Kalliotilojen betoniset paineseinät ja niiden rakenteellinen kestävyys
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2013
Department
Major/Subject
Talonrakennustekniikka
Mcode
Rak-43
Degree programme
Language
fi
Pages
88 + [9]
Series
Abstract
This work studies concrete pressure walls installed and built in underground rock cavers. Pressure walls are used for example in storage rooms for pressurized substances and in underground rock shelters. Pressure walls usually follow the shape of the tunnel cross-section. Thickness of the structure may be up to several meters. Pressure walls are specialized structures in a sense that they are partly built into the surrounding rock mass. Excavated slot in rock mass gives the wall structures the required support. This work concentrates on understanding of the behaviour of the interface between the pressure wall and the rock mass. Methods used in the study are FEM analysis and traditional analytical calculations. Compressive arches form in the pressure wall due to given loads. Loads are transferred from the wall to the rock mass via these compressive arches. Tensile stresses are insignificant in the pressure wall with regards to its function. The angle between the pressure wall and the rock surface in the excavated slot does not have a major impact on the stresses in the pressure wall. However it has an impact on the forces transferred by the rock foundation. The best rock surface angle ratio is 1:2 for the structure. Main weakness points for structural tightness are the concrete and bedrock interface, as well as the concrete cracks. The rock mass acts as a foundation for the pressure wall. The rock mass material is usually much more durable than concrete and there for concrete structures will fail before the rock mass. The rock mass is, however, a non-homogeneous material, this should be considered in the design of the structure, especially if the rock mass has a lot of fractures. The fracturing in the direction of the load is the most critical for structural stability. Shear strength of the rock mass is calculated by using Mohr-Coulomb failure criterion. The angle between the pressure wall and the rock has no major impact on the rock strength. Rock bolts are used to increase rock mass shear resistance, as well as for tightening rock and concrete interface. Other methods for sealing of the interface are injection grouting and shotcreting.Tässä tutkimuksessa on tarkasteltu maanalaisessa kalliotunnelissa sijaitsevia betonisia paineseiniä. Paineseinää käytetään maan alla esimerkiksi erilaisten painetta aiheuttavien aineiden varastoissa ja väestönsuojan ovirakenteena. Paineseinä noudattaa muodoltaan kalliotunnelin poikkileikkausta. Paksuutta rakenteella voi olla jopa kaksi metriä. Paineseinästä tekee erityisen sen tukeutuminen tarkkuuslouhinnalla tehtyyn kalliouraan. Kallioura tarjoaa betoniseinälle liikkumattoman tukipinnan rakenteen jokaiselle laidalle. Tässä työssä on tutkittu rakenteen käyttäytymistä paineen alaisena, kalliouran vaikutusta paineseinään ja kallioon sekä erilaisia rakenteen suunnittelussa ja rakentamisessa huomioitavia asioita. Tutkimusmenetelminä on käytetty pääasiassa numeerista FEM -menetelmää ja perinteisiä käsilaskentamenetelmiä. Rakenteen tärkeimmät ominaisuudet ovat paineseinän rakenteellinen kestävyys ja tiiviys. Paineseinään syntyy kuormituksen alaisena puristuskaaria, joita pitkin kuormitus siirtyy betonin puristusjännitysten välityksellä tukena toimivalle kalliolle. Rakenteessa vaikuttavat vetojännitykset ovat merkityksettömiä rakenteen kestävyyden kannalta. Kallion kulman jyrkkyydellä ei ole suurta vaikutusta betonirakenteen sisäisiin jännityksiin. Se vaikuttaa kuitenkin hieman puristuskaaren muotoon ja sitä kautta tukipinnan voimiin. Rakenteen kannalta paras kallion ku1man suhde on 1:2. Tiiviyden kannalta heikoimmat kohdat ovat betonin ja kallion rajapinta sekä betonin halkeamat. Kallio toimii paineseinän tukipintana. Kallio on materiaalina huomattavasti kestävämpi kuin betoni yleensä. Tällöin betonirakenne tulee murtumaan ennen kalliota. Kallio on kuitenkin epähomogeeninen materiaali, jolloin kallion kestävyys on hyvä huomioida rakenteen suunnittelussa, varsinkin jos kalliossa on paljon rakoilua. Kriittisimmässä tapauksessa rakoilu on kuormituksen suuntaista. Kallion kestävyys lasketaan Mohr-Coulombin myötöteorialla. Kallion kulman jyrkkyydellä ei ole vaikutusta kallion kestävyyteen. Rakenteessa käytetään kalliopultteja kallion leikkauskestävyyden varmentamiseen sekä kallion ja betonin rajapinnan tiiviina pitämiseen. Muita rajapinnan tiivistysmenetelmiä ovat injektointi ja ruiskubetonointi.Description
Supervisor
Puttonen, JariThesis advisor
Virpiö, SamiKeywords
pressure wall, paineseinä, FEM analysis, paineseinän mitoitusmenetelmä, dimensioning of pressure wall, FEM-analysointi, shear strength of rock mass, kallion leikkauskestävyys, Mohr-Coulomb criterion, Mohr-Coulombin myötöehto, rock bolt design, kalliopultin mitoitus