ME210 - Teräsrakenteet 2 - Luento 10

Luento 10A: Jäykistys 2 - Sivusiirtyvän kehän jäykistys

Aiemmalla luennolla Jäykistys 1 opittiin teräsrungon jäykistyslaskelmat, joissa yksi tavoite oli saada runko sivusiirtymättömäksi, jotta pilareitten mitoituksessa voitaisiin käyttää helppoja mitoituskaavoja. Tällä luennolla opitaan sivusiirtyvän pilarin mitoitus, ja päästään tarkastelemaan sivusiirtyvän kehän jäykistystä.

Ensimmäisellä videolla kerrataan tärkeimmät termit ja lujuusopin ja stabiilisuusteorian peruskäsitteet, sekä tutustutaan otsikkotasolla kaikkiin sietsemään teräsrakenteen kokonaistarkastelun tarkkuustasoon esistandardin prEN1993-1-1:2019 merkintätavoin. Aihe on melko vaikea, ja voimassa olevan Eurokoodin EN1993-1-1:2005 luvun 5 hieman epäselvät sanamuodot vaikeuttavat sen ymmärtämistä entisestään, joten olen päättänyt opettaa asian käyttäen uudistetun seuraavan sukupolven eurokoodiluonnoksen merkintätapoja ja sanamuotoja, vaikka uusi eurokoodi ei olekaan vielä voimassa.

Toisella videolla tutustutaan tarkemmin sivusiirtyvän pilarin mitoittamiseen esistandardin prEN1993-1-1:2019 "menetelmällä M3", jossa globaalit toisen kertaluvun vaikutukset otetaan huomioon ensimmäisen kertaluvun vaakavoimia korottamalla.

Kolmannella videolla tutustutaan tarkemmin sivusiirtyvän pilarin mitoittamiseen esistandardin prEN1993-1-1:2019 "menetelmällä EM", jossa globaalit toisen kertaluvun vaikutukset otetaan huomioon nurjahduspituutta kasvattamalla. EM-menetelmä ei ole aivan tarkka eikä sitä siksi kannata käyttää lopullisen rakenteen verifioimiseen, mutta menetelmä on paljon M3-menetelmää helpompi, ja siksi suositeltava esimerkiksi luonnos- ja esisuunnitteluun.

Luento 10B: Teräsrakenteiden vaurionsietokyky

Ennalta arvaamattomien onnettomuustilanteiden varalta rakenteilla tulee olla vaurionsietokykyä (tai toisin sanoen jatkuvan sortuman tulee olla estetty). Tällä luennolla tutustutaan teräsrakenteen vaurionsietokykyyn.

Ensimmäisellä videolla on lyhyt johdanto aiheeseen, ja kerrataan taustalla oleva lujuusopin ilmiö: köysivoimat vaurioituneessa rakenteessa.

Toisella videolla käydään läpi onnettomuuskuormia käsittelevän kuormaeurokoodin EN 1991-1-7 sekä Suomen kansallisen liitteen määräykset rakenteen vaurionsietokykyä koskien.

Kolmannella videolla opitaan sidevoimamenetelmä, joka on yleisin tapa osoittaa rakenteen vaurionsietokyky Suomessa.

Neljännen videon aiheena on vaihtoehtoisten kuormapolkujen menetelmä, jolla vaurionsietokykyä voidaan tarkastella sidevoimamenetelmää täsmällisemmin.

Harjoitustehtävä 1

Kuvan pyöräkatos on jäykistetty lyhyiltä sivuilta vinositein sivusiirtymättömäksi, mutta pitkä sivu toimii jäykillä nurkkaliitoksilla jäyksitettynä sivusiirtyvänä portaalikehänä. Laske pyöräkatoksen nurkkapilarin CFRHS 100x100x5 (S355J2H) kestävyys sivusiirtyvänä kuormitusyhdistelmässä ULS1, jossa tuulikuorma on määräävä ja lumikuorma toissijainen. Käytä menetelmää EM, eli ekvivalentin sauvan nurjahduspituuden määritystä. Kaverisi Pekka on laskenut k.o. kuormayhdistelmän 1.kertaluvun voimasuureet elementtimenetelmällä sinulle valmiiksi, joten sinun ei tarvitse ratkaista niitä itse. Pekan 1.kertaluvun teorialla laskemia suunnitteluarvoja: NEd,ULS1,pilari = 14,1 kN MEd,ULS1,pilari = 12,8 kNm δEd,ULS1,kehä = 57,8 mm

Malliratkaisu

Harjoitustehtävä 2

Laske edellisen tehtävän pilari tarkemmalla menetelmällä "M3". Riittää, kun tarkistat kuormitusyhdistelmän ULS1, jossa tuuli on määräävä ja lumikuorma pinennetty arvolla ψ0 = 0,7. Kaverisi Pekka on laskenut kuormitustapausten 1.kertaluvun voimasuureet elementtimenetelmällä sinulle valmiiksi, joten sinun ei tarvitse ratkaista niitä itse. Laske αcr eurokoodin likimääräisellä kaavalla, sillä sitä Pekka ei osannut laskea ominaisarvoratkaisijalla. Pekan 1.kertaluvun teorialla laskemia karakteristisia arvoja eri kuormitustapauksille: Tuulikuormasta johtuvia voimasuureita: NEk,tuuli = 1,31 kN MEk,tuuli = 3,94 kNm δEk,tuuli = 37,37 mm Lumikuormasta johtuvia voimasuureita: NEk,lumi = 9 kN MEk,lumi = 4,98 kNm δEk,lumi = 0 mm Katon painosta johtuvia voimasuureita: NEk,G = 2,25 kN MEk,G = 1,25 kNm δEk,G = 0 mm Hyötykuormien lisävaakavoimasta: NEk,φ,Q = 0,045 kN MEk,φ,Q = 0,136 kNm δEk,φ,Q = 1,294 mm Rakenten painon lisävaakavoimasta: NEk,φ,G = 0,011 kN MEk,φ,G = 0,034 kNm δEk,φ,G = 0,324 mm

Malliratkaisu

Harjoitustehtävä 3

Laske kuvaan merkityt yläpohjarakenteen sidevoimat: Katon pääpalkin sidevoima T1, sekundääripalkin sidevoima T2 sekä pilarilinjalla olevan sekundääripalkin sidevoima T3. Rakennus kuuluu seuraamusluokkaan CC2a. Yläpohjan omapaino on 0,45 kN/m2 ja lumikuorma 2,0 kN/m2.

Malliratkaisu