1. No category

OPINNÄYTETY
YÖ - AMM
MATTIKOR
RKEAKOU
ULUTUTKINTO
TEK
KNIIKAN JA
A LIIKENTE
EEN ALA
BM-MA
ATAL
LAPA
ALKIN
N PIIILO
OOLILIIITO
OS
KONSO
Koekuormitus ja tulossten käsittely
TEKIJÄT:
Jerre Pihavaara
Joo
onas Miettine
en
SAVONIA-AMMATTIKORKEAKOULU
OPINNÄYTETYÖ
Tiivistelmä
Koulutusala
Tekniikan ja liikenteen ala
Koulutusohjelma
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Työn tekijä(t)
Jere Pihavaara ja Joonas Miettinen
Työn nimi
BM-matalapalkin piilokonsoliliitos. Koekuormitus ja tulosten käsittely.
Päiväys
22.5.2015
Sivumäärä/Liitteet
29/5
Ohjaaja(t)
Arto Puurula, rakennetekniikan yliopettaja, TkT, ja Juha Pakarinen, päätoiminen tuntiopettaja
Toimeksiantaja/Yhteistyökumppani(t)
Betonimestarit Oy, Insinööritoimisto SRT Oy
Tiivistelmä
Tämä opinnäytetyö on jatkoa Visa Järvisen opinnäytetyöhön BM-matalapalkin piilokonsoliliitos. Lujuuslaskenta ja
koesuunnittelu, 26.5.2014. Järvisen opinnäytetyössä tarkasteltiin uudentyyppistä elementtiliitosta, jossa matala-
palkki tukeutuu piilokonsolin varaan lovipääliitoksella. Liitoksen suunnitteli Insinööritoimisto SRT Oy, ja työn tilaaja
oli Betonimestarit Oy. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli toteuttaa Järvisen opinnäytetyössä suunniteltu koejärjestely ja tehdä suunnitellut murtokuormituskokeet.
Murtokuormituskokeet tehtiin Tampereen teknillisen yliopiston laboratoriossa yhdessä laboratoriohenkilökunnan
kanssa. Kokeista saatiin tulokset Excel-tiedostoina, jotka käsiteltiin luettavampaan muotoon. Kokeista saatuja tuloksia vertailtiin Järvisen opinnäytetyön laskelmiin.
Järvisen opinnäytetyön laskelmissa liitokselle saatu kestävyys oli noin 400 kN. Tekemissämme murtokuormituskokeissa pilarin konsoliosa murtui kokeessa 2 noin 232 kN:n kuormalla, jolloin konsoliosien terästen jännitykset olivat
enimmillään 345 MPa. Palkin konsoliosa murtui kokeessa 4 noin 485 kN:n kuormalla, jolloin konsolin teräksissä
jännitykset menivät myötörajan yli noin 300 kN:n kohdalla. Kuormituskokeiden tuloksista saatiin hyödyllistä tietoa
liitoksen käyttäytymisestä jatkokehitystä varten.
Avainsanat
runkorakenteet, liitokset, palkit, kuormituskokeet
SAVONIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES
THESIS
Abstract
Field of Study
Technology, Communication and Transport
Degree Programme
Degree Programme In Construction Engineering
Author(s)
Jere Pihavaara and Joonas Miettinen
Title of Thesis
Stress testing and result analyzing for BM-palkki Series Low-Beam.
Date
22.5.2015
Pages/Appendices
29/5
Supervisor(s)
Mr Arto Puurula, Principal Lecturer in Structural Engineering, PhD and Mr Juha Pakarinen, Lecturer
Client Organisation /Partners
Betonimestarit Oy, Insinööritoimisto SRT Oy
Abstract
This thesis is a continuation of the thesis Load capacity calculation and design of test arrangement for BM-palkki
Series Low-Beam, 26.5.2014 by Visa Järvinen. Järvinen’s thesis assessed the usability of a hidden concrete corbel
joint between pre-stressed concrete low-beam and a concrete column. The joint was designed by Insinooritoimisto
SRT Oy to be used by Betonimestarit Oy in manufacturing of their BM-palkki series low-beam. In this project the
goal was to implement the test arrangement which was planned in Järvinen’s thesis and to run the load capacity
test.
The load capacity test was made in the laboratory of Tampere University of Technology with the help of the laboratory staff. The results of the test were in an Excel file which we then converted to more readable form. The results from the load capacity test were compared to the calculations of Järvinen’s thesis.
In Järvinen’s thesis the load capacity of the joint was approximately 400 kN. In the load capacity test for this thesis
the console of column broke at 232 kN load in a second test, but steel stresses of console parts did not exceed 345
MPa. Console part of beam broke at 485 kN load in fourth test, but steel stresses of console exceeded the yield
strength at about 300 kN load. The results provided useful information about the behavior of the joint for further
development.
Keywords
skeleton frame, joints, beams, loading test
ESIPUHE
Kiitämme Pauli Oksmania Insinööritoimisto SRT Oy:stä sekä Timo Venhoa Betonimestarit Oy:stä
mielenkiintoisesta insinöörityöaiheesta sekä mahdollisuudesta osallistua käytännön tuotekehitykseen.
Kiitämme Savonia-ammattikorkeakoulun rakennetekniikan yliopettajaa tekniikan tohtori Arto Puurulaa työmme ohjauksesta, arvokkaista kommenteista sekä tutkimustiedon käsittelystä. Kiitämme
myös Tampereen teknillisen yliopiston henkilökuntaa liitoskokeiden ja mittausten suorittamisesta.
Kuopiossa 31.5.2015
Jere Pihavaara
Joonas Miettinen
5 (29)
SISÄLTÖ
1
JOHDANTO ......................................................................................................................... 6
2
MURTOKUORMITUSKOKEEN JÄRJESTELYT ........................................................................... 7
3
KOKEET 1-3 (KEHÄJÄRJESTELMÄ) JA TULOSTEN KÄSITTELY ............................................... 11
4
KOKEET 4 JA 5 (PALKIN KONSOLIOSAN MURTAMINEN) JA TULOSTEN KÄSITTELY................ 19
5
PORANÄYTTEIDEN OTTO JA BETONIN PURISTUSKOKEET ................................................... 25
6
YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET .................................................................................. 28
LÄHTEET ................................................................................................................................ 29
LIITE 1: KOKEEN 1 TERÄSTEN VENYMÄKÄYRÄT
LIITE 2: KOKEEN 2 TERÄSTEN VENYMÄKÄYRÄT
LIITE 3: KOKEEN 3 TERÄSTEN VENYMÄKÄYRÄT
LIITE 4: KOKEEN 4 TERÄSTEN VENYMÄKÄYRÄT
LIITE 5: KOKEEN 5 TERÄSTEN VENYMÄKÄYRÄT
6 (29)
1
JOHDANTO
Työn taustalla on Visa Järvisen opinnäytetyö BM-matalapalkin piilokonsoliliitos. Lujuuslaskenta ja
koesuunnittelu. 26.5.2014. Järvisen työssä suunniteltiin uudenlainen matalapalkin lovipääliitos, laskettiin kuormituskestävyydet kyseiselle liitokselle ja suunniteltiin murtokuormitukseen koejärjestelyt.
Tarkoitus oli myös koekuormittaa liitos ja käsitellä koetulokset, mutta elementtitehtaan työtilanteen
takia tätä ei keretty tekemään Järvisen opinnäytetyössä.
Nyt elementtitehdas on saanut valmistettua koestettavat pilarit ja palkit ja tässä työssä toteutetaan
Järvisen työssä suunniteltu koejärjestely ja suoritetaan murtokuormituskoe. Tuloksia vertaillaan Järvisen opinnäytetyön laskelmiin. Koekappaleista porataan myös koelieriöt, joille tehdään puristuskokeet betonin todellisen puristuskestävyyden selvittämiseksi.
Työn tarkoituksena on selvittää vastaako Järvisen opinnäytetyön laskelmista saadut tulokset ja koekuormituksista saadut käytännön tulokset toisiaan. Toimiessaan liitos olisi taloudellisempi vaihtoehto
teräksisille piilokonsoliliitoksille. Liitoksen kehitys on vielä kesken, joten opinnäytetyössä on piilotettu
tai poistettu kaikki liitoksen rakenteeseen viittaavat osat.
7 (29)
2
MURT
RTOKUORMIITUSKOKEEN JÄRJESTE
ELYT
Tässä luvvussa kerrom
mme minkälaiisen murtoku
uormituskoke
een Järvinen oli työssään
n suunnitellutt sekä
mitä muu
utoksia lopullliseen koejärrjestelyyn tuli. Murtokuormituskokeesssa puristetaa
an liitosta pa
alkin
keskeltä liitoksen murrtoon asti. Allkuperäisen suunnitelman
s
n mukaan keehää oli tarko
oitus testata viidela ja kymmene
ellä pilarilla. Yhteensä ko
okeita varten on valmistetttu kymmene
en palkkia ja
a kaklä palkilla
sikymmentä pilaria. Kuormitusker
K
rtoja olisi tullut yhteensä kaksikymmeentä, joista viisi on kehälle, viisi
a kymmenen pilarille. Koeekappaleita olisi
o kuormite
ettu kolmella eri tavalla. Palkin
P
lovipää
ätä
palkille ja
olisi testa
attu viidellä palkilla,
p
jossaa lovi on vain
n toisessa päässä. Tätä loovipäätä olisi kuormitettu
u teräsosaa vasten.
v
Pilarin konsolia ollisi testattu kymmenellä
k
pilarilla,
p
joillaa olisi testatttu myös kahtta eri
tuotantom
menetelmää.. Viidessä pilaarissa erikseen valettu ko
onsoli on liiteetty valuvaiheessa pilariin
n. Rakennetta testataan myös
m
kehänä,, jolloin palkin molemmisssa päissä on lovipää ja ko
oestettava pilarikonsoli.
oksia ennen koestuspäiviä ja kokeideen aikana. Pä
äätettiin, että
ä väSuunnitelmiin tuli kuittenkin muuto
a
tässä vvaiheessa riitttävän kuvan liitoksen kesstävyydestä ja
j kehitystarrpeishempikin koemäärä antaa
mmäiset kolm
me koetta tesstattiin kehäjjärjestelmänä
ä, eli
ta. Loppujen lopuksi tehtiin viisi kkoetta. Ensim
olemmissa pä
äissä on pila ri. Kahdessa viimeisimmä
ässä kokeesssa palkin kon
nsoliosa kuormitetpalkin mo
tiin murto
oon asti teräksisen pilario
osan avulla. Tarkoitus
T
on jatkaa kokeeita tulevaisuudessa joko Kuopiossa tai Tampereella.
t
oli suunniteltu kokkeet tehtäväksi Kuopiossa Savonia-am
mmattikorkea
akoulun tiloisssa.
Järvisen työssä
Savonian
n laboratorion
n remontin taakia kokeet tehtiin
t
kuiten
nkin Tampereeen teknillise
en yliopiston laboratoriossa
a. Koesuunnitelmia täytyyi muokata Ta
ampereen laboratorioon sopiviksi (kuva 1 ja kuva
a 2).
Kuva 1. Kuormituskok
K
keiden 1–3 kkoejärjestely.. Kehäjärjestelmä. (Haaviisto Jukka, TTY)
T
8 (29)
Kuva 2. Kuormituskok
K
keiden 4–5 kkoejärjestely
y. Palkin konssoli murretaaan teräksiselllä pilariosalla
a.
Tunkit mittaavat tukirreaktiota toissessa päässä
ä palkkia. (Ha
aavisto Jukkaa, TTY)
uskokeisiin te
ehtiin myös eetukäteen suu
unnitelmat kuormitustasooille. Kuormittus säädettiin
n maKuormitu
nuaalisessti, joten kuo
ormitus poikkkesi hieman kuormitussuu
k
unnitelman aarvoista. Tark
kemmat kuorrmituksen arrvot näkyvät kuormitukseesta saaduistta tuloksista. Kuormiin tääytyi lisätä tuloksia käsitellessä
myös 2,7
75 kN tunkkia
a kohden, jokka on kuormitusvälikappa
aleiden painoo. Kokeissa 1–3
1 palkin om
ma
paino on 6,3 kN, joten kuormaa ssiitä tulee 3,1
15 kN konsolia kohden. K
Kokeissa 4 ja 5 palkin omapai1 kN, josta 3,7 kN meneee tukiantureillle ja 2,4 kN liitokselle (kuuva 2).
no on 6,1
uormitusta pa
alkkiin ja pilaareihin oli me
erkitty löydettyt halkeamaat punaisella tussilla (kuva 3).
Ennen ku
Halkeama
at tarkistettiin jokaisella kkuormitustassolla, missä pysähdyttiin
p
jja uudet halkeamat merkkattiin
sinisellä tussilla.
t
orman lisäksii terästen ve
enymiä teräkssiin etukäteeen asennetuillla venymäan
ntureilKokeissa mitattiin kuo
ymäantureillaa palkin ja ko
onsolin eri ko
ohdista (kuvaa 3). Tarkemmat anturien
n paila sekä siiirtymiä siirty
kat kerro
otaan erikseen jokaista ko
oetta käsitelle
essä.
okumentoitiin yhdellä vid
deokameralla
a sekä valoku
uvaamalla. Liisäksi tietoa saatiin anturreista
Kokeet do
sekä kirjo
oittamalla mu
uistiinpanoja . Kokeen tulo
okset tallentuivat Excel-ttiedostoihin. Tietokoneen näytöltä pysttyi seuraama
aan reaaliaikaaisesti kuorm
maa sekä antureiden dataaa (kuva 4).
9 (29)
K
liitos. Kuvasssa näkyy tussseilla merkity
yt halkeamatt sekä siirtym
mäantureita. (PihaKuva 3. Koestettava
vaara Jerre)
1 (29)
10
Kuva 4. Kuorman, siirrtymien ja veenymien arvo
oja seurattiin
n tietokoneenn näytöltä. (P
Pihavaara Jerre)
1 (29)
11
3
KOKE
EET 1-3 (KE
EHÄJÄRJEST
TELMÄ) JA T
TULOSTEN KÄSITTELY
Y
äisessä kokee
essa koestetttiin kehäjärje
estelmää. Kuo
ormitussuun nitelma oli te
ehty laskenta
aEnsimmä
kuormaan
n, 450 kN, pohjautuen (kkuvio 1).
Kuvio 1. Ensimmäisen
n kokeen kuo
ormitussuunn
nitelma. Lask
kentakuormaa 450 kN (Ha
aavisto Jukka
a, TTY)
Kuormitu
uksen alku meni suunniteelman mukaa
an. Kuormituss aloitettiin nnostamalla ku
uorma 25 %:n laskentakuo
ormasta 450 kN eli 113 kN
N:iin. Kolmen
n minuutin pidon
p
jälkeenn nostettiin ku
uorma 50 %:n
%
laskentakkuormasta eli 225 kN:iin. Tässä vaihe
eessa pilarin konsoliosasssa oli havaitta
avissa murtu
umisen
merkkejä
ä ja 4 minuuttin pidon jälkkeen kuorman poiston sija
asta kasvateettiin kuormaa suunnitelm
man
mukaisessti. Pääsimme
e tarkastelem
maan halkeam
mat vielä 270
0 kN:n kohdaalla, mutta seuraavassa
s
kuorman nosttossa pilarien
n konsoliosatt murtuivat. Palkki säilyi silmämääräis
s
sesti ehjänä ja
j tätä samaa
palkkia kä
äytettiin kokeessa 3. Enssimmäisen ko
okeen pilarin konsolien keestävyyden johdosta,
j
seu
uraavien koke
eiden kuormiitussuunnitel maa muutetttiin ja lasken
ntakuorman 4450 kN:n sija
asta kuormitustasot pohja
autuivat 200 kN:iin.
1 (29)
12
Kuva 5. Koejärjestely
K
kokeissa 1–
–3 (Pihavaara
a Jere)
a kaksi oli sam
manlaiset ko
oejärjestelyt kuin
k
ensimm
mäisessä kokeeessa, kts ku
uva 5. Ainoa ero on
Kokeessa
kuormitustasoissa, joita päätettiin
n alentaa (ku
uvio 2). Koe eteni
e
kuormittussuunnitelm
man mukaise
esti pi2
kN:n kuormalla.
k
larin konssoliosan murrtoon asti, jo ka tapahtui 232,3
T
ja kolmannen kokkeen kuormittussuunnitelm
ma. Laskentaakuorma 200
0 kN (Haavistto
Kuvio 2. Toisen
Jukka, TT
TY)
essa kokeesssa testattiin m
myös saman
nlaista kehäjä
ärjestelmää kkuin kahdesssa ensimmäissessä,
Kolmanne
mutta täm
män kokeen tuloksissa on
n huomioitav
va, että käytö
össä oli ensim
mmäisen kok
keen palkki. Tietokoneen mukaan
m
antureihin jäi hieeman venymä
ää ensimmäisen kokeen jjälkeen ja an
nturit nollaan
ntuivat
kokeen 3 alkaessa, jo
oten palkin veenymäanturiien tiedot eiv
vät ole luotetttavia. Tässä kokeessa kä
äytet-
1 (29)
13
tiin sama
aa kuormitusssuunnitelmaaa kuin kokee
essa kaksi (ku
uvio 2). Koe eteni kuormitussuunnitelman
mukaisessti 270,9 kN:n, jossa pilarrin konsoliosa murtui.
Liitokselle
e oli laskettu 400 kN:n keestävyys. Kokeiden aikan
na huomattiinn kuitenkin nopeasti,
n
että
ä liitos
ei kestä laskennallisia
a kuormia. Tu
ulokset käsite
ellään kahde
essa osassa. Seuraavaksi käsitellään kolk
umia, koska näissä pilario
osa oli heikooin kappale ja
a jokaisen ko
okeen
men ensiimmäisen kokeen tapahtu
tulokset antavat
a
sama
antyyppisiä ttuloksia. Kuv
vasta 6 nähdä
ään pilariosieen murtotapa
a. Kaikissa ko
olmessa kokeesssa murto ta
apahtui samaalla tavalla. Tietyssä
T
kuormituksen vaiiheessa pilarrin konsoliosa
an
pohja läp
pileikkautuu.
Kuva 6. Kokeen
K
2 mu
urtuneet pilarriosat (Pihava
aara Jere)
Terästen jännitykset on
o laskettu H
Hooken lain avulla,
a
jossa teräksen kim
mmomoduuli E=200 GPa ja
venymä
on saatu venymäanture
v
eista.
(1)
Kaava toiimii teräksen
n myötörajall e saakka. Te
eräksen myöttöraja on Vissan opinnäytetyössä teräksen
vetokoke
eilla rajattu arvoon
550
. Myös
M
liitoksen
n kestävyys ttässä kehityssvaiheessa ra
aja-
taan terä
äksen myötörrajalle vaikkaa liitos kestäisikin enemm
män kuormaaa.
1 (29)
14
ormitus ajan funktiona
Kuvio 3. Kokeen 1 totteutunut kuo
a 1 alkuperäisen kuormitu
ussuunnitelm
man mukaan kuormaa olissi kasvatettu
u ensin 113 kN:n
k
Kokeessa
kautta 22
25 kN:iin ja tämän
t
jälkee n kuormaa olisi
o käytetty pois. Pilarin konsoliosasssa ilmeni kuittenkin
niin suuriia halkeamia (kuva 7), etttä liitos päättettiin ajaa suoraan murttoon. Toteutu
unut kuormittus
nähdään kuviosta 3.
nnitys ylittäää myötörajan kuormalla 287,8
2
Kuvion 3 pisteessä 1 pilarin P-1A. 1 anturin 11 teräksen jän
essä 2 pilarin
n konsoli mu
urtuu kuorma
alla 326,5 kN. Tässä pisteeessä anturin
n 11 teräksen
n vekN. Pistee
nymä on 3,3 ‰. Muiiden terästen
n jännityksett eivät ylitä myötörajaa.
m
K
Kokeiden 1–3
3 terästen an
nturien
nymäkäyrät llöytyvät liitte
eistä 1–3.
paikat ja terästen ven
H
P-1A.1:n pilarikkonsolissa 22
25 kN:n kuorrmituksella kkokeessa 1 (P
Pihavaara Jerre)
Kuva 7. Halkeama
1 (29)
15
Kuvio 4. Kokeen 2 totteutunut kuo
ormitus ajan funktiona
a 2 kuormituss eteni lähess suunnitelma
an mukaisestti murtoon assti. Terästen
n jännitykset eivät
Kokeessa
ylittäneett myötörajaa missään vaiiheessa. Kuv
vion 4 pisteesssä 1 kuormaalla 226,1 kN
N huomataan
n, että
kuorman pysyessä va
akiona konso
oli murtuu. Liitos kuitenkin
n ottaa kuorm
maa vielä va
astaan ja kuo
ormiopettaminen tapahtuu pissteessä 2 kuo
ormalla 232,3
3 kN. Pisteesssä 1 suurin jännitys
j
terä
äksissä
tuksen lo
oli 345,6
palkin anturissa
a
1.
ormitus ajan funktiona
Kuvio 5. Kokeen 3 totteutunut kuo
1 (29)
16
Koe 3 ete
eni kuormitusssuunnitelmaan mukaan 270,9
2
kN:iin asti,
a
jossa koonsoli murtuii. Terästen jä
ännitykset eivvät ylittäneett myötörajaaa. Kuvion 5 pisteessä 1 su
uurin teräkseen jännitykse
en arvo oli 32
25
pilarin P-1A.6 anturisssa 9. Kuten aaikaisemmin jo todettiin, tämän kokeeen palkin terrästen venym
mäarvia, joten niittä ei käsitellä
ä tarkemmin.
vot eivät ole luotettav
äkäyriä. Anturi 9 ei toiminnut tässä kok
keessa.
Kuvio 6. Kokeen 1 pilariosan terässten venymä
äkäyriä. Anturi 12 ei toim inut, eikä tässsä kokeessa
a ollut
Kuvio 7. Kokeen 2 pilariosan terässten venymä
antureita 9 ja 10.
1 (29)
17
äkäyriä. Tässä kokeessa eei ollut anturreita 11 ja 12
2.
Kuvio 8. Kokeen 3 pilariosan terässten venymä
Kuva 8. Kuvioiden
K
6–8 venymäan turien sijaintti (Miettinen Joonas)
Kuvioista 6–8 huomattaan, että pillarin teräkset ovat venyneet huomatttavasti tietyssä pisteessä vaike ole vielä edes
e
teoreetttisella myötörrajalla. Kokeissa 1 ja 2 teeräkset konso
olin yläpinna
assa
ka teräs ei
venyvät noin
n
230 kN:n kuormalla ja kokeessa 3 ne venyvä
ät noin 260 kkN:n kuormalla. Tästä voi päätellä, että
ä pilarin konssoli murtuu p
pohjasta ja kuorma
k
siirtyy
y hetkessä ku
kuvan 8 teräk
ksille.
Kuva 9. Siirtymäantur
S
reiden sijaintti kokeessa 1 (Miettinen Joonas)
J
n konsoliosan
n paiKuvasta 9 nähdään siiirtymäanturiien sijainnit. Anturit 1, 6, 8 ja 10 mitttaavat pilarin
numaa. Anturit
A
7 ja 9 ovat palkisssa konsoliosa
an päällä. Anturit 2, 3, 4 jja 5 ovat pallkin alareuna
assa
teräksisilllä leuoilla.
18 (29)
Liitoksessa palkin lovipään ja pilarikonsolin pohjan väliin on suunniteltu 5 mm:n rako. Kokeessa 1
raoksi mitattiin molemmissa päissä 12 mm. Siirtymäantureiden 7 ja 9 arvoista voidaan määrittää
missä vaiheessa kuormitusta rako on umpeutunut. Anturi 9 oli painunut 12,07 mm 232,7 kN:n
kuormalla ja anturi 7 oli painunut 12,34 mm 252,0 kN:n kuormalla. Kuten kuvasta 7 huomataan, pilarin konsoliosassa oli jo suuret halkeamat ennen kuin palkin lovipää oli painunut pohjaan kiinni.
Kokeessa 2 palkin lovipään ja pilarin konsolin pohjan raoksi mitattiin molemmissa päissä 7,5 mm.
Siirtymäanturien sijainnit olivat samat kuin kokeessa 1 (kuva 9). Anturi 9 oli painunut 7,53 mm jo 91
kN:n kuormalla. Anturi 7 oli painunut 7,5 mm 204,7 kN:n kohdalla.
Kokeessa 3 palkin lovipään ja pilarin konsolin pohjan raoksi mitattiin molemmissa päissä 8,7 mm.
Siirtymäanturien sijainnit olivat samat kuin kokeessa 1 ja 2 (kuva 9). Anturi 9 oli painunut 8,7 mm jo
164,4 kN:n kuormalla. Anturi 7 oli painunut 8,72 mm 189,4 kN:n kohdalla.
1 (29)
19
4
KOKE
EET 4 JA 5 (PALKIN KO
ONSOLIOSA
AN MURTAM
MINEN) JA TULOSTEN
T
K
KÄSITTELY
Tässä kokeessa halutttiin koestaa pelkästään palkin
p
konsoliosaa, joten pilarin konso
oliosaksi valm
misetkeen laskenta
akuorman po
ohjalle,
tiin ylimittoitettu terässosa (kuva 9)). Kuormitusttasot tehtiin palkin ulokke
joka on 400
4 kN (kuvio
o 9). Koe 4 eeteni kuormittussuunnitelm
man mukaann palkin murttoon asti, josssa
palkin liitoksen tukireaktio oli 484
4,7 kN.
T
pilariosa (Pihaavaara Jere)
Kuva 9. Teräksinen
ussuunnitelm
ma. Laskentak
kuorma 400 kN (Haavisto
o Jukka, TTY
Y)
Kuvio 9. Kokeiden 4 ja 5 kuormitu
2 (29)
20
Kuva 10. Kokeiden 4 ja 5 koejärjeestely (Pihava
aara Jere)
yiltään samaanlainen koke
een 4 kanssa
a (kuva 10). K
Koe eteni ku
uormitussuun
nnitelKoe 5 oli koejärjestely
oksen tukireaktio oli 554,8 kN.
man mukkaan kuormaan, jossa liito
m
palkkki (Pihavaara
a Jere)
Kuva 11. Kokeen 5 murtunut
2 (29)
21
Kokeissa 4 ja 5 joudu
uttiin erikseen
n laskemaan tukireaktio liitokselle,
l
kooska palkki oli epätasapaiinossa
ä. Tukireaktiion kasvu aja
an funktiona näkyy kuviooissa 10 ja 11
1.
tuen ja liitoksen välillä
ukireaktio ajaan funktiona kokeessa 4
Kuvio 10.. Liitoksen tu
0 pisteessä 1 teräksen jäännitys anturrissa 1 (kuva 12) ylittää m
myötörajan tu
ukireaktion ollessa
o
Kuvion 10
299,1 kN. Palkin konssoliosa murtu
uu pisteessä 2 tukireaktio
olla 484,7 kN
N. Anturin 1 teräksen
t
ven
nymä
3,02 ‰. Kokkeiden 4 ja 5 terästen ven
nymäkäyrät jja anturien sijainnit
s
näkyyvät
on tässä pisteessä 23
liitteissä 4 ja 5.
ukireaktio ajaan funktiona kokeessa 5
Kuvio 11.. Liitoksen tu
2 (29)
22
Kuvion 11 pisteessä 1 teräksen jäännitys anturrissa 1 ylittää
ä myötörajann tukireaktion
n ollessa 305,3 kN.
k Anturin 1 teräksen ve
enymä on tässsä
Palkin konsoliosa murrtuu pisteesssä 2 tukireakttiolla 554,8 kN.
ä 19,39 ‰.
pisteessä
erästen venyymäkäyriä. Anturi
A
4 ei toiminut tässä kokeessa.
Kuvio 12.. Kokeen 4 te
erästen venyymäkäyriä
Kuvio 13.. Kokeen 5 te
2 (29)
23
Kuva 12. Kuvioiden 12 ja 13 antu rien sijainti (Miettinen
(
Jo
oonas)
Kokeiden
n 4 ja 5 terässten venymäkkäyrät ovat verrattavissa
v
kuvioissa 122 ja 13. Käyrrät ovat lähess yhdenmuotoisia. Niistä huomataan, että molemm
missa kokeisssa ensimmäi senä myötörrajan saavutttaa
(
12). Te
eoreettiset m
myötörajat laskettiin noin 300 kN:n koohdalle, jossa
a myös todelllinen
anturi 1 (kuva
venymäkkäyrä alkaa hieman myöd
dätä.
s
toisena myötörrajan. Teoreettisen myöttörajan ylityss tapahtui 404 kN:n kuorm
malla
Anturi 2 saavuttaa
kokeessa
a 4 ja 390 kN
N:n kuormallaa kokeessa 5.
5 Kuvion 13 anturin 2 käyyrästä nähdä
ään myös kuinka
käyrä läh
htee taipumaan noin 400 kN:n kohdallla.
o
anturitt 3 ja 4 (kuvaa 12) eivät ylittäneet
y
myötörajaa kokkeessa 4. Kok
keessa 5 mentiin
Haoissa olevat
suuremm
mille kuormille
e ja siellä antturi 4 ylittää teoreettisen
n myötörajann kuormalla 534
5 kN.
Kuva 13. Siirtymäantu
urien sijainti kokeessa 4 (Miettinen Jo
oonas)
käyrät näkyväät kuviossa 14.
1 Ne on lasskettu vähenntämällä antu
urien 1 ja 3 kesk
Palkin pään taipumak
n sijainti näky
yy kuvassa 13.
kiarvosta anturin 2 arrvo. Anturien
24 (29)
2
n taipuma ko
okeissa 4 ja 5
Kuvio 14.. Palkin pään
2 (29)
25
5
PORA
ANÄYTTEID
DEN OTTO JA
J BETONIN
N PURISTUS
SKOKEET
p
deksi on ilmo
oittu K60, mutta betonin todellisen puuristuslujuud
den selvittäm
miseksi
Betonin puristuslujuu
jokaisesta
a kokeissa kä
äytetyistä paalkeista ja pilareista otettiin poranäytee (kuva 14 ja
a kuva 15). PilaP
reista saa
atiin helposti otettua koe lieriöt. Palkeista oli haasttavampaa saaada tarpeekssi suuria koe
epaloja
niiden runsaan raudoituksen takiaa. Palkeista porattiinkin
p
tä
ästä syystä kkapeampia lie
eriöitä.
Kuva 14. Poranäytteid
denotto pilarrista ja palkissta (Pihavaarra Jere)
Kuva 15. Poranäytteittä pilarista (P
Pihavaara Jere)
2 (29)
26
eriö (Pihavaaara Jere)
Kuva 16. Puristettu lie
ujuuden vaattimustenmukkaisuuden va
alvonnassa no
oudatetaan sstandardin SFS-EN 206-1
1 kohPuristuslu
taa 8.2.1 (RIL 131-20
004, 113). Pu
uristettavan lieriön halkaisijan ja korkkeuden suhde
e on oltava 1 ±
ut lieriöt saha
attiin ja hiottiiin päistä oikkean mittaisik
ksi. Jokaisestta
0,05 (RILL 131-2004, 114). Poratu
koestetussta osasta va
almisteltiin ykksi puristetta
ava lieriö. Yhtteensä puristtuskokeita te
ehtiin siis 10 kpl
(kuva 16)). 7 kpl lieriö
öistä oli halkaaisijaltaan 10
04 mm, 2 kpl 74,4 mm jaa 1 kpl 52,1 mm.
m
a
tuloksek
ksi voiman, jjolla lieriö mu
urtui. Yksikkö
önä oli kN, jooten se täyty
yi laskemalla
Puristin antoi
muuntaa N/mm2, jota
a käytetään yyleisesti puristuslujuuden
n yksikkönä. Saadut purisstuslujuudet täytyi
aa 150 mm:n
n kuution lujuudeksi seurraavasti (RILL 131-2004, 6.3.3.3):
6
tämän jälkeen muutta
-
jos lie
eriön halkaissija on 100 - 150 mm, kerrotaan yksitttäinen lujuusstulos luvulla
a 1,05
-
jos lie
eriön halkaissija on 50 - 8
80 mm, kerro
otaan yksittäiinen lujuustuulos luvulla 1,1.
Taulukko
o 1. Betonilierriöiden puristtuskokeiden tulokset
27 (29)
Kun koekappaleita on 3-14 kpl, vertailulujuus Kk on pienempi seuraavista arvoista
Kk = fcm - fn tai
Kk = fcmin + 4
missä
fcm
on koetulosten keskiarvo, joka on 104,5 (taulukko 1)
fcmin
on pienin koetulos, joka on 93,2 (taulukko 1)
fn
on tässä tapauksessa 4, koska koekappaleita on 10-14 (RIL 131-2004,
Taulukko 6.1).
Vertailulujuudeksi Kk saadaan 97 N/mm2 ilmoitettuna 0,5 N/mm2 tarkkuudella. Todellinen puristuslujuus on siis huomattavasti suurempi kuin ilmoitettu betonin lujuus, joten voidaan todeta, että liitoksen laskelmia pienempi kestävyys ei johtunut betonin huonosta laadusta.
28 (29)
6
YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET
Tavoitteena opinnäytetyössä oli jatkaa Visa Järvisen opinnäytetyötä BM-matalapalkin piilokonsolilii-
tos. Lujuuslaskenta ja koesuunnittelu. 26.5.2014. Tarkoitus oli koekuormittaa Järvisen työssä suunniteltu liitos ja vertailla tuloksia Järvisen työn laskelmiin.
Koekuormitusten perusteella liitoksen pilariosan kestävyys oli noin 230 kN. Palkin lovipää murtui 485
kN:n kuormalla, mutta terästen jännitykset ylittyivät noin 300 kN:n kohdalla, joten palkin lovipään
kestävyys rajataan siihen.
Liitoksen jatkokehitys on tarpeen, jotta sen kestävyyttä saadaan kasvatettua ilman kustannusten
huomattavaa nousua. Kehitystä tarvitaan myös tuotannollisista syistä, koska nykyisissä osissa ongelmana oli suojabetonin riittävyys ja tämän takia terästen asennus oli hankalaa. Jos kehityksessä
onnistutaan, saadaan markkinoille kilpaileva tuote teräksisille piilokonsoleille. Kokeiden aikana ja niiden jälkeen pohdittiin vaihtoehtoisia ratkaisuja.
Suojabetonin riittävyyteen ainoa järkevä keino on liitoksen geometrian muutos. Yksi vaihtoehdoista
olisi ollut laittaa teräksiksi ruostumatonta terästä, mutta ruostumaton teräs on kallista ja tämän
vuoksi liitoksesta ei saataisi tarpeeksi taloudellista.
Liitoksen geometrian muutos on myös tarpeen kestävyyden kannalta. Teräksen lujuuden kasvattaminen olisi hyödyllistä palkissa, koska siinä teräksen myötörajat ylittyivät huomattavasti pienemmillä
kuormilla kuin murto tapahtui. Lisäksi pohdittiin, olisiko liitos tarpeeksi taloudellinen, jos liitoksen
heikompi osa eli pilariosa vaihdettaisiin teräksiseen konsoliosaan. Paljaana oleva teräksinen konsolin
pinta vaatii kuitenki palosuojauksen ja tästä tulisi lisäkustannuksia.
29 (29)
LÄHTEET
BETONINORMIT. RakMK B4 Betonirakenteet, mitoitustaulukot ja käyrästöt, SFS-EN 206-1 ja kansallinen liite: RIL 131-2004. HELSINKI: Suomen Rakennusinrinöörien liitto RIL ry.
HAAVISTO, Jukka 2015. Murtokuormituskokeisiin tuotetut materiaalit.
JÄRVINEN, Visa. 2014. BM-matalapalkin piilokonsoliliitos: Lujuuslaskenta ja koesuunnittelu. Savonia
Ammattikorkeakoulu. Rakennustekniikan koulutusohjelma. Opinnäytetyö. Saatavissa:
http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201405269868