Betonin kolmiaksiaalisen jännitystilan hyödyntäminen vaaka- ja pystyrakenteiden liitosalueiden suunnittelussa
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-10-21
Department
Major/Subject
Civil Engineering
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
fi
Pages
83+17
Series
Abstract
Diplomityössä tutkittiin pilarin ja laatan liitosalueen tehollista lujuutta ja kolmiaksiaalisen puristusjännitystilan tuomaa mahdollista lisää pilarin puristuskestävyyteen. Korkean rakennuksen runkorakenteessa alemman kerroksen pilareihin kohdistuu huomattavasti suurempia kuormia kuin pilaria ympäröivään laattaan, jonka johdosta pilari yleensä valmistetaan lujemmasta betonista kuin laatta. Liitosalue on kuorman siirtymisen kannalta kriittinen alue ja usein liitosalueelle tehdään lujan massan alue ja lisätään ylimääräisiä teräksiä. Eri betonilaadut laatassa kuitenkin aiheuttavat laadunvarmistusongelmia sekä hidastavat rakennusprosessia. Työssä selvitettiin keinoja määrittää liitosalueen tehollinen lujuus, jota voitaisiin käyttää suunnittelussa. Työssä selvitettiin kirjallisuudessa sekä Kanadan ja USA:n suunnittelustandardeissa esiintyviä analyyttisiä ja numeerisia lujuudenkorotusmenetelmiä, joita voitaisiin hyödyntää liitosalueen suunnittelussa. Myös Eurokoodi 2:ssa on esitetty kaksi vaihtoehtoista menetelmää betonin lujuuden korottamiselle liitosalueella hyödyntäen rakenteeseen syntyvää moniaksiaalista jännitystilaa. Tapaustutkimuksena tarkastellun Kalasataman tornitalon alemman kerroksen pilarilaatan liitosalueesta tehtiin FEM laskentamalli ja liitosalueella esiintyviä pystysuuntaisia puristusjännityksiä verrattiin edellä mainittuihin analyyttisiin ja numeerisiin malleihin. Pystysuuntaisen jännityksen ylittäessä laatan puristuslujuuden, arvioitiin olemassa olevan tiedon ja hydrostaattisen puristuksen avulla liitosalueella syntyvää sivupainetta. Työn perusteella tarkastellun liitosalueen huomattiin kestävän, jos pilarin lujuus kolmiaksiaalisessa puristuksessa voidaan otaksua 1,4-kertaiseksi laatan lujuuteen nähden. Työssä ei kuitenkaan onnistuttu määrittämään liitosalueen tehollista lujuutta korkealujuuspilarin tapauksessa. FEM-mallin perusteella tarkasteltu liitosalue kestää, mutta analyyttisten mallien soveltaminen ei osoittautunut soveliaaksi ja numeeriset menetelmät todettiin analyyttisiä menetelmiä soveltuvimmiksi. FEM-malli antoi käsityksen, että liitosalueella usein käytettävät ylimääräiset teräkset eivät tuo merkittävää hyötyä liitosalueen lujuuteen ja niiden käyttö sen takia ei ole perusteltavaa. Laskentamalli vahvisti myös laatan ulokkeen merkityksen liitosalueella esiintyviin poikittaisiin jännityksiin.The effective strength of column-slab joint under triaxial compression was studied in this thesis. As, the columns below lower floors are heavily loaded in high-rise buildings, high-strength concrete (HSC) may be used in the lower part of the column line whereas slabs are made of normal-strength concrete (NSC). In such cases the joint area is a crucial part of the load carrying capacity. Currently, the strength differences are often avoided by using same concrete both in columns and slabs. The use of different concrete strengths in slab delays the construction and creates challenges to quality control. This research included literature review comprising also national standards of Canada (CSA) and USA (ACI) to find different analytical and numerical methods to raise an effective compressive strength of concrete. Eurocode 2 has two different formulas to increase locally the effective strength of concrete. The one is based on local compression and the other is based on triaxial compression. Different methods to achieve a strength gain of concrete from triaxial compression were compared. The stress state was estimated from FEM-model, which was made of a lower floor joint region of the high-rise building REDI in Kalasatama, Helsinki. If the compressive strength of slab concrete was exceeded by the vertical stress, the lateral pressure in joint area was evaluated by using existing knowledge and hydrostatic pressure. After careful examination of literature, FEM-modelling and the conclusions made in the study, the joint concrete was found to be strong enough if the column concrete strength does not exceed the floor concrete strength by more than 40 %. The effective strength could not be safely determined if the slab was between HSC columns. Analytical methods proved not to be as appropriate as numerical methods because they do not consider the confinement, which is caused by the surrounding slab when it tries to resist the expansion of joint concrete. According to the FEM-model additional ties did not significantly improve the effective strength of joint concrete and therefore their usage is not justified. FEM-model also ascertained the significance of overhang part of the slab for the confinement action within the joint.Description
Supervisor
Puttonen, JariThesis advisor
Toijonen, JariKeywords
kolmiaksiaalinen puristus, liitosalueen tehollinen lujuus, korkea rakentaminen, reunapilari, sisäpilari, suljettu betoni