Tässä kappaleessa esitetään tulokset perustapauksen pakkovoimien, siirtymien ja halkea-maleveyksien osalta. Laatan sivumitat ovat 30 m * 30 m. Jännitysanalyysien ja halkeiluana-lyysien erot selostetaan kappaleessa 5.1.
Kuvassa 62 esitetään perustapauksen laatan elementtikohtaisen suurimman vetojännityksen keskiarvot jokaiselle jaksolle jännitysanalyysistä (1. Perustapaus). Laatan jokaisen elemen-tin suurin vetojännitys (kummalla tahansa pinnalla) on ensin kerrottu elemenelemen-tin pinta-alalla, kaikki arvot summattu ja lopulta jaettu elementtien pinta-alojen summalla. Näin laskettuja vetojännityksiä kutsutaan jatkossa keskimääräisiksi vetojännityksiksi. Silloin kun tarkastel-laan koko laatan suurinta vetojännitystä, on tulos erotettu keskimääräisistä vetojännityksistä liitteellä max (esim Perustapaus max). Muulloin kyseessä oli keskimääräiset jännitykset. Tu-lokset esitetään laatan iän mukaisilla jaksoilla 3, 4, 5, 6, 7,5, 10, 14, 28, 60, 365 ja 18365 päivää. Näiden jaksojen tulokset yhdistettiin kuvaajissa suorilla viivoilla.
Kuvassa 62 esitetään erikseen koko laatan (1. Perustapaus), laatan kenttien (Perustapaus laa-tan kohdalla), suoraan palkkien yläpuolella sijaitsevien laalaa-tan osuuksien (Perustapaus palk-kien kohdalla) ja pilarianturoiden yläpuolisten osuuksien (Perustapaus pilarianturoiden koh-dalla) keskimääräiset vetojännitykset perustapauksen jännitysanalyysista. Vertaamalla näitä keskenään voidaan havaita, että laatan kenttien vetojännitykset jäivät huomattavasti alhai-semmaksi kuin anturoiden kohdilla. Vertaamalla vetojännityksiä kuvaajaan piirrettyyn eu-rokoodin mukaiseen betonin vetolujuuteen on selvää, että laatta halkeilee. Koko laatan kes-kimääräiset vetojännitykset (1. Perustapaus) olivat suurimmillaan 10 päivän kohdalla noin 4,1 MPa. Koko laatan suurin vetojännitys (Perustapaus max) oli 14 päivän kohdalla noin 7,9 MPa. Edellä mainitut tulokset olivat kaikki samasta perustapauksen jännitysanalyysistä, jonka otaksuttiin kuvaavaan rakenteen halkeiluriskiä todenmukaisimmin.
Kuvassa 62 esitetään myös halkeiluanalyysin jaksottaisen tarkastelun keskimääräisten jännitysten kehittyminen (Perustapaus NL) ja kuten havaitaan, keskimääräiset betonin veto-jännitykset nousivat noin neljän päivän ikään asti, kunnes lähtivät laskuun ja putosivat koko rakenteen iän ajan. Kuvaajassa halkeiluanalyysin (Perustapaus NL) keskimääräinen vetojän-nitystaso ei saavuta betonin vetolujuutta, sillä halkeilu alkoi, kun suurin vetojännitys oli saa-vuttanut betonin vetolujuuden, jolloin laatan keskimääräinen vetojännitys oli alhaisempi.
Myös halkeiluanalyysin suurin laatan vetojännitys esitetään kuvassa 62 (Perustapaus NL max), josta nähdään, että maksimivetojännitys on 4 päivän jälkeen korkeintaan betonin ve-tolujuuden 𝑓𝑐𝑡𝑘,0.05(28) suuruinen. Molemmat edellä mainitut halkeiluanalyysin tulokset ovat samasta perustapauksen halkeiluanalyysistä, jonka voidaan otaksua halkeilun vuoksi kuvaavan rakenteen käyttäytymistä realistisemmin kuin perustapauksen jännitysanalyysi.
Kuva 62. Laatan elementtikohtaisten suurimpien päävetojännitysten keskiarvo. Laatta 30 m * 30 m. (D1).
Parempi käsitys halkeilun vaikutuksista pakkovoimien suuruuteen saadaan, kun verrataan normaalivoimia jännitysanalyysin ja halkeiluanalyysin kesken, koska näin jälkimmäisessä myös raudoituksen jännitys tulee huomioitua. Kuvassa 63 esitetään elementtikohtaisen suu-rimman ensimmäisen päänormaalivoiman keskiarvo koko laatassa. Kuvasta nähdään, että normaalivoimat jäivät perustapauksen lähtötietoraudoituksella (Taulukko 18) suoritetussa halkeiluanalyysissä (Perustapaus T16k125) noin puoleen jännitysanalyysin (Perustapaus –
0
lineaarinen) arvoista. Aluksi normaalivoimien suuruus kehittyi samalla tavalla, mutta viiden päivän iässä halkeiluanalyysissä normaalivoimat eivät enää juuri kasvaneet, kunnes jo 14 päivän iässä kääntyivät selvään laskuun ja laskivat hitaasti koko rakenteen iän. Kuvaajassa esitetään myös tulokset halkeiluanalyysistä (Perustapaus T25k120), jossa laatan raudoitusta kasvatettiin tasaiseen T25k120-raudoitukseen (25 mm:n tankoja 120 mm:n jaolla). Normaa-livoimat kasvoivat selvästi suurempaa raudoitusmäärää kasvaessa.
Kuvassa 63 esitetään myös jännitysanalyysitapauksen 25 normaalivoimat. Kyseisessä ta-pauksessa ainoa ero perustapaukseen on, ettei paalujen sallittu ottavan vastaan vetoa. Var-haisvaiheen normaalivoimat jäävät selkeästi alhaisemmaksi kuin perustapauksessa, mutta jo 60 päivän kohdalla aikavälillä ne lähestyvät perustapauksen arvoja.
Kuva 63. Laatan elementtikohtaisten suurimpien päänormaalivoimien keskiarvoja (D1).
Kuvasta 64 nähdään, että perustapauksen paalut pysyivät pääosin puristettuina aivan laatan nurkassa sijaitsevaa paalua lukuun ottamatta, johon jännitysanalyysissä (LIN N) syntyi vetoa yli 300 kN ennen pilarikuormien vaikutusta, jonka jälkeen vetovoima kuitenkin laski lähelle nollaa, kunnes uudestaan kasvoi pitkällä aikavälillä lähelle 100 kN. Paalun oman painon vaikutusta ei ole sisällytetty kuvaajaan. Halkeiluanalyysissä (NL N) vetovoima jäi huippu-arvon osalta puoleen edellisestä ja pilarikuormien vaikutushetken jälkeen muuttui puris-tukseksi. Paaluihin syntyvät momentit (M LIN & M NL) jäivät todella pieniksi, eikä paalu-jen taivutusrasituksia laatan kutistumisen aiheuttaman pakkosiirtymän vuoksi tarvitse huo-mioida.
0 200 400 600 800 1000 1200
3 4 5 6 7 . 5 1 0 1 4 2 8 6 0 3 6 5 1 8 3 6 5
Voima[kN]
Laatan ikä [d]
Perustapaus - lineaarinen Vain mekaaniset kuormat -lineaarinen
Perustapaus T16k125 Perustapaus T25k120 25. Ei vetoa paaluille
Kuva 64. Nurkkapaalun suurin normaalivoima- ja taivutusmomentti jännitysanalyyseissä (LIN) ja halkeiluana-lyyseissä (NL). (D1).
Nurkkapaalun siirtymistä xy-tasossa havaitaan, että paalun alustaluku pysyi lineaarisella alu-eella (kuva 65). Laatan halkeilun vuoksi paalun vaakasiirtymä oli halkeiluanalyysissä alle 1 mm (MAX NL), kun jännitysanalyysissä suurin siirtymä oli 3 mm (MAX LIN). Paalujen puristaviin normaalivoimiin halkeilulla oli varsin vähäinen merkitys. Halkeiluanalyysissä (MIN N NL) alkuvaiheen lämpökuormien ja niistä johtuvan halkeilun seurauksena suurin paalukuorma jäi alhaisemmaksi kuin jännitysanalyysin (MIN N LIN) perusteella, mutta vai-kutus tasaantui, kun loput mekaaniset kuormat asetettiin.
Kuva 65. Vasemmalla nurkkapaalun siirtymä ja oikealla suurin kaikkien paalujen normaalivoimista. LIN on jännitysanalyysin tulos ja NL halkeiluanalyysin tulos (D1).
Perustapauksen laatan halkeilun kehittymistä lähtötietoraudoitusta (taulukko 18) käyttä-mällä esitetään seuraavissa kuvissa 66–73. Kyseessä on halkeiluanalyysi, jossa lähtötiedot olivat kappaleen 5.2 mukaiset. Vasemmalla esitetään BRIC-palkkimallilla (D1) ja oikealla
-300
QUAD-palkkimallilla (D2) lasketut halkeamaleveydet. Anturoiden halkeilua ei huomioitu, koska palkkien halkeilulla ei ollut merkittävää vaikutusta laatan halkeiluun, kun palkit mal-linnettiin halkeiluanalyysissä kerroksellissilla kuorielementeillä raudoituksineen (katso liite 2). Kuvissa 66–73 esitetään vähintään 0,05 mm leveiden halkeamien suunnat ja halkeaman-leveyden numeerinen arvo vähintään 0,1 mm leveille halkeamille.
Oman painon, hyötykuorman ja varhaisvaiheen lämpökuorman vaikutuksesta laattaan syntyi merkittävää halkeilua jo ennen kallioankkureiden jännittämistä 14 päivän ikään mennessä (kuvat 66-67). BRIC-mallissa esiintyi alapinnan halkeilua palkkien kohdalla palkkien suun-taisesti, mitä ei taas QUAD-palkkimallissa esiinny, koska QUAD-palkit eivät tuota poikit-taista kiinnitystä laatalle. Tämä oli odotettua jo lineaaristen analyysien perusteella (katso liite 3). Kentissä esiintyi laajalti läpihalkeilua molemmissa malleissa. Suurimmat yksittäiset halkeamat olivat tässä vaiheessa BRIC-palkkimallissa noin 0,4 mm ja QUAD-palkkimallissa 0,3 mm, mutta pääasiassa halkeamaleveydet pysyivät 0,2 mm rajoissa.
Kuva 66. Perustapauksen laatan alapinnan halkeilua 14 päivän iässä (juuri ennen kallioankkurien jännitystä).
Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Kuva 67. Perustapauksen laatan yläpinnan halkeilua 14 päivän iässä (juuri ennen kallioankkurien jännitystä).
Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Heti pintakuorman vaikutushetken jälkeen 28 päivän iässä halkeamaleveydet pysyivät vielä pääosin 0,2 mm:n rajoissa, joskin molemmissa malleissa kentissä oli paikoitelleen suurem-piakin halkeamaleveyksiä (kuvat 68-69). Kentissä voidaan havaita yläpinnan halkeamien sulkeutumista pystykuormien aiheuttaman taivutuksen vuoksi. Suurimmat halkeamat esiin-tyivät lähellä keskipilarianturoita, ja muualla halkeamaleveydet olivat edelleen sallituissa rajoissa.
Kuva 68. Perustapauksen laatan alapinnan halkeilua 28 päivän iässä (heti pintakuorman vaikutushetken jäl-keen). Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Kuva 69. Perustapauksen laatan yläpinnan halkeilua 28 päivän iässä (heti pintakuorman vaikutushetken jäl-keen). Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Yhden vuoden ikäisen laatan halkeamaleveydet kasvoivat pääosin kutistumisen vaikutuksesta (kuvat 70-71). Jaksojen välillä pilarikuormat asetettiin 60 päivän iässä. Ennen pilarikuormien asettamista palkeissa olevat paalut olivat raskaammin kuormitettuja kuin pilarianturoiden paalut, mistä aiheutui koko laatan alueella positiivista momenttia, joka kasvatti laatan alapinnan halkeamaleveyksiä. Pilarikuormat kuitenkin muuttivat tilannetta, jolloin tuloksista oli nähtävissä selkeämmin alapinnan halkeillun keskittyneen kenttiin ja yläpinnan halkeilun anturoiden kohdille. Ero oli selkeämpi QUAD-palkkimallissa; BRIC-mallissa laatassa näkyi läpihalkeamia lähes kaikkien palkkien yläpuolella.
Kuva 70. Perustapauksen laatan alapinnan halkeilua 365 päivän iässä. Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Kuva 71. Perustapauksen laatan yläpinnan halkeilua 365 päivän iässä. Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Yhden vuoden ja noin viidenkymmenen vuoden jaksojen välillä uusia muodonmuutoksia aiheutui ainoastaan virumasta ja kutistumasta (kuvat 72 & 73). Halkeamaleveyksien kasvu oli selkeästi havaittavissa. Suurimmat halkeamat olivat BRIC-palkkimallissa noin 0,5 mm ja QUAD-palkkimallissa 0,4 mm. Kentissä halkeamien suuruusluokka oli 0,2–0,3 mm.
Aiemmin syntyneet halkeamat kasvoivat pitkällä aikavälillä kutistuman vuoksi. Teräsjänni-tykset olivat suurimmillaan 325 MPa. Vertailuna laskettiin vielä tapaus, jossa laskennan kulku ja sisältö oli muilta osin sama kuin yllä esitetyssä BRIC-palkkimallissa (D1), mutta laatan autogeeninen kutistuma ja kuivumiskutistuma asetettiin nollaksi. Suurimmat halkea-maleveydet olivat kyseisessä vertailumallissa 0,23 mm. Ero edellisiin tuloksiin viittaa laatan kutistuman merkittävään vaikutukseen pitkäaikaisissa halkeamaleveyksissä. Kuten jo kap-paleessa 4.7.1 pohdittiin, Sofistik vaikuttaa huomioivan teräksen ja betonin keskimääräisten venymien erossa myös betonin kutistumisen, joten kutistumiseen liittyvää halkeamalevey-den kasvua ei voi suoraan päätellä teräsjännityksistä.
Kuva 72. Perustapauksen laatan alapinnan halkeilua 18365 päivän iässä. Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Kuva 73. Perustapauksen laatan yläpinnan halkeilua 18365 päivän iässä. Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkkimalli (D2).
Kuvassa 74 esitetään vielä loppuhetken halkeamaleveyksien arvot ilman halkeamien suuntia siten, että tummien käyrien sisäpuolisilla alueilla halkeamat ovat taivutushalkeamia ja pu-ristettua betonia on vähintään 50 mm. Käyrien ulkopuolella sijaitsevat numeroarvot ovat läpihalkeamien maksimileveyksiä. Numeroarvoina kuvassa esitetään vähintään 0,2 mm le-veät ylä- ja alapinnan halkeamat samassa kuvassa. Läpihalkeamaksi katsotaan tässä tarkas-telussa myös ne taivutushalkeamat, joissa puristuspintaa on vähemmän kuin 50 mm euro-koodin SFS-EN 1992-3 mukaisesti. Laskentamalli oli sama kuin kuvissa 66 - 73 (sisältää laatan betonin kutistuman).
Vähintään 0,2 mm leveät läpihalkeamat keskittyivät palkkien kohdille ja kentissä halkeamat olivat suurimmaksi osaksi joko taivutushalkeamia tai alle 0,2 mm leveitä läpihalkeamia. Yli 0,2 mm leveitä läpihalkeamia kuitenkin esiintyi myös kentissä. Kuvien 72 ja 73 perusteella läpihalkeamien leveydet olivat yleensä toisella pinnalla huomattavasti pienempiä kuin toi-sella. Tässä tulkittiin läpihalkeaman leveys pintojen suurempana halkeamaleveytenä, jolloin rakenne ei täytä läpihalkeamaleveydelle asetettua ehtoa. Rakenne ei myöskään täytä asetet-tua ehtoa taivutushalkeamaleveydelle. Johtopäätös on, ettei laatan voida näiden laskelmien
perusteella osoittaa täyttävän 0,2 mm halkeamaleveysrajaa. Seuraavissa kappaleissa arvioi-daan miten laatan pakkovoimia ja halkeilua voiarvioi-daan hillitä ja laatan halkeamaleveydet pitää alle sallitun raja-arvon.
Kuva 74. Perusrakenteen laatan ala- ja yläpinnan 0,2 mm ja sitä suuremmat halkeamaleveydet ja alueet, joilla puristuspintaa on vähintään 50 mm 18365 päivän iässä. Käyrien sisällä puristuspintaa on jäljellä vähintään 50 mm, muualla halkeamat ovat läpihalkeamia. Vasemmalla BRIC-palkkimalli (D1), oikealla QUAD-palkki-malli (D2).