Kuitubetonisten liittopilareiden ja -paalujen mitoittaminen ja käyttömahdollisuuksien arviointi

Abstract

Teräskuitubetonin suunnitteluun on Suomessa vain muutamia ohjeita tai suosituksia. Lisäksi kokemusta kuitubetonin käytöstä liittorakenteisessa pilareissa tai paaluissa on vähän saatavilla. Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää, mitä kuitubetoni on, ja onko siitä hyötyä liittorakenteessa. Lisäksi työssä selvitetään kuitubetonin vaikutus rakenteen kestävyyteen ja sillä saatavaan hyötyyn. Liittorakenteella tarkoitetaan betonitäytteistä teräsputkea.

Työssä perehdytään teräskuitubetonin mekaanisiin ominaisuuksiin. Lisäksi teoriaosassa esitellään kuitubetonin sekä liittorakenteisen pilarin ja paalun mitoitusmenetelmät eurokoodien vaatimusten mukaisesti. Työn kokeellisessa osassa pohditaan kuitubetonin soveltuvuutta, ja tarkastellaan kuitubetonin vaikutusta liittorakenteen mitoituskestävyyteen. Työssä keskitytään teräskuitubetoniin sekä paalupoikkileikkausten liittorakennemitoitukseen. Mitoitustarkastelut laaditaan Eurokoodi 4: mukaisella yksinkertaistetulla menetelmällä.

Työn tuloksena saatiin selvitys kuitubetonin ominaisuuksista ja mitoitusmenetelmistä. Kuitubetonirakenteiden mitoitukseen voidaan soveltaa kahta menetelmää: RILEM TC 162-TDF ja FIB Model Code 2010:n mukainen menetelmä. Molemmat menetelmät soveltuvat Eurokoodi 4 mukaiseen liittorakenteen mitoitukseen. Kuitubetonilla voidaan lisätä liittorakenteen poikkileikkauksen kestävyyttä. Parhaiten kuiduilla saadaan hyötyä liittorakenteessa, kun betonin ja teräksen poikkipinta-alojen suhde on suuri. Kuiduilla on mahdollista kasvattaa liittorakenteen taivutusjäykkyyttä. Lisätutkimusta tulee tehdä, mikäli tätä suurempaa jäykkyyttä halutaan hyödyntää. Diplomityön avulla voidaan kuitubetonia soveltaa liittorakenteeseen. Kuitujen vaikutus on kuitenkin pieni, joten kuitubetonin käytön kannattavuus voi olla kyseenalainen.

There are very few instructions or recommendations in Finland for the design of steel fibre reinforced concrete (SFRC). Furthermore, there is a little experience available from the use of SFRC in the composite of steel and concrete column or pile. The objective of this thesis is to investigate what SFRC is and how it can be utilised in composite structures. Also, the effect of SFRC on the strength of composite structures is investigated.

In this thesis, the mechanical properties of SFRC are examined and, furthermore, the design methods of fibre reinforced concrete and composite structured columns and piles are presented in accordance with the requirements of Eurocodes. In the experimental part of the work the suitability of fibre concrete is contemplated, and the effect of SFRC on the design strength of a composite structure is examined. The focus of this thesis is on SFRC and on the composite design of steel and concrete. The design examinations are made with Eurocode 4 and its simplified design method.

A report on the properties and design methods of SFRC was obtained as a result of the thesis. SFRC can be designed in accordance with RILEM TC 162-TDF or FIB Model Code 2010. Both methods are suitable for the composite structure design under Eurocode 4. SFRC can be used to increase the cross-sectional strength of composite structures, and it gives the best effect to a composite structure when the ratio of the cross-sectional areas of concrete and steel is big. With the fibres, it is possible to increase the bending stiffness of a composite structure a little. The thesis can be used to adapt SFRC for composite structures. However, the effect of fibres is small, so the profitability of using SFRC can be questionable.