Teräsrakenteisen kevyen liikenteen sillan päällysrakenteiden tyyppisuunnitelman kehittäminen

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää teräsrakenteisen ja puukantisen kevyen liikenteen sillan tyyppiratkaisuja. Työssä etsitään kustannustehokasta sillan kokonaisratkaisua, joka täyttää sille asetetut mukavuusvaatimukset. Erityisesti tarkastella tyyppisillan pituuden ja leveyden vaikutusta kansirakenteiden rakennevahvuuksiin, sekä selvitetään, milloin jalankulkijoiden mukavuusvaatimuksia on tarpeellista tutkia. Sillan puisen kansirakenteen mitoitusta tarkastellaan sekä yksinkertaisen palkkimallin mukaan, että ortotrooppisen materiaalin teorialla. Sillan pääpalkit mitoitetaan palkkimallin mukaan ja sillan värähtelyä tarkastellaan käsinlaskentakaavoja käyttäen.

Sillan leveyden muutoksella ei havaittu olevan suurta vaikutusta kannen ja pääpalkkien mitoitukseen murtorajatilassa, kun palkkien välit pidetään vakiona. Puukannen mitoituksessa palkkimalli antoi voimasuureille suurempia arvoja. Liikennekuormista mitoittavimmaksi osoittautui huoltoajoneuvon kuormitus. Pääpalkkien mitoittava tekijä oli kiepahduskestävyys. Laskentojen mukaan pisimmillä jänneväleillä sillan ominaistaajuus laski niin matalaksi, että tarkempia värähtelyherkkyyden analyysejä on tarpeellista käyttää.

The goal of this master’s thesis is to develop type design of a pedestrian bridge with steel superstructure and timber deck. The purpose is to find a cost-effective structural solution for the bridge so that the required comfort level can be reached. In particular, the goal is to analyze how the length and width of the bridge influences the requirements for material strength in the superstructure and to find out when it is necessary to assess the pedestrian comfort more carefully. Analysis and dimensioning of the timber deck is carried out by classical beam theory and the orthotropic plate theory. Classical beam theory is used in dimensioning of the primary beams and vibration analysis of the bridge is performed by manual calculations.

If spacing between the main beams remains the same, the width of the bridge does not have a significant effect on the design of the deck and steel structures in the ultimate limit state. The alternative analyzes gives different results. Classical beam theory gives bigger values for forces and moments in design of the timber deck. The controlling traffic load is the service vehicle. The critical design verification for the primary steel beams is lateral torsional buckling. According to calculations, the natural frequency of the longest bridge is so low that it is necessary to use more accurate analyzes for vibration sensitivity.