietokyky on mahdollista ottaa paremmin huomioon reunaehtojen vähäisemmän lukumäärän ansiosta 11
Kiitoksia! Kysyttävää? 2.11.2016 12
Kuvalähteet Tendon failure raises questions about grout in posttensioned bridges,civil Engineering, November 2007 Wang, L., Zhang, X., Zhang, J., Ma, Y., Xiang, Y., Liu, Y., 2014. Effect of insufficient grouting and strand corrososion on flexural behavior of PC beams. construction and Building Materials 53 (2014) p. 213-224. Zghayar, E.E. et. Al. Secondary anchorage in post-tensioned Bridge. ACI Structural Journal, July/August 2013 Trejo, D et. Al. Parameters influencing corrosion and tension capacity of post-tensioning strands. ACI Materials Journal March/April 2009 Federal Highway Administration, Office of Research, Development, and Technology: Infrastructure Research and Development. 2013. Guidelines for Sampling, Assessing, and Restoring Defective Grout in Prestressed Concrete Bridge Post-Tensioning Ducts. Publication no. FHWA-HRT-13-028 13