Perustapaus

Työn varsinaisesta tutkimuskohteesta yksinkertaistettu perustapaus oli itsenäinen valualue ja liikuntasaumalohko, joka jäykistettiin vinopaaluin. Perustapauksen kaikki sivumitat olivat 30 m. Laatta tukeutui anturoiden lisäksi pilarianturoihin. Laatan paksuus oli 0,3 m. Palkkien korkeus oli 0,8 m ja leveys 0,8 m. Pilarianturoiden korkeus oli 1,2 m ja leveydet 1,8 m ja 2,8 m. Palkkien keskinäiset etäisyydet olivat x-suunnassa 6 m ja y-suunnassa 5 m. Perusgeomet-ria esitetään kuvassa 59 , jossa mallinnettu neljännes rajataan katkoviivoilla.

Kuva 59. Perustapauksen (30 m*30 m) rakenne. Tarkasteltava neljännes (15 m * 15 m) on rajattu punaisella katkoviivalla. VP=Vinopaalu, KA=Kallioankkuri, PA-1 ja PA-2= pilarianturoita, JPA-1=palkki.

Paalut olivat jäykästi kallioon ja nivelellisesti laattaan kiinnitettyjä porapaaluja (Rd220/12,5 S420, C35/45 betonitäyttö, ei raudoitusta, korroosiovaraa ei huomioitu), jotka sijoiteltiin vain palkkien ja pilarianturoiden kohdille edellisen kuvan mukaisesti. Paalut porataan kalli-oon kolme kertaa paalun halkaisijan syvyyteen, minkä oletettiin laatan pakkovoimien kan-nalta konservatiivisesti tuottavan jäykän kiinnityksen. Paalujen pituuden ja lineaaristen maa-jousien vuoksi paalun alapään tuen kiertymäjäykkyydellä ei ollut vaikutusta laatan pakko-voimiin. Paalujen sallittiin ottavan vastaan vetoa. Vinopaaluja kaltevuudella 4:1 sijoiteltiin kaikkiin neljään suuntaan. Paalujen jäykkyydet 𝐴 = 𝛴𝐸𝐴/𝐸_𝑠 ja 𝐼 = 𝛴𝐸𝐼/𝐸_𝑠 laskettiin käsin ja syötettiin Sofistikiin terässauvoina mallinnetuille paaluille (𝐸_𝑠 on teräsputken kimmoker-roin). Sofistik ei salli alustalukutyökalua hyödyntävän palkkielementin päähän niveltä, joten paalun yläpään ensimmäiset 10 cm mallinnettiin ilman alustalukua tavanomaisella sauvaele-mentillä, jonka pituudella alustaluku jätettiin huomioimatta. Paalujen jäykkyydet esitetään taulukossa 13.

Taulukko 13. Paalujen jäykkyydet. Yksiköt MN,m.

[MN,m] d t E A I EA EI

Teräs 0,2191 0,0125 210000 0,008 0,0000434 1703,764 9,12361702

Betoni 0,1941 - 34077 0,03 0,0000697 1008,333 2,37429817

Liittor. 0,2191 - - 0,038 0,00011312 2712,098 11,4979152

Paalun jäykkyys / Es ΣEA/Es, ΣEI/Es= 0,012915 0,0000548

Paalujen alustaluku mallinnettiin Sofistikin alustalukutyökalulla. Sofistikiin alustaluku an-netaan muodossa kN/m², eli alustaluku kerrottiin paalun halkaisijalla. Alustalukuna käytet-tiin lyhytaikaista tapausta. Arvot esitetään taulukossa alla. Paalujen alustaluku otetkäytet-tiin line-aarisena eikä sivuvastuksen ääriarvoa huomioitu. Kuten todettu, epälineaaristen jousien käyttö tässä tapauksessa ei ole laskennallisesti järkevää, koska epälineaarisuuden huomiotta jättäminen oli varmalla puolella, eikä paalun maajousien vaikutus laatan pakkovoimiin ollut merkittävä. Taulukon 14 neljä viimeistä saraketta sisältävät alustaluvut Sofistikiin syötettä-vässä muodossa.

Taulukko 14. Paalujen alustaluvut FEM-ohjelmaan (Lyhyt).

Alustaluvut FEM-ohjelmaan NORMAALI SYMMETRIALINJA

Koordinaatti Alustaluku Koordinaatti ks*d ks*d

z2 ks ks*d Alku z1 loppu z1 Constant Linear Constant Linear

Anturoihin ja laattaan kosketuksissa olevan maan jäykkyys mallinnettiin jousilla, joiden las-kentaperiaatteet esitetään kappaleessa 3 ja jousikohtaiset jäykkyydet taulukossa 15. Sym-metrialinjoilla jousien jäykkyydet puolitettiin.

Taulukko 15. Jousien jäykkyydet.

Selite Anturoiden maanpaine Laatta Pystypintojen kitka Anturan pohjan kitka Jousi MP1A MP1B MP2 KLM1 KP1A KP1B KP2¹⁾ KA1²⁾ KA2 Yks.

1) Jousien K-jako on 1 m, lepopaine huomioitu molemmin puolin anturaa 2) Molemmille pilarianturoille käytetään samoja jousia (6/4 kpl)

Maajouset sijoiteltiin kuvan 60 mukaan. Jousien sijainteja siirreltiin niiden laskennallisesta painopisteestä elementtimäärän säästämiseksi ja elementtien laadun parantamiseksi. Ku-vassa alla esitetään projektiot anturoiden alta ja alempana pystyleikkaukset.

Kuva 60. Maajousien sijoittelu anturoihin.

Laatan rakentamis- ja kuormitusjärjestys esitetään taulukossa 16. Ensin malliin asetettiin paalut ja anturat sekä niiden omat painot. Laatan tarkastelut aloitettiin kahden päivän iässä, jolloin laatan lämpötila suurin piirtein alkaa laskea. Aluksi laattaa kuormitettiin omalla pai-nolla sekä hyötykuormalla 2,5 kN/m², joista jälkimmäinen asetettiin huomioimaan mahdol-liset työskentelykuormat (kitkajousien laskennassa käytettiin tarkoituksella pienempää pin-takuormaa 1 kN/m²).

Kahden ja puolen päivän iässä asetettiin ensimmäinen hydrataatiosta johtuva lämpökuorma laatalle. Lämpökuorma annettiin kymmenessä jaksossa. Laatan betonin lämpötilan nousu-vaihe jätettiin kokonaan huomioimatta samalla periaatteella, kuin kappaleen 4.2.4 tapauk-sessa 6B. Laskennallisesti perustapauksen laatan lämpötila saavutti ympäristön vakioksi ole-tetun lämpötilan laatan betonin ollessa kymmenen päivän ikäinen.

Neljäntoista päivän iässä laatan vetoankkurit jännitettiin. Vetoankkureita ei mallinnettu, vaan esijännitysvoima asetettiin anturoille pintakuormana alalle 0, 8 m * 0,8 m, sillä ankku-reiden suuren pituuden vuoksi niiden voima ei juurikaan muutu. Lisäksi aivan vieressä oli aina kaksi paalua, joilla molemmilla oli 12-kertainen aksiaalinen jäykkyys ankkuriin nähden.

Pintarakenteiden paino 20 kN/m² asetettiin laatan saavutettua 28 päivän iän ja pilarikuormat laatan saavutettua 60 päivän iän. Pilarikuormat mallinnettiin pintakuormina anturan koko yläpinnan alalle. Yläpuolisilta rakenteilta huomioitiin vain pilareiden kautta kohdistuvat pystykuormat, jotka asetettiin tasan jakaantuneeksi pintakuormaksi pilarianturan päälle.

Taulukon 16 pilarikuormat ovat järjestyksessä: nurkkapilari (X0,Y0), reunapilari sivulla (X0), reunapilari sivulla (Y0) ja keskipilari.

Lopuksi tarkasteltiin laattaa 365 ja 18 365 päivän iässä. Jokaisen kuormitusaskeleen välissä oli taulukossa ilmoitettu määrä viruma-askelia, joilla ohjelma laski viruman ja kutistuman vaikutukset rakenteille. Viruma-askelien määrä vaikuttaa tulosten tarkkuuteen ja tässä vali-tut määrät vaikuttivat liitteen 2 herkkyystarkastelujen perusteella riittävän tarkoilta.

Kuvassa 61 esitetään referenssinä 300 mm korkealle laatalle käytetty betonin lämpötilaja-kauma ensimmäisen kahden viikon ajalta. Toisin kuin kappaleiden 4.1.4 ja 4.2.4 laskelmissa, tässä ympäristön lämpötilana käytettiin arvoa -5 ^oC, joka samalla oletettiin lämpötilaksi, jonka alapuolelle rakenteen lämpötila ei laske myöskään pitkällä aikavälillä.

Taulukko 16. Jaksot.

Kuva 61. Betonitoimittajan eräs alustava arvio laatan lämpötilan- ja lujuudenkehityksestä.

Ikä Selite Tunnus Kuorman suuruus Viruma-askelia

X Paalut + omapaino g1.paalu Ohjelma lask. aut. 0

X Anturat + oma paino g1.antura Ohjelma lask. aut. 0

2 Laatta + omapaino + Q g1.laatta +q (7,5 + 2,5) kPa 0

2,5 Laatan lämpökuorma ΔT2.5 -3,8 C^o (hydrataatio) 3

3 Laatan lämpökuorma ΔT3 -2,8 C^o (hydrataatio) 3

3,5 Laatan lämpökuorma ΔT3,5 -2,8 C^o (hydrataatio) 3

4 Laatan lämpökuorma ΔT4 -2,8 C^o (hydrataatio) 3

4,5 Laatan lämpökuorma ΔT4,5 -2,8 C^o (hydrataatio) 3

5 Laatan lämpökuorma ΔT5 -2,8 C^o (hydrataatio) 3

5,5 Laatan lämpökuorma ΔT5,5 -2,8 C^o (hydrataatio) 3

6 Laatan lämpökuorma ΔT6 -2,8 C^o (hydrataatio) 3

7,5 Laatan lämpökuorma ΔT7,5 -2,5 C^o (hydrataatio) 3

10 Laatan lämpökuorma ΔT10 -2,5 C^o (hydrataatio) 3

14

Ankkurivoima pintakuor-mana

P 1195kPa (765kN)

3

28 Pintakuorma g2 laatalle g2.laatta 20kPa 3

60 Pilarikuormat Fgpilari 1385/2770/2770/5540 kN

pintakuormina pilarianturalle 427/855/550/1100 kPa 5

365 Vain viruma ja kutistuma Ei uusia kuormituksia 9

18365 Vain viruma ja kutistuma Ei uusia kuormituksia Loppu

Viruman ja kutistuman laskennan tiedot esitetään taulukossa 17. Taulukossa 𝑡_0.𝑐𝑟 tarkoittaa viruman ja 𝑡_{0.𝑒𝑐𝑠} kutistuman alkuhetkeä. Anturoiden ikä laatan oman painon vaikutushet-kellä oli 28 päivää. Taulukon ajat ovat suhteessa laatan ikään, ja sulkuihin on merkitty antu-ran ikä. Kaikkien kolmen rakenteen katsottiin kuivuvan vain yläpinnastaan. Ohjemaan syö-tettiin ympäristön kosteudeksi 80 %, jonka perusteella ohjelma laski laatan autogeenisen kutistuman, kuivumiskutistuman ja virumaluvut automaattisesti. Palkeille ja pilarianturoille annettiin ohjelmaan käsin lasketut loppuvirumaluvut, olettaen anturoiden ympäristön suh-teelliseksi kosteudeksi 100 %. Anturoiden kutistumaa ei huomioitu. Ohjelma huomioi beto-nin kimmokertoimen kehittymisen eurokoodin mukaisesti jaksottaisessa analyysissa auto-maattisesti.

Taulukko 17. Perustapauksen betonin ominaisuuksien arvoja.

Selite fck CEM RH t0.cr t0.ecs t1 2A/u εcs φcr(50v)

Laatta 35 N 42,5 80 % 2 3 18365 0,6m -0,000234 2,32

Palkki 35 N 42,5 100 % 2 (28) -23 (3) 18365 2,4m 0 1,18

Pilariantura 35 N 42,5 100 % 2 (28) -23 (3) 18365 1,6m 0 1,18 Laatan betonin halkeilukestävyyden määrittävä vetolujuus fctk,0,05= 2,2 MPa

Laatan betonin vetojäykistysvaikutuksen määrittävä vetolujuus fctm= 3,2 MPa

Halkeiluanalyyseissä perustapauksen laatan lähtötietona otettu raudoitus mallinnettiin tau-lukon 18 mukaisilla raudoitusmäärillä.

Taulukko 18. Perustapauksen laatan raudoitusmääriä. T=raudoituksen tankokoko, As=raudoituksen pinta-ala metriä kohden, e1=ulomman raudoituksen keskiöetäisyys pintaan, e2= sisemmän raudoituksen ja ulomman raudoituksen välinen keskiöetäisyys.

Selite