Rekisteröidy

TeräskuitubetoniRAKENTEIDEN MITOITUS

1. teräskuitubetonirakenne
2. By 66 Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje 2018
3. Materiaaliominaisuudet
4. Suunnitteluperusteet
5. rakenneanalyysi
6. murtorajatilan mitoitus
7. käyttörajatilan mitoitus
8. raudoituksen ja jänteiden yksityiskohtien suunnittelu
9. Taivutuksesta aiheutuvien muodonmuutosten ja jännitysten laskenta
10. Teräskuitujen käytöllä saatavutettavia hyötyjä
11. soveltuvia käyttökohteita
 

 

1. teräskuitubetonirakenne

rakenteen toiminta
Teräskuitujen toiminta betonia vahvistavana tekijänä perustuu vetojännitysten siirtymiseen betonista kuiduille niiden rajapinnassa esiintyvän leikkausjännityksen, ja muotoiltujen kuitujen tapauksessa myös mekaanisen ankkuroitumisen myötä. Rakenteen altistuessa vedolle vetorasitukset jakautuvat betonin ja teräskuitujen kesken, kunnes betonin vetokestävyys ylittyy ja betonin haljetessa vetojännitykset siirtyvät halkeamaa risteäville kuiduille. Yleisimmin käytetyillä muotoilluilla kuiduilla mekaaninen tartunta on tärkein tartuntamuoto. Betonin ja kuidun välisen sidoksen kestävyyteen vaikuttaa kuidun muodon lisäksi betonin ja kuidun lujuusominaisuudet.
 
Tavallisesti betonin alhaisen vetolujuuden vuoksi rakenteeseen lisätään harjaterästä. Tankoraudoitus on tyypillisesti jatkuva ja sijoitettu rakenteeseen optimaalisesti. Betoniin lisättävät kuidut sitä vastoin ovat rakenteellisesti epäjatkuvia ja sijoittuvat rakenteeseen enemmissä määrin epämääräisesti.
 

Merkittävämpänä erona perinteisen tankoraudoituksen ja teräskuituraudoituksen välillä on rakenteen murtumismekanismi. Kantavissa rakenteissa käytettävät teräskuidut on valmistettu korkealujuusteräksestä ja murtotilanteessa ne eivät myödä, kuten perinteinen tankoraudoitus, vaan kuidut lähtevät vetäytymään ulos betonista halkeaman alueella. Kun betonin ja kuitujen lujuus on riittävä, mekaaninen kitka ja kuitujen suoristuminen kuitujen ulosvedossa sitovat energiaa ja rakenne voi toimia taivutuksessa sitkeästi. Liian alhainen kuitujen lujuus voi johtaa kuitujen katkeamiseen tai liian alhainen betonilujuus betonin lohkeamiseen, jolloin rakenteen murto saattaa tapahtua hauraasti.

 

Teräskuitubetonin käytön kannalta olennaisin ominaisuus on teräskuitubetonin halkeilun jälkeinen jäännösvetolujuus, joka määritetään standardin SFS-EN 14651 mukaisella palkin taivutuskokeella.

Teräskuitubetonin taivutuskäyttäytyminen voi erota huomattavasti suoran vedon tapauksesta. Alle 2 %:n kuitumäärällä käyttäytyminen suorassa vedossa on tyypillisesti myötöheikkenevää. Sama teräskuitubetoni saattaa kuitenkin taivutettaessa käyttäytyä myötölujittuvasti.

 

yleistä mitoituksesta
Suunnittelijoilta on usein pyydetty laskelmaa teräskuitubetonirakenteessa tarvittavasta kuitumäärästä betonikuutiota kohden. Julkaisussa By 56 Teräskuitubetonirakenteet 2011 on esitetty virtuaalikuituperiaatteeksi kutsuttu menetelmä kuitumäärän laskemiseksi. Kuitumäärän tarkka määrittäminen on kuitenkin vaikeaa, koska rakennesuunnittelijalla ei suunnitelmaa tehtäessä ole välttämättä tiedossa mitä kuitua rakenteessa lopulta tullaan käyttämään. Kuitumäärä riippuu huomattavasti käytettäväksi valitun kuidun sekä lisäksi betonin ominaisuuksista.
 
Tässä osiossa esitetyt suunnitteluperusteet perustuvat julkaisuun by 66 Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje 2018. Ohjeessa esitettyjen suunnitteluperiaatteiden mukaan suunnittelija ei ota kantaa tarvittavaan kuitumäärään tai -tyyppiin, vaan ilmoittaa suunnitelmissa teräskuitubetonin vaadittavan jäännöstaivutusvetolujuusluokan, aivan kuten puristuslujuusluokkakin ilmoitetaan. Teräskuitubetonin toimittaja vastaa siitä, että teräskuitubetonin jäännöstaivutusvetolujuus täyttää vaaditun luokan valitsemallaan kuidulla ja betonilla. Taivutusvetolujuus osoitetaan standardin SFS-EN 14651 mukaisella taivutuskokeella.
 

2. By 66 Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje 2018

By 66 Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje 2018 on laadittu standardia SFS-EN 1992-1-1 Eurokoodi 2: Betonirakenteiden suunnittelu. Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt täydentäväksi teräskuitubetonirakenteiden kansalliseksi suunnitteluohjeeksi. Koska ohje on standardia täydentävä, tulee suunnittelua tehtäessä seurata molempia asiakirjoja samanaikaisesti. Ohje perustuu pääosin ruotsalaiseen SS 812310:2014 -standardiin sekä muihin eurooppalaisiin ohjeisiin tai standardeihin.
 
Soveltamisala
Ohjetta voidaan soveltaa rakenteellisia (linkki kuidut kohtaan) teräskuituja sisältävien betonirakenteiden sekä maa- ja vesirakenteiden suunnitteluun. Ohjetta voidaan soveltaa myös ei kantavien teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluun. Ohje ei käsittele polymeeri-, lasi-, hiili-, basaltti- tai muita kuitutyyppejä.
 
 

3. materiaaliominaisuudet

Seuraavassa luettelossa on esitetty tekijät, jotka vaikuttavat kuitubetonin lujuusominaisuuksiin:
  1.      Kuitumäärä
    • Kuitujen lukumäärä
    • Kuitujen tasainen jakautuminen
  2. Kuitujen suuntautuneisuus
  3. Kuidun materiaaliominaisuudet
    • Vetolujuus
    • Kimmokerroin
  4. Kuidun muotoilu
  5. Kuidun hoikkuusluku
  6. Betonin ominaisuudet
    • Maksimiraekoko
    • Betonin lujuus
    • Sementtimäärä

 

kuidut
Teräskuitubetonirakenteissa käytettävien kuitujen tulee olla CE-merkittyjä standardin SFS-EN 14889-1 mukaisia kuituja. Kantavissa rakenteissa käytettävien kuitujen käyttötarkoitus tulee CE-merkinnän mukaan olla rakenteellinen, jolloin kuitujen suoritustason pysyvyyden arviointi ja varmentaminen suoritetaan AVCP-luokan 1 mukaisesti.
 
Teräskuidut toimitetaan joko irtonaisina tai liimakammoissa. Liimakammalliset kuidut irtoavat toisistaan betoniin sekoitettaessa. Kuitujen tartunta betoniin pyritään saamaan mahdollisimman hyväksi, joten kuidut ovat tyypillisesti muotoiltuja ja pinta saattaa olla esimerkiksi karhennettu. Kuvassa alla on esitetty eri tavalla muotoiltuja kuitutyyppejä. Kantavissa rakenteissa käytettävä yleisin kuitutyyppi on koukkupäinen kuitu.
 
 
Kuitujen materiaali voi olla hiiliterästä tai ruostumatonta terästä. Lujuus vaihtelee tyypillisestä välillä 1000-1900 MPa. Kuiduista ilmoitettaviin perustietoihin kuuluu lujuuden lisäksi kuidun pituus ja halkaisija sekä näiden suhde, jota kutsutaan hoikkuusluvuksi (= l/d). Hoikkuusluku vaihtelee tyypillisesti välillä 50...80. Kuidun tuotemerkinnässä ilmoitetaan tyypillisesti kuidun hoikkuusluku ja pituus. Tuotenimessä voi olla esimerkiksi numerosarja 80/60, joka tarkoittaa, että kyseisen kuidun hoikkuusluku 80 ja pituus 60 mm. Kuidun paksuus on tällöin 60 mm / 80 = 0,75 mm.
 
Alempana olevassa kuvassa on havainnollistettu kuituihin liittyvien tekijöiden vaikutusta teräskuitubetonin taivutuskokeilla määritettävään kuormitus-muodonmuutos-käyttäytymiseen.
 

Yleisesti ottaen korkean hoikkuusluvun teräskuiduilla päästään parempiin testituloksiin kuin matalamman hoikkuusluvun kuiduilla (kuva a). Samalla kuituannostelulla (kg/m3) korkeamman hoikkuusluvun kuitujen määrä on suurempi. Kuitujen tulee kuitenkin olla tarpeeksi pitkiä riittävän ankkuroitumisen saavuttamiseksi (kuva b).

Korkeilla betonilujuuksilla ja matalan vetolujuuden kuiduilla voi tapahtua kuitujen katkeamista ja sitä kautta kapasiteetin jyrkkä laskeminen (kuva d). Kuitujen vetolujuuden tulee aina olla sopiva riippuen käytettävästä betonilujuudesta.

 

 

Aaltomaisilla kuiduilla saavutetaan hyviä tuloksia pienillä halkeamaleveyksillä (kuva 2c). Halkeamaleveyden kasvaessa kapasiteetti kuitenkin tippuu jyrkästi, joten aaltomaiset kuidut eivät sovellu murtorajatilassa mitoitettaviin rakenteisiin kuten koukkupäiset kuidut.

 

Materiaaliominaisuuksien määritys
Kantavien rakenteiden kannalta kuitubetonin tärkein määritettävä ominaisuus on halkeilun jälkeinen jäännösvetolujuus. Betonin puristuslujuuteen kuitujen lisäämisellä ei ole juuri merkitystä tyypillisillä kuitumäärillä. Teräskuitubetonin puristuslujuus voidaan määrittää samalla tavalla kuin normaalin kuitua sisältämättömän betonin tapauksessa.

 

JÄÄNNÖSTAIVUTUSVETOLUJUUS
Teräskuitujen vaatimustenmukaisuuden määrittävän standardin SFS-EN 14889-1 mukaan kuitujen vaikutus betonin lujuuteen tulee määrittää standardin SFS-EN 14845 mukaisesti käyttämällä standardissa SFS-EN 14651 esitettyä palkkitestiä. Palkkitestillä määritetään teräskuitubetonin jäännösvetolujuus 28 vrk:n iässä.

 

 

Koe suoritetaan viereisen kuvan  mukaisella kolmen pisteen taivutuskokeella, jossa yksiaukkoista lovettua palkkimaista koekappaletta kuormitetaan keskeltä palkin leveyssuuntaisella viivakuormalla. Kokeen aikana mitataan kuormituksen suuruuden lisäksi joko palkin taipumaa tai halkeaman avautumaa (CMOD = crack mouth opening displacement) tai jälkimmäisimpiä molempia.

 

Kokeen tuloksena saadaan voima-taipuma- tai voima-CMOD-kuvaaja. Jäännöstaivutusvetolujuus fR,i määritetään mitattujen arvojen perusteella tavallisesti halkeamaleveyksien 0,5 mm, 1,5 mm, 2,5 mm ja 3,5 mm kohdalla.

 

 

4. suunnitteluperusteet

Teräskuitubetonin vaativuusluokat
Teräskuitubetonirakenteen suunnittelu lähtee vaativuusluokan määrityksellä. Vaativuusluokat on esitetty By 66 -julkaisun taulukossa 2.1. Taulukon 2.1 perusteella määräytyy käytettävän teräskuitubetonin vaadittu sitkeysluokka sekä tarvitaanko rakenteessa lisäksi tankoraudoitusta.
 

 
 Materiaaliosavarmuusluvut

 
Jäännöstaivutusvetolujuuden luokat

Kuitubetonin vähimmäisjäännöstaivutusvetolujuus ilmaistaan jäännöstaivutusvetolujuuden luokilla (R-luokilla). Nämä vastaavat SFS-EN 14651 mukaisella palkkitestillä määritettävää ominaisjäännöstaivutusvetolujuutta fR,i.

Jäännöstaivutusvetolujuuden luokkaa R1 käytetään käyttörajatilan mitoituksessa, kun taas murtorajatilassa edellytetään yleensä, että molemmat luokat (R1 ja R3) on määritetty. Yksinkertaistettu murtorajatilan suunnittelumenetelmä voi kuitenkin perustua pelkästään luokkaan R3.

 
By 66 julkaisun taulukkoon 3.1 on merkitty lihavoituna käytettäväksi suositeltuja teräskuitubetonin jäännöstaivutusvetolujuusluokkia. Alue on valittu siten, että taivutusvetolujuustaso on saavutettavissa normaaleilla    betonin lujuusluokilla ja kuitumäärillä (30–50kg/m3). Kuitumäärä riippuu lopulta kuitenkin käytettävän kuidun ominaisuuksista. Tyypilliset    betonin puristuslujuusluokat ovat kyseisellä alueella tasoa C25/30–C35/45.

Käytettävän jäännöstaivutusvetolujuusluokan kuitubetonin saatavuus on varmistettava toimittajalta. Suunnittelijan määrittelemä teräskuitubetonin jäännösvetolujuusluokka on minimiarvo ja mikäli kyseisen luokan teräskuitubetonia ei ole saatavilla, voidaan se tarvittaessa korvata paremman jäännösvetolujuusluokan omaavalla teräskuitubetonilla. Eli yllä esitetyssä By 66:n taulukossa 3.1 voidaan siirtyä ylhäältä alaspäin ja/tai vasemmalta oikealle.
 

Voimakkaasti myötölujittuvan teräskuitubetonin tapauksessa (luokka e) poikkileikkauksen taivutuskapasiteetti voi kasvaa jopa 30 % yli halkeamakapasiteetin Fctf,L. Halkeamakapasiteetti vastaa minimiraudoitetun betonipoikkileikkauksen arvoa, jolloin raudoitus pystyy siirtämään rasitukset halkeaman yli halkeaman muodostumisen jälkeen eikä haurasmurtoa tapahdu.

Jos kantavassa kuitubetonipoikkileikkauksessa käytetään pelkkiä kuituja, tulee teräskuitubetonin jäännösvetolujuusluokka valita niin, että jäännöstaivutusvetolujuus R1 on vähintään yhtä suuri kuin halkeamakapasiteetti ja R3 suurempi kuin R1 (sitkeysluokat d ja e). Tätä alempien sitkeysluokkien yhteydessä tarvitaan tankoraudoitusta rakenteen sitkeän käyttäytymisen varmistamiseksi.

Myötöheikkenevä teräskuitubetoni (sitkeysluokka b) vaatii korkeampaa varmuustasoa ja soveltuu käytettäväksi vain paalulaattojen ja vastaavien 2a-luokan rakenteiden tapauksessa (ks. By 66:n taulukko 2.1 ylempänä).

Esimerkki yllä esitetyn luokittelun mukaisen teräskuitubetonin lujuusluokkamerkinnästä:

C35/45-R13,0/R33,3-d

Tämä vastaa puristuslujuudeltaan 35 MPa:n lieriölujuutta   tai 45 MPa:n kuutiolujuutta sekä 3,0 MPa:n ja 3,3 MPa:n jäännöstaivutusvetolujuutta luokissa R1 ja R3. Teräskuitubetoni kuuluu myötölujittuvaan sitkeysluokkaan d.

 

jäännösvetolujuuden mitoitusarvo

Poikkileikkauksen mitoitusta varten jäännöstaivutusvetolujuus muutetaan ensin suoran jäännösvetolujuuden ominaisarvoksi By 66:n kaavoilla (3.1) ja (3.2). Jäännösvetolujuuden mitoitusarvo saadaan By 66 kohdan 3.5.2 mukaisesti kaavojen (3.3) ja (3.4) avulla.

Jäännösvetolujuuden mitoitusarvoa määritettäessä kertoimella ηf huomioidaan kuitujen suuntautuminen, joka riippuu rakenteen valu- ja kuormitussuunnasta. Kertoimen arvo on aina ηf ≥ 0,5. Vaakasuoraan valetuille rakenteille, joiden leveys > 5 x poikkileikkauksen korkeus, kertoimen ηf arvoksi voidaan asettaa 1,0. Muiden rakenteiden tapauksessa voidaan valita alarajaa korkeampi arvo (0,5 < ηf ≤ 1,0), kun huomioidaan kappaleen mitat, kuitupituus ja valuprosessi.

Jäännösvetolujuuden mitoitusarvoon vaikuttaa kaavassa (3.3) myös muuntokerroin ηdet, jonka avulla otetaan huomioon rakenteen staattisen määräämättömyyden asteen vaikutus. Kertoimen käyttö perustuu siihen, että staattisesti määräämättömissä rakenteissa rasitusten uudelleenjakautuminen on mahdollista. Lisäksi todennäköisyys sille, että useassa tarkasteltavassa poikkileikkauksessa esiintyy alhainen lujuustaso, on pienempi kuin tarkasteltaessa yksittäistä poikkileikkausta (staattisesti määrätyt rakenteet). Laattojen tapauksessa jännitysten uudelleen jakautumiseen on enemmän mahdollisuuksia kuin palkkirakenteilla. Alla olevan By 66 taulukon 3.2 mukaisia arvoja, jotka ovat suurempia kuin 1, voidaan käyttää vain sitkeysluokissa c-e.

 

Jännitys-muodonmuutosyhteydet rakenneanalyysia ja poikkileikkausten suunnittelua varten

Poikkileikkauksen suunnittelussa voidaan käyttää erilaisia jännitys-muodonmuutossuhteita riippuen analyysin tyypistä ja vaaditusta tarkkuudesta. Murtorajatilan (MRT) tarkastelussa voidaan käyttää jompaa kumpaa alla olevien kuvien mukaista menettelyä. Jälkimmäisen kuvan mukainen menetelmä on tarkoitettu tarkempaan mitoitukseen, sillä ensimmäisen kuvan mukaisessa menetelmässä lujuutta fftd,R1 ei hyödynnetä.

Alla olevan kuvan mukaista lineaarisesti muuttuvaa (nousevaa tai laskevaa) vetojännityskuvaajaa voidaan käyttää sovelluksissa, jotka vaativat tarkempia laskelmia. Myötölujittuvan kuitubetonin jännitys-venymäkuvaaja on nouseva välillä εct - εftu. 

 

5. rakenneanalyysi

Teräskuitubetonirakenteiden rakenneanalyysi voidaan suorittaa käyttäen kimmoteoriaa tai plastisuusteoriaa. Plastisuusteoriaa käytettäessä rakenteen sitkeys ja kiertymiskyky tulee varmistaa By 66 kohtien 5.6.2 - 5.6.3 mukaisesti.

 

6. murtorajatilan mitoitus

taivutus- ja normaalivoima

Teräskuitubetonipoikkileikkauksen taivutuskestävyyden määrittämiseen murtorajatilassa voidaan By 66:n kohdan 6.1 mukaisesti käyttää alla olevassa kuvassa esitettyjä muodonmuutos- ja jännitysjakaumia.

Kuvan mukaiset muodonmuutos- ja jännitysjakaumat halkeilleiden betonipoikkileikkausten suunnitteluun (kuitubetoni tankoraudoituksen kanssa tai ilman) ovat:

  1. a) yleinen jännitysjakauma
  2. b) ja c) yksinkertaistettu jännitysjakauma murtorajatilan tarkastelua varten (voimassa vain, jos εft ≤ εftu ja εcu = 3,5 ‰).

Yleinen muodonmuutos-jännitysjakauma a) sisältää myös tapauksen, jossa Ast = 0 eli raudoituksena on pelkät teräskuidut eikä lainkaan tankoraudoitusta.

Murtorajatilan jännitys-venymäyhteydet poikkileikkauksen korkeuden suhteen ja niihin liittyvät kaavat on esitetty tarkemmin By 66:n liitteessä 1.

leikkaus ja vääntö

Teräskuitujen vaikutus leikkausraudoittamattoman rakenneosan leikkauskestävyyteen voidaan huomioida By 66:n kaavalla (6.2). Huomioitavaa on, että kaavassa esiintyy kertoimena poikkileikkauksen geometrinen raudoitussuhde ρ, joten leikkauskestävyyden VRd,cf kaava on voimassa vain tankoraudoitusta sisältäville poikkileikkauksille.

Jos rakenne ei sisällä tankoraudoitusta, voidaan leikkauskestävyyden minimiarvo VRd,c laskea SFS-EN 1992-1-1 kaavalla 6.2b pelkälle betonille, jolloin kuitujen vaikutusta ei oteta huomioon.

Vääntömitoituksessa kuitujen vaikutus voidaan huomioida vastaavasti niin, että standardin SFS-EN 1992-1-1 kaavassa 6.31 kestävyys VRd,c korvataan By 66 kaavan (6.2) mukaan lasketulla kestävyydellä VRd,cf.

lävistys

Leikkausraudoittamattomille tankoraudoitusta sisältäville kuitubetonilaatoille ja pilarianturoille on By 66:ssa esitetty lävistyskestävyyden mitoitusjännityksen laskemiseksi kaava (6.3).

Myös tankoraudoitusta sisältämättömille maanvaraisille laatoille ja pilarianturoille on lävistyskestävyyden mitoitusjännityksen laskentakaava (6.4). Tämä kaava perustuu Silfwerbrandin julkaisuun Punching Shear Capacity of SFRC Slabs on Grade (2000).

 

7. käyttörajatilan mitoitus

By 66 -julkaisun taulukossa 4 on esitetty suositellut halkeamaleveyden maksimiarvot wmax kuitubetonirakenteille, joissa tankoraudoitusta ei ole tai se toimii ainoastaan onnettomuusraudoituksena.

Halkeilun rajoittamisen osoittamiseksi on esitetty By 66:ssa seuraavat vaihtoehdot:
  • Halkeilun rajoittamiseksi vaadittavan vähimmäisraudoitusalan laskemiseksi (koskee rakenteita, jotka sisältävät sekä kuitubetonia että tankoraudoitusta)
  • Halkeilun rajoittaminen ilman suoraa laskentaa rajoittamalla tangon halkaisijavaihtoehtoja tai tankojakoa (koskee rakenteita, jotka sisältävät sekä kuitubetonia että tankoraudoitusta)
  • Halkeamaleveyksien laskenta
Lisäksi ohjeessa on annettu ohjeita taipuman rajoittamiseksi:

  • Tapauksille, jolloin laskentaa ei tarvitse tehdä (tankoraudoitusta sisältävät rakenteet)

  • Taipumien laskennallisen tarkistuksen avulla (tankoraudoitusta sisältävät rakenteet tai pelkästään kuituraudoitetut rakenteet).

 

8. raudoituksen ja jänteiden yksityiskohtien suunnittelu

Palkit

Palkkien osalta pääraudoituksen poikkileikkauksen vähimmäis- ja enimmäisalat määritetään By 66 -julkaisun kohdan 9.2.1.1 mukaisesti.

 
Laatat

Laattojen tapauksessa pääteräksille on voimassa samat kohdan 9.2.1.1 vaatimukset kuin palkeille. Pääterästen minimiehdon osalta pelkkien kuitujen käyttö on mahdollista, jos By 66 kaavassa 9.2 esitetty ehto täyttyy. Pilarilaatat ja muut kantavat teräskuitubetonirakenteet tulee kuitenkin lisäksi varustaa jatkuvan sortuman estävällä onnettomuusraudoituksella (APC = anti-progressive-collapse reinforcement), joka toteutetaan tankoraudoituksella (ks. kuitubetonin vaativuusluokat). Lisäksi laatassa käytettävän kuitubetonin tule täyttää taulukossa 2.1 esitetyt sitkeysluokkavaatimukset.

Onnettomuusraudoituksen määrä lasketaan laatalta tuelle tulevan kuorman mitoitusarvon perusteella. Onnettomuusraudoitus sijoitetaan laatan alapintaan ja raudoituksen tulee muodostaa laatassa jatkuva sidejärjestelmä (käytetään täyttä jatkospituutta). Mimimimäärä pilarilaatan onnettomuusteräksille on 3-T16 tukea kohden kunkin jänteen suunnassa.

Rakenteen tulee lisäksi täyttää myös standardissa SFS-EN 1991-1-7 esitetyt vaatimukset.

 

9. taivutuksesta aiheutuvien muodonmuutosten ja jännitysten laskenta

By 66 -julkaisun liitteessä 1 on esitetty vaihtoehtoisia yksinkertaistettuja laskentamenetelmiä sekä yleinen menetelmä poikkileikkauksen taivutusmitoitukseen.

L.1.1 Yksinkertaistettu menetelmä tavallista tankoraudoitusta sisältävälle kuitubetonille.

Menetelmä on voimassa vain tankoraudoitusta sisältävälle poikkileikkaukselle. Puristusjännitysjakaumana käytetään suorakaiteen muotoista jakaumaa. Puristusalueella oletetaan, että betoni on saavuttanut murtopuristuman εcu3. Vetoalue oletetaan halkeilleeksi, ja vedetyn osan muodonmuutoksien oletetaan olevan enintään murtovenymän suuruisia. 

L.1.2 Yksinkertaistettu menetelmä tankoraudoittamattomalle kuitubetonille.

Menetelmä on voimassa vain kuituvahvistetulle (ei sisällä tankoraudoitusta) poikkileikaukselle. Menetelmässä oletetaan, että puristusalueella olevan betonin puristusmuodonmuutokset ovat enintään murtopuristuman εcu3 suuruisia. Vetoalue oletetaan halkeilleeksi, ja venymä vetopuolella yhtä suureksi tai pienemmäksi kuin murtovenymä. Taivutuskestävyyden yläraja-arvoa laskettaessa voidaan puristusalueen x korkeudeksi olettaa aluksi 0,1 x h – 0,2 x h.

L.1.3 Yleinen menetelmä tankoraudoitetulle tai -raudoittamattomalle kuitubetonille.

Poikkileikkauksen kokonaistaivutusvaste (ts. momentti-kaarevuussuhde) voidaan määrittää numeerisella integroinnilla muuttamalla puristusrasitusta asteittain, kunnes εcu saavutetaan, ja laskemalla jokaisen askeleen kohdalla neutraaliakselin sijainti ja taivutuskapasiteetti.

 

10. teräskuitujen käytöllä saavutettavia hyötyjä

Teräskuitubetonilla voidaan saavuttaa mm. seuraavia hyötyjä:

Taivutuskapasiteetin lisääminen
Voimakkaasti myötölujittuvalla teräskuitubetonilla rakenteen taivutuskapasiteetti voidaan saada jopa 30 % rakenteen halkeamakapasiteettia suuremmaksi.

Lävistyskapasiteetti
Käyttämällä teräskuitubetonia, rakenteen lävistyskapasiteettia voidaan nostaa jopa yli 50 % verrattuna pelkällä betonilla saavutettavaan poikkileikkauksen lävistyskapasiteettiin nähden.

Raudoitustyömäärän pieneneminen
Teräskuitubetonin käytön myötä raudoitustyö vähenee ja voidaan saavuttaa etua työkustannuksissa sekä aikataulussa.

 

11. soveltuvia käyttökohteita

Soveltuvia käyttökohteita ovat erityisesti laattamaiset rakenteet, kuten maanvaraiset laatat, paalulaatat ja kohtuullisesti kuormitetut jatkuvat kantavat laatat. Lisäksi kuidut soveltuvat käytettäväksi pääosin pystykuormitetuissa seinärakenteissa sekä yleisesti pääosin kutistumaraudoitetuissa rakenteissa.

Kuituja voidaan eri sovelluksissa käyttää yksinään tai yhdessä tavanomaisten raudoitteiden kanssa. Esimerkiksi laattojen tapauksessa tukimomentin alueella teräskuitubetonin taivutuskapasiteettia voi olla järkevää lisätä harjatangoilla sen sijaan, että pelkällä kuiduilla tehtäisiin kauttaaltaan paksumpi tai korkeamman kuitumäärän sisältävä rakenne.

Soveltuvia käyttökohteita on eritelty tarkemmin osiossa Kantavat kuitubetonirakenteet ja julkaisussa by 66a.

 

palaa sivun alkuun

 

 

Aiheeseen liittyvää kirjallisuutta

By 66 Teräskuitu­betonirakenteiden suunnitteluohje

2018
by 66a Kantavan teräskuitu­betonirakenteen laadunvalvonta sekä työmaan toiminta- ja valuohje

2021