ruukki hitsatut profiilit käsikirja...

HITSATUT PROFIILIT

1

HITSATUT PROFIILITEN 1993 -käsikirja

2010

HP_LUKU_.FM Page 1 Wednesday, August 25, 2010 9:19 AM

HITSATUT PROFIILIT

2

Uudistettu 3. painos

ISBN

978-952-5010-02-2

Käsikirjoitus

DI Petri Ongelin, DI Ilkka Valkonen

Taitto

Graafinen Palvelu Martti Lepistö

Painopaikka

Otavan Kirjapaino Oy, Keuruu 2010

Kustantaja

Rautaruukki Oyj


HITSATUT PROFIILIT

3

ESIPUHE

Tämä käsikirja on tarkoitettu hitsattujen rakenteiden suunnitteluohjeeksi ja oppikirjaksi. Kirjaperustuu ensisijaisesti yhteiseurooppalaiseen teräsrakenteiden suunnitteluohjeeseen Euro-code 3:een (EN 1993). Kirjassa on otettu huomioon myös vuonna 2009 ja sitä ennen julkaistutEurocoden eri osien korjausosat (AC, Amendment Corrigendum). Käsikirjassa esitetyt mitoitu-sohjeet on tarkoitettu pääasiassa talonrakenteiden suunnitteluun.

Kirjan painopiste on selkeästi rakennesuunnittelussa, mutta kirjassa käsitellään lyhyesti myösteräsrakenteiden konepajateknistä valmistusta, kuljetusta ja asennusta. Hitsattujen profiilienkonepajavalmistuksesta esitetään teräsrakennesuunnittelijalle oleelliset asiat pohjautuen stan-dardiin EN 1090, jotta suunnittelussa voidaan ottaa valmistuksen vaatimukset huomioon. Euro-code 3:ssa esitetyt suunnitteluohjeet ovat voimassa teräsrakenteille, jotka valmistetaan stan-dardin EN 1090 mukaisesti.

Käsikirja korvaa edellisen teoksen (2005), joka perustui tuolloin suunnittelukäytössä olleeseenEurocoden ENV-versioon. Vaikka EN-Eurocoden ohjeet ovat perusperiaatteiltaan pitkälti pysy-neet samoina kuin ENV-versiossakin, on tapahtunut paljon myös muutoksiakin. Kumpikin suun-nittelujärjestelmä on oma kokonaisuutensa, jonka eri osia ei saa yhdistellä toisiinsa.

Kirjan perusrakenne on säilytetty samanlaisena kuin edellisessä painoksessa, joten lukija löy-tää asiat totutuista kohdista ja pystyy helpommin hahmottamaan ohjeissa tapahtuneet muutok-set. Samoin laskuesimerkit on säilytetty sinällään samoina, mutta tietenkin EN-Eurocode-jär-jestelmään sovitettuina, joten ohjeissa tapahtuneiden muutosten konkreetit vaikutukset on tar-vittaessa helppo havaita vertaamalla tuloksia aikaisemman käsikirjan esimerkkeihin.

Käsikirjan on kirjoittanut DI Petri Ongelin: Luvut 1-7 ja DI Ilkka Valkonen: Luvut 8-10. Kirjan te-kemisessä ovat avustaneet ins. opisk. Kaisa Saari ja ins. opisk. Heikki Hokkanen. Kirjan tar-kastukseen ovat osallistuneet DI Jouko Kouhi, DI Jouko Kansa, DI Jan Jensén, KTM Mikko Ali-nikula, ins. Sakari Silvennoinen (teräslajit), TkT Jyri Outinen (palomitoitus) ja DI Unto Kalamies(EN 1090: teräsrakenteiden toteutus, CE-merkintä). Kirjan on taittanut Graafinen Palvelu MarttiLepistö. Kirjan on painanut ja sitonut Otavan Kirjapaino Oy.

Käsikirjan sisältöön liittyvät kommentit ja parannusehdotukset ovat tervetulleita.

Hämeenlinnassa 30.6.2010

RAUTARUUKKI OYJ

Käsikirjassa esitetyt ohjeet on otettu sisällöltään laajemmista viitestandardeista, joten käsikir-jan ohjeet eivät näin ollen välttämättä sisällä kaikkia eri tilanteissa tarvittavia asioita. Suunnit-telussa käytettävät viralliset ohjeet on tarkastettava voimassa olevista alkuperäisistä standar-deista. Käsikirjan sisällön oikeellisuus on tarkastettu huolellisesti. Rautaruukki Oyj ja tekijät ei-vät kuitenkaan vastaa mahdollisista virheistä tai käsikirjan käytöstä aiheutuneista välittömistätai välillisistä vahingoista. Käsikirjan tiedot ovat ohjeellisia, joten käyttäjän on varmistettava tu-losten oikeellisuus tarkistuslaskelmin. Oikeudet muutoksiin pidätetään.


HITSATUT PROFIILIT

4

SISÄLLYS

ESIPUHE ..................................................................................................................

3

JOHDANTO ..............................................................................................................

10

1. HITSATUN PROFIILIN VALMISTUS JA VALINTA...................................................

111.1 Hitsatun profiilin poikkileikkaukset ............................................................................ 111.2 Valmistus ja ja mittasuositukset ................................................................................ 131.3 Käytettävät materiaalit............................................................................................... 13

1.3.1 Rakenneteräkset ......................................................................................... 131.3.1.1 Seostamattomat rakenneteräkset ................................................. 161.3.1.2 Hienoraerakenneteräkset ............................................................. 181.3.1.3 Ilmastokorroosiota kestävät rakenneteräkset................................ 201.3.1.4 Nuorrutetut lujat rakenneteräkset ................................................. 22

1.3.2 Eurocoden materiaalivaatimukset ja rakenneterästen nimelliset lujuudet ... 231.3.2.1 Lujuusluokat S235-S460.............................................................. 241.3.2.2 Lujuusluokat S500-S700.............................................................. 27

1.3.3 Materiaalivakioiden mitoitusarvot ................................................................ 291.3.4 Ainestodistukset .......................................................................................... 29

1.4 Poikkileikkauksen ja teräslujuuden valinta ................................................................ 311.4.1 Poikkileikkauksen valinta ............................................................................. 311.4.2 I-profiilin korkeuden ja mittojen valinta......................................................... 32

1.4.2.1 Poikkileikkausluokan 3 mukainen I-profiili..................................... 331.4.2.2 Ohutuumainen I-profiili.................................................................. 381.4.2.3 Ohutuumaisen ja PL3 mukaisen I-profiilin keskinäinen vertailu.... 44

1.4.3 Teräksen lujuusluokan valinta...................................................................... 451.5 CE-merkintä.............................................................................................................. 52

1.5.1 Levymateriaalin CE-merkintä ...................................................................... 561.5.2 Hitsatun profiilin CE-merkintä ...................................................................... 58

1.6 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 67

2. HITSATUN PROFIILIN KESTÄVYYS .......................................................................

712.1 Rajatilamitoitus ja osavarmuusluvut.......................................................................... 712.2 Sauvan akselisto ...................................................................................................... 772.3 Poikkileikkausluokat .................................................................................................. 772.4 Tehollinen poikkileikkaus poikkileikkausluokassa 4 .................................................. 86

2.4.1 Tehollinen poikkileikkaus murtorajatilassa................................................... 902.4.2 Tehollinen poikkileikkaus käyttörajatilassa................................................... 92

2.5 Leikkausviiveilmiön (shear-lag) vaikutus sauvojen mitoitukseen .............................. 972.6 Normaalivoiman kuormittaman profiilin kestävyys .................................................... 102

2.6.1 Vetokestävyys.............................................................................................. 1022.6.2 Puristuskestävyys (ilman nurjahdusta) ........................................................ 1062.6.3 Nurjahduskestävyys..................................................................................... 107

2.7 Taivutusmomentin kuormittaman profiilin kestävyys ................................................. 1162.7.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2........................................................................... 1162.7.2 Poikkileikkausluokka 3................................................................................. 1192.7.3 Poikkileikkausluokka 4................................................................................. 1212.7.4 Reikien vaikutus taivutuskestävyyteen ........................................................ 1252.7.5 Taivutuskestävyys kahden akselin suhteen ................................................. 126

2.7.5.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2 ............................................................ 1262.7.5.2 Poikkileikkausluokka 3 .................................................................. 1272.7.5.3 Poikkileikkausluokka 4 .................................................................. 127

2.7.6 Laipan taipumisesta johtuva lommahdus .................................................... 1282.7.7 Hybridipalkin taivutuskestävyys................................................................... 130

2.7.7.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2 ............................................................ 1302.7.7.2 Poikkileikkausluokka 3 .................................................................. 1332.7.7.3 Poikkileikkausluokka 4 .................................................................. 134


HITSATUT PROFIILIT

5

2.7.8 Kiepahduskestävyys.................................................................................... 1402.7.9 Kiepahduksen estäminen sauvan sivusuuntaisella tuennalla...................... 146

2.7.9.1 Tuentaväli heikomman akselin suhteen symmetrisellä I-profiililla. 1462.7.9.2 Sivusuuntainen tuenta, kun rakenne sisältää plastisia niveliä ...... 148

2.8 Leikkausvoiman kuormittaman profiilin kestävyys .................................................... 1522.8.1 Leikkauskestävyys....................................................................................... 1522.8.2 Leikkauslommahduskestävyys .................................................................... 154

2.9 Hitsatun profiilin vääntökestävyys............................................................................. 1632.9.1 Yleistä.......................................................................................................... 1632.9.2 Vääntökestävyyden ja jännitysten laskenta ................................................. 166

2.10 Hitsatun profiilin poikkileikkauksen kestävyys voimasuureyhdistelmille, kun sauvan nurjahdus ja kiepahdus on estetty ......................................................... 1742.10.1 Jännitysten rajoittaminen............................................................................. 174

2.10.1.1 Myötöehto (von Mises) ................................................................. 1742.10.1.2 Uuman jännitysten rajoittaminen (uuman hengittäminen) ............ 175

2.10.2 Leikkausvoima ja vääntömomentti .............................................................. 1762.10.2.1 Leikkausvoima ja vääntömomentti,

kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä............ 1762.10.2.2 Leikkausvoima ja vääntömomentti,

kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä............... 1762.10.3 Taivutusmomentti ja leikkausvoima ............................................................. 177

2.10.3.1 Taivutusmomentti ja leikkausvoima, kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä............ 177

2.10.3.2 Taivutusmomentti ja leikkausvoima, kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä............... 178

2.10.4 Taivutusmomentti, leikkausvoima ja vääntömomentti.................................. 1802.10.5 Taivutusmomentti ja normaalivoima ............................................................ 181

2.10.5.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2............................................................ 1812.10.5.2 Poikkileikkausluokka 3.................................................................. 1832.10.5.3 Poikkileikkausluokka 4.................................................................. 183

2.10.6 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima.................................... 1842.10.6.1 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima,

kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä............ 1852.10.6.1.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2......................................... 1852.10.6.1.2 Poikkileikkausluokat 3 ja 4......................................... 188

2.10.6.2 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima, kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä............... 189

2.10.7 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja vääntömomentti ........ 1892.10.7.1 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja

vääntömomentti, kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä....................................................................... 189

2.10.7.2 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja vääntömomentti, kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä....................................................................... 190

2.11 Hitsatun profiilin kestävyys voimasuureyhdistelmille, kun sauva voi nurjahtaatai kiepahtaa ............................................................................................................. 1942.11.1 Taivutusmomentti ja normaalivoima ............................................................ 1942.11.2 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima.................................... 2002.11.3 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja vääntömomentti ........ 201

2.12 Hitsatun profiilin pistekuormakestävyys.................................................................... 2072.12.1 Uuman poikittainen jännitys pistekuorman kohdalla ................................... 2072.12.2 Pistekuormakestävyys................................................................................. 2082.12.3 Pistekuorman yhteisvaikutus muiden voimasuureiden kanssa ................... 213

2.12.3.1 Jännitysten rajoittaminen.............................................................. 2132.12.3.2 Pistekuorma, taivutusmomentti ja normaalivoima ........................ 2132.12.3.3 Pistekuorma ja leikkausvoima ...................................................... 214

2.13 Hitsatun profiilin yksityiskohtia .................................................................................. 2192.13.1 Vaatimukset hitseille .................................................................................... 219


HITSATUT PROFIILIT

6

2.13.2 WQ-palkin alalaipan mitoitus ....................................................................... 2192.13.3 Pituussuunnassa jäykistetyn profiilin tehollinen poikkileikkaus ................... 226

2.13.3.1 Levymäisen käyttäytymisen kimmoteorian mukainenkriittinen jännitys ........................................................................... 2382.13.3.1.1 Yhdellä pitkittäisjäykisteellä jäykistetty levykenttä....... 2382.13.3.1.2 Kahdella pitkittäisjäykisteellä jäykistetty levykenttä..... 2392.13.3.1.3 Vähintään kolmella pitkittäisjäykisteellä jäykistetty

levykenttä.................................................................... 2402.13.4 Jäykisteet ja niihin liittyvät yksityiskohdat .................................................... 242

2.13.4.1 Yleistä ........................................................................................... 2422.13.4.2 Yleiset vaatimukset jäykisteiden vääntönurjahduksen

estämiseksi ................................................................................... 2432.13.4.3 Palkin normaalijännityksistä aiheutuvat vaatimukset .................... 245

2.13.4.3.1 Poikittaisjäykisteet....................................................... 2452.13.4.3.2 Pitkittäisjäykisteet ....................................................... 247

2.13.4.4 Palkin uuman leikkausjännityksistä aiheutuvat vaatimukset ......... 2482.13.4.4.1 Jäykät päätyjäykisteet ja ei-jäykät päätyjäykisteet ...... 2482.13.4.4.2 Poikittaiset välijäykisteet ............................................. 249

2.13.4.5 Poikittaisjäykisteen kestävyys aksiaalikuormalle ja palkin pistekuormalle .................................................................... 251

2.13.4.6 Jäykisteisiin liittyviä rakennedetaljeja............................................ 2532.13.4.6.1 Levyjen jatkokset ........................................................ 2532.13.4.6.2 Epäjatkuvien pitkittäisjäykisteiden etäisyys

poikittaisjäykisteistä .................................................... 2532.13.4.6.3 Jäykisteiden pienet reijät ............................................ 254

2.13.5 Aukollisen I-palkin kestävyys ....................................................................... 2682.13.5.1 Aukollisen I-palkin kestävyys,

kun uuman aukot sijaitsevat kaukana toisistaan........................... 2692.13.5.1.1 Vahvistamattomat aukot.............................................. 269

2.13.5.1.1.1 Aukon mitat ............................................ 2692.13.5.1.1.2 Poikkileikkausluokitus ............................ 2702.13.5.1.1.3 Pistekuormakestävyys ........................... 2722.13.5.1.1.4 Taivutuskestävyys aukon kohdalla ......... 2732.13.5.1.1.5 Kestävyys Vierendeel-mekanismin mukaiselle taivutukselle ......................... 2742.13.5.1.1.6 Leikkauskestävyys aukon kohdalla ........ 2772.13.5.1.1.7 Leikkauslommahduskestävyys aukon kohdalla ................................................. 277

2.13.5.1.2 Vahvistetut uuma-aukot .............................................. 2782.13.5.2 Aukollisen I-palkin kestävyys,

kun uuman aukot sijaitsevat lähellä toisiaan................................. 2812.13.5.2.1 Uuma-pilarin vaakasuuntainen leikkauskestävyys ..... 2822.13.5.2.2 Uuma-pilarin taivutuskestävyys .................................. 2832.13.5.2.3 Uuma-pilarin nurjahduskestävyys............................... 2842.13.5.2.4 Kestävyys Vierendeel-mekanismin mukaiselle

taivutukselle ................................................................ 2862.13.5.3 Aukkojen vaikutus I-palkin taipumaan........................................... 286

2.14 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 296

3. HITSATUN PROFIILIN KIINNITYKSET JA LIITOKSET

.......................................... 3013.1 Yleistä ....................................................................................................................... 3013.2 Liitosten luokitus ....................................................................................................... 3023.3 Rakenteen kokonaistarkastelu liitosten kannalta ...................................................... 3043.4 Liitosten kiertymiskyky .............................................................................................. 3063.5 Kiinnitykset................................................................................................................ 307

3.5.1 Ruuvikiinnitykset.......................................................................................... 3073.5.1.1 Aineet ja tarvikkeet ....................................................................... 307


HITSATUT PROFIILIT

7

3.5.1.2 Ruuvien lujuusluokat, koot, reikäkoot ja ruuvikiinnitysten yleisohjeet .......................................................... 313

3.5.1.3 Ruuvien sijoittelu .......................................................................... 3163.5.1.4 Ruuvikiinnitysten luokitus ............................................................. 319

3.5.1.4.1 Leikkausvoiman kuormittamat kiinnitykset ................. 3193.5.1.4.2 Vedon kuormittamat kiinnitykset ................................. 320

3.5.1.5 Voimien jakautuminen ruuveille .................................................... 3223.5.1.6 Vipuvoimat vedetyissä kiinnityksissä ............................................ 3233.5.1.7 Ruuvikiinnitysten kestävyydet....................................................... 326

3.5.1.7.1 Leikkauskestävyys ja reunapuristuskestävyys............ 3263.5.1.7.2 Vetokestävyys ja lävistymiskestävyys ......................... 3353.5.1.7.3 Yhdistetty leikkaus- ja vetokestävyys.......................... 3383.5.1.7.4 Liukumiskestävyys...................................................... 3383.5.1.7.5 Palamurtumiskestävyys .............................................. 340

3.5.2 Hitsauskiinnitykset ....................................................................................... 3423.5.2.1 Yleistä........................................................................................... 3423.5.2.2 Pienahitsit ..................................................................................... 343

3.5.2.2.1 Pienahitsin kestävyys, kun käytetäänkomponenttimenetelmää ............................................ 348

3.5.2.2.2 Pienahitsin kestävyys, kun käytetäänyksinkertaistettua menetelmää ................................... 353

3.5.2.3 Päittäishitsit................................................................................... 3573.5.2.4 Uuman ja laipan välinen hitsi ........................................................ 3593.5.2.5 HAZ-vyöhykkeen pehmeneminen S500-S700 terästen

hitsausliitoksissa........................................................................... 3613.6 Liitokset..................................................................................................................... 363

3.6.1 Profiilien jatkokset........................................................................................ 3633.6.2 Palkki-pilariliitokset ...................................................................................... 3863.6.3 Palkki-palkkiliitokset..................................................................................... 3893.6.4 Liitos perustuksiin........................................................................................ 401

3.6.4.1 Normaalivoiman kuormittaman pilarin liitos perustuksiin.............. 4043.6.4.2 Normaalivoiman ja taivutusmomentin kuormittaman pilarin

liitos perustuksiin .......................................................................... 4063.7 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 419

4. HITSATUN PROFIILIN VÄSYMISKESTÄVYYS

....................................................... 4254.1 Väsyttävä kuormitus.................................................................................................. 4254.2 Hitsatun rakenteen väsyminen.................................................................................. 4264.3 Jännityskertymä, vesisäiliömenetelmä ..................................................................... 4284.4 Hitsatun rakenteen väsymistarkastelun menetelmiä................................................. 4294.5 S-N-käyrien käyttö väsymistarkasteluissa ................................................................ 431

4.5.1 Vakioamplitudisen kuormituksen S-N-käyrät ............................................... 4314.5.2 Muuttuva-amplitudisen kuormituksen S-N-käyrät........................................ 432

4.6 Hitsatun rakenteen väsymiskestävyys nimellisten jännitysten perusteellaEurocoden mukaisesti .............................................................................................. 4354.6.1 Perusvaatimukset ........................................................................................ 4354.6.2 Luotettavuustarkastelut ............................................................................... 4364.6.3 Jännitysten laskenta .................................................................................... 4374.6.4 Jännitysvaihteluvälien laskenta ................................................................... 4384.6.5 Väsymislujuus.............................................................................................. 4394.6.6 Muunnetut väsymislujuudet ......................................................................... 440

4.6.6.1 Jännitysvaihtelu puristuspuolella .................................................. 4404.6.6.2 Koon vaikutus ............................................................................... 441

4.6.7 Todentaminen väsymisen suhteen .............................................................. 4424.7 Väsyttävästi kuormitetun rakenteen suunnittelu........................................................ 461

4.7.1 Hitsausliitosten suunnittelu .......................................................................... 4614.7.2 Ruuviliitosten suunnittelu............................................................................. 462

4.8 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 463


HITSATUT PROFIILIT

8

5. HITSATUN PROFIILIN HAURASMURTUMAN JA LAMELLIREPEILYNESTÄMINEN .............................................................................................................

4655.1 Haurasmurtuma ...................................................................................................... 4655.2 Haurasmurtuman estäminen Eurocoden mukaisesti ................................................ 4655.3 Lamellirepeily ............................................................................................................ 4705.4 Lamellirepeilyn estäminen Eurocoden mukaisesti .................................................... 4735.5 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 477

6. HITSATUN PROFIILIN PALOMITOITUS..................................................................

4796.1 Palotilan lämmönkehitys ........................................................................................... 479

6.1.1 Standardipalo .............................................................................................. 4796.1.2 Parametrinen palomalli ................................................................................ 480

6.2 Teräksen lujuus ja kimmokerroin palotilanteessa...................................................... 4816.3 Teräksen lämpötilan kehittyminen............................................................................. 483

6.3.1 Suojaamaton sisällä oleva teräsrakenne ..................................................... 4846.3.2 Palosuojattu sisällä oleva teräsrakenne....................................................... 4866.3.3 Liitokset ...................................................................................................... 4876.3.4 Teräsosan poikkileikkaustekijä .................................................................... 489

6.4 Hitsatun profiilin kriittinen lämpötila .......................................................................... 4906.5 Palotilanteen kuormat ............................................................................................... 4926.6 Hitsatun profiilin kestävyys palotilanteessa............................................................... 495

6.6.1 Poikkileikkausluokitus palomitoituksessa .................................................... 4966.6.2 Palotilanteen mukaisten poikkileikkausluokkien 1-3 kestävyys................... 497

6.6.2.1 Vetokestävyys ............................................................................... 4976.6.2.2 Puristuskestävyys ......................................................................... 4976.6.2.3 Taivutuskestävyys......................................................................... 4996.6.2.4 Leikkauskestävyys........................................................................ 5016.6.2.5 Taivutusmomentin ja normaalivoiman yhteisvaikutus,

kun sauva voi nurjahtaa tai kiepahtaa........................................... 5016.6.3 Palotilanteen mukaisen poikkileikkausluokan 4 kestävyys .......................... 504

6.7 Liitosten kestävyys palotilanteessa........................................................................... 5046.7.1 Ruuviliitosten kestävyys............................................................................... 504

6.7.1.1 Leikkauskestävyys ja reunapuristuskestävyys.............................. 5046.7.1.2 Vetokestävyys ............................................................................... 505

6.7.2 Hitsausliitosten kestävyys............................................................................ 5066.7.2.1 Päittäishitsit................................................................................... 5066.7.2.2 Pienahitsit ..................................................................................... 506

6.8 Palosuojausmenetelmät............................................................................................ 5136.9 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 517

7. HITSATUN RAKENTEEN RAKENNESUUNNITTELU

............................................ 5197.1 Yleistä ..................................................................................................................... 5197.2 Luonnossuunnittelu ja urakkavaiheen suunnittelu .................................................... 519

7.2.1 Runkovaihtoehdot ja rakennemallit.............................................................. 5197.2.2 Urakkamuodot ja -asiakirjat ......................................................................... 519

7.3 Rakenteiden mitoitus ................................................................................................ 5207.3.1 Rakenteen kuormat ..................................................................................... 520

7.3.1.1 Oma paino ja hyötykuormat.......................................................... 5207.3.1.2 Lumikuorma.................................................................................. 5217.3.1.3 Tuulikuorma .................................................................................. 522

7.3.2 Rakenneosien mitoitus ................................................................................ 5247.3.2.1 Kuormayhdistelmät ....................................................................... 5257.3.2.2 Käyttörajatilan vaatimukset ........................................................... 5257.3.2.3 Rakennejärjestelmästä aiheutuvat fiktiiviset

lisäkuormat (lisävaakavoimat)....................................................... 5277.3.2.3.1 Kehän epätarkkuuden aiheuttamat vaakavoimat ........ 5277.3.2.3.2 Jäykistettävän rakenteen aiheuttamat fiktiiviset

lisävaakavoimat jäykistysjärjestelmälle ....................... 532


HITSATUT PROFIILIT

9

7.3.2.4 Kehän kimmoteorian mukainen mitoitus....................................... 5347.3.3 Rakenteen jäykistäminen ............................................................................ 540

7.4 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 542

8. KONEPAJAVALMISTUS

.......................................................................................... 5458.1 Yleistä .................................................................................................................... 545

8.1.1 Yleiset vaatimukset valmistajalle ................................................................. 5458.1.2 Toteutuseritelmä .......................................................................................... 5458.1.3 Toteutusluokat ............................................................................................. 5458.1.4 Osien ja kokoonpanojen jäljitettävyys.......................................................... 549

8.2 Esikäsittelyasteet ...................................................................................................... 5498.2.1 Yleistä ...................................................................................................... 5498.2.2 Esipuhdistus ................................................................................................ 549

8.3 Leikkaus ja katkaisu.................................................................................................. 5498.4 Hitsaus...................................................................................................................... 550

8.4.1 Menetelmät.................................................................................................. 5508.4.2 Hitsien mitat................................................................................................. 5538.4.3 Hitsausvirheiden toleranssit ........................................................................ 553

8.5 Reijitys, muotoilu ja varustelu ................................................................................... 5558.5.1 Reijitys ja muotoilu ...................................................................................... 5558.5.2 Varustelu ..................................................................................................... 556

8.6 Valmistustoleranssit .................................................................................................. 5578.7 Pintakäsittelyt............................................................................................................ 573

8.7.1 Yleistä.......................................................................................................... 5738.7.2 Ympäristöluokat........................................................................................... 5748.7.3 Esikäsittely .................................................................................................. 5758.7.4 Korroosionestomaalaus............................................................................... 5758.7.5 Kuumasinkitys ............................................................................................. 577

8.8 Tarkastukset.............................................................................................................. 5798.8.1 Mitta- ja muototarkastukset ......................................................................... 5798.8.2 Hitsien tarkastukset ..................................................................................... 579

8.8.2.1 Ainetta rikkomattomat menetelmät ............................................... 5798.8.2.2 NDT-menetelmien tarkastuslaajuus.............................................. 5818.8.2.3 Ainetta rikkovat menetelmät ......................................................... 582

8.8.3 Pintakäsittelyn tarkastus.............................................................................. 5828.9 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 584

9. KULJETUS

............................................................................................................... 5879.1 Tiekuljetuksen mitta- ja painorajat sekä kuljetusluvat ............................................... 5879.2 Rautatiekuljetus ........................................................................................................ 5889.3 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 588

10. ASENNUS

................................................................................................................ 58910.1 Yleistä ....................................................................................................................... 58910.2 Asennustoleranssit ................................................................................................... 58910.3 Ruuviliitokset............................................................................................................. 598

10.3.1 Yleistä.......................................................................................................... 59810.3.2 Ruuviliitosten asentaminen ......................................................................... 599

10.3.2.1 Esijännittämättömien ruuvien asentaminen.................................. 59910.3.2.2 Esijännitettävien ruuvien asentaminen ......................................... 599

10.4 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 601

11. LIITTEET

.................................................................................................................. 603Liite 11.1 EUROCODE-järjestelmä ja EN 1090 ........................................................ 603

11.1.1 Eurocode 1: Rakenteiden kuormat ............................................... 60411.1.2 Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu.................................... 60411.1.3 EN 1090: Teräs- ja alumiinirakenteiden toteutus........................... 605


HITSATUT PROFIILIT

10

JOHDANTO

Hitsatuista teräsprofiileista voidaan valmistaa keveitä ja muunneltavia rakenteita. Profiili voi-daan valmistaa kuhunkin käyttökohteeseen siten, että materiaalimenekki on mahdollisimmanoptimaalinen. Vaikka suunnittelijalla on mahdollisuus valita profiili tietyn kokoiseksi, suositelta-vat levykoot ja valmistussarjat on kuitenkin syytä ottaa huomioon. Tämä johtaa taloudellisem-paan valmistukseen, koska samankokoiset profiilit voidaan valmistaa samoilla valmistusase-tuksilla.

Hitsaamalla voidaan valmistaa epäsymmetrisiä profiileja, joita käytetään usein esimerkiksi nos-turiratapalkkeina. Lisäksi epäsymmetrisiä profiileja käytetään usein liittorakenteissa, kuten esi-merkiksi silloissa. Erikoistapauksissa voidaan valmistaa myös hybridipalkkeja, vaikka normaa-listi hitsatut profiilit valmistetaan S355-lujuusluokan teräksestä. Hybridipalkin laipat valmiste-taan lujemmasta teräksestä kuin uuma. Tällä ratkaisulla voidaan pienentää materiaalikustan-nuksia, koska uuman ja laippojen vahvuudet voidaan optimoida erikseen.

Palkin uuma voidaan leikata siten, että saadaan aikaan halutun suuruinen esikorotus. Esikoro-tuksella pystytään kompensoimaan pysyvän kuormituksen aiheuttama taipuma. Tämä on mer-kittävä etu, jos palkin jänneväli on pitkä ja pysyvän kuormituksen osuus suhteessa kokonais-kuormitukseen on suuri.

Hitsatun profiilin valmistuksessa voidaan käyttää tehokkaasti hyväksi automaattisia NC-linjoja.Osa teräsrakenteiden suunnitteluun tarkoitetuista ohjelmista tuottaa työstökoneita ohjaavia tie-dostoja, joiden avulla esimerkiksi levyosat polttoleikataan ja kiinnittimien reiät porataan auto-maattisesti. Myös profiilin päät muotoillaan ja kiinnittimien reiät porataan automaattisesti.

Teräs on kierrätettävä materiaali. Teräsrunko voidaan käytön jälkeen purkaa ja sulattaa ja siitävoidaan valmistaa uusia rakenteita. Purkaminen onnistuu helposti, jos on käytetty ruuviliitoksia.Maailmanlaajuisesti 60 % teräksestä valmistetaan kierrätetystä materiaalista. Valmistukseenkuluu tonnia kohden viidesosa siitä energiamäärästä, mikä vaaditaan malmista tehtävän teräk-sen valmistukseen.

Käsikirjan mitoitusohjeet perustuvat Eurocode 3:een (EN 1993), joka on yhteiseurooppalainenteräsrakenteiden suunnittelustandardi. Eurocode 3:ssa esitetyt suunnitteluohjeet ovat voimas-sa teräsrakenteille, jotka valmistetaan standardin EN 1090 mukaisesti. Eurocodesta käytetäänsen eri osia ja liitteitä. Käsikirjassa on otettu huomioon myös vuonna 2009 ja sitä ennen julkais-tut Eurocoden eri osien korjausosat (AC, Amendment Corrigendum). Eurocode-järjestelmää onselostettu tarkemmin liitteessä 11.1.

Käsikirjan laskuesimerkit perustuvat Eurocoden pe-rusolettamuksiin ja suositusarvoihin, ellei toisin mainita.

Eurocodea on aina käytettävä yhdessä kyseisen Eurocoden osan kunkin maan kansal-lisen liitteen kanssa (= NA, National Annex).

Käsikirjassa on erikseen esitetty Suomen kan-sallisessa liitteessä annetut ohjeet kunkin käsiteltävän asian kohdalla silloin, kun kyseinen asiakuuluu kansallisten valintojen piiriin.

Aikaisempaan ENV-Eurocodeen verrattuna EN-Eurocode sisältää ohjeet myös lujuusluokkienS500-S700 teräksille, joten myös ne otettu mukaan tähän käsikirjaan. Lujuusluokkien S500-S700 teräkset tarjoavat mahdollisuuden kustannussäästöihin ja entistä kevyempiin rakentei-siin, mutta lujuusluokkien S235-S460 teräksiin verrattuna niihin myös kohdistuu rakennesuun-nittelussa huomioon otettavia lisäehtoja ja rajoituksia. Mahdolliset lisäehdot ja rajoitukset ontässä käsikirjassa esitetty erikseen kulloinkin käsiteltävänä olevan asian yhteydessä.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

11

1. HITSATUN PROFIILIN VALMISTUS JA VALINTA

1.1 Hitsatun profiilin poikkileikkaukset

Hitsattujen profiilien poikkileikkauksia on esitetty kuvissa 1.1 ja 1.2.

Kuva 1.1

Hitsattujen profiilien poikkileikkauksia, joiden mitoitusohjeet löytyvät tästä käsikirjasta

Kuvan 1.1a I-profiili (WI-profiili) on yleisin ja suositeltavin profiilimuoto. Sitä käytetään normaa-listi erilaisina kannattajina talonrakenteissa sekä teollisuusrakentamisessa. Leveälaippaisenase soveltuu myös hyvin pilariksi. Epäsymmetristä I-profiilia (kuva b) käytetään nosturiratapal-keissa, siltapalkeissa ja liittorakenteen kannatinpalkeissa. I-profiilia käytetään yleisesti myöskoneenrakennuksessa.

Välipohjapalkin korkeus on yleensä rajoitettu, jolloin profiili optimoidaan levypaksuuksien jalaipan leveyden suhteen. Jos palkin korkeutta ei ole rajoitettu, I-palkki voidaan tehdä ns. ohut-uumapalkkina. Ohutuumapalkki on korkea ohutuumainen palkki, jota käytetään yleensä kat-tokannattajana. Ohutuumapalkin mitoituksessa hallitsevia ilmiöitä ovat stabiiliusilmiöt, kutenuuman lommahdus ja palkin kiepahdus.

Kuvan 1.1c koteloprofiilia (WB-profiili) käytetään sekä pilarina että palkkina. Kotelopilarin nur-jahduskestävyys saadaan tarvittaessa samansuuruiseksi molempien pääakselien suhteen ta-pahtuvalle nurjahdukselle. Kotelopilareita käytetäänkin raskaasti kuormitettuina pilareina. Jospoikkileikkaukseen kohdistuu suuri vääntörasitus, koteloprofiili on edullinen poikkileikkaus, kos-ka kotelopoikkileikkauksen vääntöjäykkyys on moninkertainen I-poikkileikkaukseen verrattuna.

Kuvan 1.1d WQ-profiilia käytetään välipohjapalkkina. Leveä alalaippa kannattaa välipohjaa,esim. ontelolaatastoa. Palkki valmistetaan välipohjan korkuisena ja se jää piiloon, eikä näin ol-len kasvata rakennekorkeutta. Profiilin palosuojattavaksi pinnaksi jää ainoastaan alalaippa. Ku-van 1.1e epäsymmetristä WQ-profiilia käytetään välipohjaa kannattelevana reunapalkkina.

a) b)

c) d) e)


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

12

Kuva 1.2

Hitsattujen profiilien poikkileikkauksia, joiden mitoitusohjeita ei löydy tästä käsikirjasta

Tekstissä esiintyvät profiilien merkinnät perustuvat SteelBase-projektin [1] mukaisiin suosituk-siin kuvan 1.3 mukaisesti.

Kuva 1.3

Hitsattujen profiilien merkintätavat

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyy�

��

yyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy��

yyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyy


��yyyyyyyyyyyyyyyyyy��

��

yyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy�

��

yyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

b

b b2

b

b1

b1

b2

b

b2 b2

b1

b1

h

h

h

h

h

h

tw

twtw

twtwtw

tw

t f t f2

t f2 t f2

t f1t f

t f1t f1

t f1

t f2

tw

c

c

t ft f

c

Hitsattu I-profiili: Symmetrinen WIh - tw - tf × b WI600 - 6 - 15 × 200Epäsymmetrinen WIh - tw - tf1 × b1 - tf2 × b2 WI800 - 12 - 30 × 450 - 25 × 300

Hitsattu koteloprofiili: Symmetrinen WBh - tw - tf × b/c WB600 - 10 - 15 × 200/25Epäsymmetrinen WBh - tw -tf1 × b1 - tf2 × b2/c WB600 - 10 - 20 × 400 - 15 × 300/25

WQ-profiili: Symmetrinen WQh - tw - tf1 × b1 - tf2 × b2 WQ265 - 5 - 15 × 240 - 12 × 450Epäsymmetrinen WQh - tw - tf1 × b1 - tf2 × b2/c WQ265 - 5 - 15 × 240 - 12 × 450/15


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

13

1.2 Valmistus ja mittasuositukset

Hitsatut profiilit valmistetaan kuumavalssatusta teräslevystä. Levyt suihkupuhdistetaan kone-pajassa, jonka jälkeen ne polttoleikataan profiilin uuman ja laippojen mittojen mukaan ja laip-pojen terävät särmät viistetään. Valmistusprosessissa uuma- ja laippalevyt asetetaan auto-maattisesti toisiinsa nähden halutulla tavalla ja ne hitsataan yhteen automaattisella jauhekaa-rihitsauslaitteistolla joko yksi- tai monilankamenetelmillä. Käytettäviä liitosmuotoja voivat ollapiena-, osatunkeuma- tai läpihitsaus.

Hitsauksen jälkeen profiileihin porataan reiät, päät muotoillaan ja profiilit varustellaan. Profiilitteräsraepuhalletaan pintakäsittelylinjalla ennen maalausta ja ne pintakäsitellään toimituskoh-taisten vaatimusten mukaisesti. Tarvittaessa profiilit voidaan kuumasinkitä. Hitsattujen profiilienkonepajavalmistusta käsitellään tarkemmin luvussa 8.

Seuraavassa esitettävät poikkileikkauksen osien mitat ovat suosituksia. Myös muun kokoistenrakenteiden valmistaminen on mahdollista. Valmistavan konepajan kanssa on syytä neuvotella,jos suosituksista poiketaan.

Suositeltavat levypaksuudet ovat:

5, 6, 8, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 25, 30, 35, 40, 50, 60, 80 ja 100 mm

Isoissa kohteissa levyt voidaan tilata terästehtaalta suoraan valssauksesta, jolloin levyjen pak-suudet voivat olla mitä tahansa. Suositussarjaa on syytä käyttää ohjeellisena lähtökohtana sil-loin, kun levyt tilataan tukkukauppiaalta. Käytännössä paksuusvalikoima vaihtelee riippuenteräslajista ja jälleenmyyyjästä.

Suositeltava maksimi uuman korkeus:

3300 mm (maksimi levyn valmistusleveys, korkeammat uumalevyt liitoshitsataan pituusjatko-na). Em. maksimileveyttä kapeampienkin levyjen saatavuus on kuitenkin syytä aina varmistaatapauskohtaisesti, sillä levyjen mittavalikoima vaihtelee terästehtailla ja tukkukauppiailla teräs-lajeittain.

Suositeltava maksimi laipan leveys:

Maksimi laipan leveys riippuu konepajan hitsauslaitteistosta. Konepajavalmistuksen kannaltasuositeltavat suurimmat leveydet ovat 700 mm ja siltapalkeilla 1200 mm.

1.3 Käytettävät materiaalit

1.3.1 Rakenneteräkset

Hitsattuja profiileja valmistetaan seostamattomista rakenneteräksistä, hienoraerakenneteräk-sistä, ilmastokorroosiota kestävistä eli ns. säänkestävistä teräksistä ja nuorrutusteräksistä. Ti-laajan toivomuksesta voidaan käyttää myös muita teräslajeja. Taulukossa 1.1 on esitettystandardin EN 10025 mukaisten seostamattomien rakenneterästen mekaaniset ominaisuudet


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

14

ja taulukossa 1.5 standardin EN 10025 mukaisten hienoraerakenneterästen mekaaniset omi-naisuudet. Standardin EN 10025 mukaisten ilmastokorroosiota kestävien terästen mekaanisetominaisuudet on esitetty taulukossa 1.8. Eri teräslajien saatavavuus saattaa vaihdella markki-na-alueittain. Taulukoissa on lihavoitu ne teräslajit, joita valmistetaan Suomessa.

Kuumavalssatun teräksen toimitustila voi olla jokin seuraavista [3...7

]

:

• kuumavalssattu, as rolled (AR) • normalisoitu tai normalisointivalssattu, normalized (N) • termomekaanisesti valssattu, thermomechanically rolled (M) • nuorrutettu, quenched and tempered (Q).

Kuvassa 1.4 on esitetty kaavamaisesti eri toimitustiloissa valmistettavien terästen valssaus-prosesseja.

A B C D E F Gconventionalrolling

Ac3

MLETN air

water

Ms

TM TM

Ar3

TM+ACC

Ar1

TM+DQ

AC

QST

“As rolled” + N + Q + T

not recr

recr

Time

Kuva 1.4

Eri toimitustiloissa valmistettavien terästen periaatteellisia valssauskaavioita [8]

Kuumavalssatussa toimitustilassa olevalle teräslevylle ei ole tehty lämpökäsittelyjä (kuva 1.4,kaavio A).

Normalisoitu teräslevy on lämpökäsitelty valssauksen jälkeen (kuva 1.4, kaaviot A+B). Norma-lisoinnissa teräksen raekoko pienenee ja mikrorakenne homogenisoituu. Kun raekoko piene-nee, teräksen lujuus kasvaa ja iskusitkeys paranee. Teräs kuumennetaan n. 920 ºC lämpötilaanja jäähdytetään vapaasti ilmassa, jolloin saavutetaan teräkseen normalisoitua tilaa vastaavatominaisuudet, jotka säilyvät myös mahdollisen uudelleen tehtävän normalisoinnin jälkeen. Uu-delleen tehtävä normalisointi voidaan suorittaa esimerkiksi kylmämuokkauksen jälkeen palaut-tamaan teräksen ominaisuudet kylmämuokkausta edeltäneelle tasolle.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

15

Normalisointivalssaus on valssausprosessi, joka nauhatuotteilla vastaa kvarttolevyille uunissatehtyä normalisointia. Normalisointivalssauksessa loppuvalssaus tehdään tietyllä lämpötila-alueella, jolloin materiaalin mekaaniset ominaisuudet vastaavat normalisoidun tuotteen ominai-suuksia myös mahdollisen uudelleen tehtävän normalisoinnin jälkeen. Tuotteen pinnanlaatu onoleellisesti parempi kuin uunissa normalisoidun.

Tuotteiden jatkokäsittelyssä korkeassa lämpötilassa väärin tehty lämpökäsittely, kuten kuumillaoikaisu, voi johtaa mekaanisten ominaisuuksien huonontumiseen. Toimitustilan N tuotteet eivätole yhtä herkkiä ominaisuuksien huonontumiselle kuin muiden toimitustilojen tuotteet.

Termomekaanisessa valmistuksessa säädetään sekä valssauksen lämpötiloja että muokkaus-ta (kuva 1.4, vaihtoehdot D...G). Termomekaanisesti valssattu teräslevy jäähdytetään nopeute-tusti vesisuihkulla heti valssauksen jälkeen. Teräksen raekoko pienenee, sitkeys paranee jalujuus kasvaa.

Termomekaanisesti valssattujen terästen etuna normalisoituihin teräksiin on mm. alempi seos-aineiden määrä, parempi hitsattavuus alemman hiiliekvivalentin ansiosta sekä pienempi esi-lämmityksen tarve.

Termomekaanisesti valssatun teräksen lujuus alenee, jos se normalisoidaan. Sille sallitaan jän-nityksenpoistohehkutus (myöstö) lämpötila-alueella 530-580 ºC. Termomekaanisesti valssat-tuina toimitetut tuotteet eivät sovellu kuumamuovaukseen. Jo kuumennus lämpötilan 580 ºCyläpuolelle saattaa alentaa lujuutta [5]. Paikallinen kuumilla oikaisu voidaan kuitenkin suorittaaerityistä varovaisuutta noudattaen ohjeen [9] mukaisesti, kun otetaan huomioon siinä annetutlämpötilarajoitukset. Mikäli joudutaan käyttämään yli 580 ºC lämpötiloja, tai aiotaan suorittaakuumilla oikaisua, on syytä ottaa yhteys toimittajaan.

Nuorrutetut levytuotteet valmistetaan suorittamalla normalisoinnin ja vesisuihkulla suoritetunnopean suorasammutuksen jälkeen lopuksi päästö tyypillisesti n. 580-680 ºC lämpötilassa (ku-va 1.4, kaaviot A+C). Nuorrutetut teräkset on tarkoitettu käyttökohteisiin, joissa teräkseltä vaa-ditaan hitsattavuuden lisäksi suurempaa lujuutta kuin mihin muilla levytuotteilla päästään.Nuorrutetut teräkset eivät sovellu kuumamuovaukseen, sillä kuumavalssauksen yhteydessäsuoritettua lämpökäsittelyä on konepajalla vaikea toistaa [7]. Paikallinen kuumilla oikaisu voi-daan suorittaa erityistä varovaisuutta noudattaen ohjeen [9] mukaisesti, kun ei ylitetä lämpö-tilaa 550 ºC.

Ohjeita eri toimitustiloissa valmistettujen tuotteiden konepajakäsittelystä on annettu tuotestan-dardien ohella CEN:n Teknisessä raportissa CEN/TR 10347 [9], standardissa EN 1090-2 [11]sekä tämän käsikirjan luvussa 8.

Terästilauksen yhteydessä on mahdollisuus esittää optioita, joissa määritellään mm. että tuot-teen tulee täyttää standardin EN 10164 jonkin murtokuroumaluokan vaatimukset [12] tai vaati-mus teräksen soveltumisesta kuumasinkitykseen (piipitoisuus). Sen sijaan esim. hiiliekvivalen-tin enimmäisarvolle ei standardissa EN 10025 ole enää erikseen optiota, vaan se sisältyy auto-maattisesti ko. terästuotteiden määrittelyihin. Optiot on määritelty yksityiskohtaisesti terästuot-teiden standardeissa [2...7].


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

16

1.3.1.1 Seostamattomat rakenneteräkset

Taulukko 1.1

Standardin EN 10025-2 mukaiset seostamattomat rakenneteräkset. Mekaaniset ominaisuudet [3]

Taulukossa 1.1 esitettyjen standardin EN 10025-2 mukaisten terästen nimike muodostuukokonaisuudessaan seuraavasti:

• tunnus S (rakenneteräs) • myötölujuuden vähimmäisvaatimus levyn paksuudella

≤

16 mm, N/mm

2

• laatuluokan tunnus iskusitkeysvaatimuksen perusteella • tarvittaessa lisätunnuksena iso C-kirjain osoittamaan teräksen soveltuvuus kylmämuovaukseen (esim. S355J2C) • toimitustilan tunnus (+AR tai +N)

Standardin EN 10025-2 nimikkeiden tunnuksia ja nimikkeiden vertailuja muihin standardeihinon esitetty taulukoissa 1.2-1.4. Vanhan standardin EN 10025:1990+A1:1993 mukaisia tiivistys-tapaa ja toimitustilaa osoittavia G-tunnuksia ei enää käytetä.

Teräslaji Myötölujuus

a)

R

eH

vähintään(N/mm

2

)

Murtolujuus

a)

R

m

(N/mm

2

)

Iskusitkeyspitkittäinvähintään

Murtovenymä A

5

(%) poikittain, vähintään

a)

Levyn paksuus t (mm) Levyn paksuus t (mm) KV (J) t (ºC) Levyn paksuus t (mm)

EN 10025-2:2004

t

≤

16 16

<

t

≤

40 t

<

3 3

≤

t

≤

100 3

≤

t

≤

40

S235JR

S235J0

S235J2

S275JR

S275J0

S275J2

S355JR

S355J0

S355J2

S355K2

235235235275275275355355355355

225225225265265265345345345345

360-510360-510360-510430-580430-580430-580510-680510-680510-680510-680

360-510360-510360-510410-560410-560410-560470-630470-630470-630470-630

27272727272727272740

b)

20 0-20 20 0-20 20 0-20-20

24242421212120202020

a) b)

Levyille, joiden leveys on

≥

600 mm, käytetään valssaussuuntaan nähden poikittaisia vetokoesauvoja.Muilla leveyksillä käytetään valssaussuuntaan nähden pitkittäisiä vetokoesauvoja.Tämä vastaa iskusitkeyttä 27 J / -30 ºC (ks. EN 10025-2 / EN 1993-1-10)

Eri teräslajien saatavuus vaihtelee markkina-alueittain. Suomessa valmistettavat teräslajit on esitetty taulukossa lihavoituina.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

17

Taulukko 1.2

Standardin EN 10025-2 mukaiset seostamattomat rakenneteräkset. Terästen nimikkeitä ja nimikevertailuja [13]

Taulukko 1.3

Iskusitkeysluokka. Tunnusvertailuja [13]

Myötö-lujuus R

eH

(N/mm

2

)

Murto-lujuus R

m

(N/mm

2

)

Isku-sitkeys

KV(J) t (ºC)

EN 10025-2:2004

EN 10025:1990+A1:1993

EN 10025:1990

SFS 200:1986

SS xx xx xx-xx:1987

DIN 17100:1980

BS 4360:1986

NF A 35-501:1981

235 360-510 27 20 – S235JR Fe 360 B – 14 13 11-00 St 37-2 E 24-2

235 360-510 27 20 S235JR S235JRG2 Fe 360 B FN Fe 37 B 14 13 12-00 RSt 37-2 40 B –

235 360-510 27 0 S235J0 S235J0 Fe 360 C – St 37-3 U 40 C E 24-3

235 360-510 27 -20 S235J2+N S235J2G3 Fe 360 D1 Fe 37 D St 37-3 N 40 D E 24-4

235 360-510 27 -20 S235J2 S235J2G4 Fe 360 D2 – –

275 430-580 27 20 S275JR S275JR Fe 430 B Fe 44 B 14 14 12-00 St 44-2 43 B E 28-2

275 430-580 27 0 S275J0 S275J0 Fe 430 C – St 44-3 U 43 C E 28-3

275 430-580 27 -20 S275J2+N S275J2G3 Fe 430 D1 Fe 44 D 14 14 14-00 St 44-3 N 43 D E 28-4

275 430-580 27 -20 S275J2 S275J2G4 Fe 430 D2 – 14 14 14-01 –

355 510-680 27 20 S355JR S355JR Fe 510 B – (14 21 72-00) – 50 B E 36-2

355 510-680 27 0 S355J0 S355J0 Fe 510 C Fe 52 C St 52-3 U 50 C E 36-3

355 510-680 27 -20 S355J2+N S355J2G3 Fe 510 D1 Fe 52 D (12 21 74-01) St 52-3 N 50 D

355 510-680 27 -20 S355J2 S355J2G4 Fe 510 D2 – –

355 510-680 40 -20 S355K2+N S355K2G3 Fe 510 DD1 – – 50 DD E 36-4

355 510-680 40 -20 S355K2 S355K2G4 Fe 510 DD2 – –

Arvot huoneen lämpötilassa. Ainepaksuus

≤

16 mm.Tarkassa vertailussa on käytettävä alkuperäisiä standardeja.

Testaus-lämpötila

(ºC)

Iskusitkeysluokka EN 10025-1:2004, EN 10025-2:2004, EN 10027:2005

Iskusitkeys, pitkittäin27 J 40 J 60 J

IskusitkeysluokkaEN 10025:1990

Iskusitkeys, pitkittäin27 J 40 J

Laatuluokka SFS 200, SFS 250, SFS 1100, SFS 1150Iskusitkeys, pitkittäin27 J

20 JR KR LR B – B

0 J0 K0 L0 C – C

-20 J2 K2 L2 D DD D

-30 J3 K3 L3 – – –

-40 J4 K4 L4 – – (E)

-50 J5 K5 L5 – – –

-60 J6 K6 L6 – – (F)


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

18

Taulukko 1.4

Standardin EN 10025-2 mukaiset seostamattomat rakenneteräkset. Nimikkeiden tunnuksia [3,13]

1.3.1.2 Hienoraerakenneteräkset

Taulukko 1.5

Standardien EN 10025-3 ja EN 10025-4 mukaiset hienoraerakenneteräkset. Mekaaniset ominaisuudet [4,5]

EN 10025-2:2004

Tunnus Selitys

S Rakenneteräs

E Koneteräs

C Särmättävyystakuu

+N Toimitustila normalisoitu tai normalisointivalssattu

+AR Toimitustila käsittelemätön, valssaustilainen. AR = as-rolled

EN 10025:1990 + A1:1993 (vanha standardi)

Tunnus G Selitys

Tiivistys Toimitustila

G1 Tiivistämätön, FU Valmistajan valittavissa

G2 Tiivistämätön ei ole sallittu, FN Valmistajan valittavissa

G3 Typpeä sitovilla aineilla tiivistetty, FF Normalisoitu tai normalisointivalssattu

G4 Typpeä sitovilla aineilla tiivistetty, FF Valmistajan valittavissa


a)

R

eH

vähintään (N/mm

2

)

Murtolujuus

a)

R

m

(N/mm

2

)

Iskusitkeyspitkittäin, vähintään

Murtovenymä A

5

(%) vähintään

a)

Levyn paksuus t (mm) Levyn paksuus t (mm) KV (J) t (ºC) Levyn paksuus t (mm)

EN 10025-3:2004

t

≤

16 16 < t

≤

40 t

≤

100 t

≤

63

S275N

S275NL

S355N

S355NL

S420N

S420NL

S460NS460NL

275275355355420420460460

265265345345400400440440

370-510370-510470-630470-630520-680520-680540-720540-720

40

b)

2740

b)

2740

b)

2740

b)

27

-20-50-20-50-20-50-20-50

2424222219191717

EN 10025-4:2004

t

≤

16 16 < t

≤

40 t

≤

40 t

≥

3

S275MS275ML

S355M

S355ML

S420M

S420ML

S460M

S460ML

275275355355420420460460

265265345345400400440440

370-530370-530470-630470-630520-680520-680540-720540-720

40

b)

2740

b)

2740

b)

2740

b)

27

-20-50-20-50-20-50-20-50

2424222219191717

a) Levyille, joiden leveys on

≥

600 mm, käytetään valssaussuuntaan nähden poikittaisia vetokoesauvoja.Muilla leveyksillä käytetään valssaussuuntaan nähden pitkittäisiä vetokoesauvoja.

b) Vastaa iskusitkeyttä 27 J / -30 ºC (ks. EN 10025-3 / EN 10025-4 / EN 1993-1-10).



HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

19

Taulukossa 1.5 esitettyjen standardien EN 10025-3 ja EN 10025-4 mukaisten terästen nimikemuodostuu seuraavasti:


≤

16 mm, N/mm

2

• toimitustilan tunnus (M tai N) • iso L-kirjain tunnuksena laatuluokalle, jonka iskusitkeyden vähimmäisarvo on määritelty alimmillaan lämpötilassa -50 ºC (ilman L-tunnusta -20 ºC)

Taulukko 1.6

Standardin EN 10149-2 mukaiset termomekaanisesti valssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet [15]

Taulukko 1.7

Standardin EN 10149-3 mukaiset normalisoidut tai normalisointivalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet [16]


a)

R

eH

vähintään(N/mm

2

)

Murtolujuus

a)

R

m

(N/mm

2

)

Murtovenymä vähintään (%)

a)

Levyn paksuus t (mm)t < 3 t

≥

3

L

o

=80 mm

L

o

=5,65

S315MC

S355MC

S420MC

S460MC

S500MC

S550MC

S600MC

S650MC

S700MC

315355420460500550600650

b)

700

b)

390-510430-550480-620520-670550-700600-760650-820700-880750-950

201916141212111010

242319171414131212

a) Vetokokeen arvot ovat voimassa pitkittäisillä vetosauvoilla.b) Paksuudella > 8 mm myötölujuuden vähimmäisvaatimus voi olla 20 N/mm2 alempi.Optio 5: Yli 6 mm paksuuksilla Charpy V iskukoe pitkittäisillä iskusauvoilla vähintään 40 J / -20 ºC.

- EN 10149-2 on voimassa kuumavalssatuille levytuotteille paksuusalueella 1,5 -20 mm lujuusluokille S315MC-S460MC, ja paksuusalueella 1,5 -16 mm lujuusluokille S500MC -S700MC.- Eri teräslajien saatavuus vaihtelee markkina-alueittain. Suomessa valmistettavat teräslajit on esitetty taulukossa lihavoituina.


a)

R

eH

vähintään(N/mm

2

)

Murtolujuus

a)

R

m

(N/mm

2

)

Murtovenymä vähintään (%)

a)

Levyn paksuus t (mm) t < 3 t

≥

3

L

o

=80 mm

L

o

=5,65

S260NCS315NCS355NCS420NC

260315355420

370-490430-550470-610530-670

24222018

30272523

a) Vetokokeen arvot ovat voimassa pitkittäisillä vetokoesauvoilla, kun tuotteen leveys < 600 mm ja poikittaisilla vetokoesauvoilla, kun tuotteen leveys

≥

600 mmOptio 5: Yli 6 mm paksuuksilla Charpy V iskukoe pitkittäisillä iskusauvoilla vähintään 40 J / -20 ºC.

- EN 10149-3 on voimassa kuumavalssatuille levytuotteille paksuusalueella 1,5 -20 mm.- Eri teräslajien saatavuus vaihtelee markkina-alueittain. EN 10149-3 mukaisia teräksiä ei valmisteta Suomessa. Näiden sijaan Suomessa valmistetaan perustyypiltään samankaltaisia EN 10025-3 mukaisia teräksiä.

So

So


HITSATUT PROFIILIT

Luku 1

20

Taulukoissa 1.6 ja 1.7 esitettyjen standardien EN 10149-2 ja EN 10149-3 mukaisten terästennimike muodostuu seuraavasti:

• tunnus S (rakenneteräs) • myötölujuuden vähimmäisvaatimus N/mm

2

• toimitustilan tunnus (M tai N) • iso C-kirjain osoittamaan teräksen soveltuvuus kylmämuovaukseen

Ruukin Raahen terästehdas valmistaa edellä mainittujen teräslajien lisäksi termomekaanisestivalssattuja Laser 355MC-420MC teräksiä sekä Optim 500ML ja Optim 500MC-700MC teräk-siä. Yksityiskohtaiset tuotetiedot on esitetty kyseisten tuotteiden ohjelehdillä Ruukin verkkosi-vuilla [www.ruukki.com].

Yleisesti voidaan todeta, että hienoraerakenneteräkset on tarkoitettu käyttökohteisiin, joissavaaditaan seostamattomia rakenneteräksiä korkeampaa lujuutta, iskusitkeyttä tai parempaahitsattavuutta. Valinta normalisoidun ja termomekaanisesti valssatun teräksen välillä määräy-tyy tavallisesti hitsauksen asettamista vaatimuksista etenkin lujuusluokissa S420 ja S460, jois-sa normalisoitu teräs on melko voimakkaasti seostettu.

1.3.1.3 Ilmastokorroosiota kestävät rakenneteräkset

Taulukko 1.8

Standardin EN 10025-5 mukaiset ilmastokorroosiota kestävät rakenne-teräkset. Mekaaniset ominaisuudet [6]

Standardin EN 10025-5 mukaisten terästen nimike muodostuu seuraavasti:


≤

16 mm, N/mm

2

• laatuluokan tunnus iskusitkeysvaatimuksen perusteella • ilmastokorroosion kestävyyttä osoittava tunnus W • tarvittaessa iso P-kirjain tunnuksena teräslajille, jolla on suurempi fosforipitoisuus (vain lujuusluokalla S355) • toimitustilan tunnus (+AR tai +N tai +M)

Teräslaji

c)

Myötölujuus

a)

R

eH

vähintään(N/mm

2

)

Murtolujuus

a)

R

m

(N/mm

2

)

Iskusitkeyspitkittäin vähintään

Murtovenymä A

5

(%) poikittain, vähintään

a)

Levyn paksuus t(mm) Levyn paksuus t(mm) KV (J) t (ºC) Levyn paksuus t(mm)

EN 10025-5:2004

t

≤

16 16 < t

≤

40 t

<

3 3

≤

t

≤

100 3

≤

t

≤

40

S235J0WS235J2W

S355J0WP c)

S355J2WP c)

S355J0W

S355J2W

S355K2W

235235355355355355355

225225345345345345345

360-510360-510510-680510-680510-680510-680510-680

360-510360-510470-630470-630470-630470-630470.630

27272727272740 b)

0-20

0-20

0-20-20

24242020202020

a)

b) c)

Levyille, joiden leveys on ≥ 600 mm, käytetään valssaussuuntaan nähden poikittaisia vetokoesauvoja. Muilla leveyksillä käytetään valssaussuuntaan nähden pitkittäisiä vetokoesauvoja.Vastaa iskusitkeyttä 27 J / -30 ºC (ks. EN 10025-5 / EN 1993-1-10) Vetokokeen arvot ovat voimassa paksuuteen 12 mm asti. Iskusitkeysominaisuudet varmennetaan vain, mikäli tilauksen yhteydessä niin sovitaan.



HITSATUT PROFIILIT Luku 1

21

Ruukin Raahen terästehdas valmistaa ilmastokorroosiota kestäviä teräksiä eli ns. säänkestäviäteräksiä edellä mainittujen teräslajien lisäksi myös COR-TEN® -nimikkeellä. Yksityiskohtaisettuotetiedot on esitetty kyseisten tuotteiden ohjelehdillä Ruukin verkkosivuilla [www.ruukki.com].

Ilmastokorroosiota kestävien terästen korroosiokestävyys perustuu siihen, että teräksen pin-taan muodostuu suojaava oksidikerros. Teräksen pintaan muodostuu ruostetta samoin kuinmuihinkin teräksiin, mutta kun ruostekerros kasvaa, ruostuminen hidastuu ja oksidista muodos-tuu luja ja tiivis suojakerros. Patina muodostaa suojan ilman ja teräksen välille ja hidastaa lisä-ruostumista. Patinan muodostuminen riippuu paikallisista olosuhteista ja ilmastosta. Teräksenpinnan täytyy kastua ja kuivua toistuvasti, jotta tiivis suojakerros muodostuisi. Jatkuvasti märkäpinta ruostuu lähes samalla tavalla kuin tavallisten terästen pinta. Myöskään kloridiympäristös-sä ilmastokorroosiota kestävä teräs ei tarjoa etua tavallisiin teräksiin verrattuna. Ilmastokorroo-siota kestävän teräksen ominaisuudet saadaan aikaan kupari-, nikkeli- ja fosforiseostuksilla.

Taulukossa 1.9 on esitetty maalaamattomien tavallisten terästen ja ilmastokorroosiota kestä-vien terästen korroosionopeuksia eri korroosioluokissa [17]. Paikalliset olosuhteet (esim. mikro-ilmasto) saattavat edellyttää suurempia arvoja.

Taulukko 1.9 Maalaamattomien terästen ja sinkin ilmastokorroosion nopeus yhtä pintaa kohti [17]

Ilmastokorroosiota kestävät teräkset soveltuvat erityisesti kohteisiin, joissa edellytetään pieniähuoltokustannuksia. Esimerkiksi hallit, sillat, voimajohtopylväät ja savupiiput ovat soveltuviakohteita. Ilmastokorroosiota kestäviä teräksiä ei kannata käyttää lämpimissä ja kosteissa olo-suhteissa, vedessä, virtaavalle vedelle alttiina eikä paikoissa, missä patina häviää hankautu-malla. Lisäksi rakenteiden yksityiskohdat on muotoiltava siten, että valuvasta ruostevedestä eiole haittaa (esim. julkisivut).

Teräslajit S355J0WP JA S355J2WP ovat fosforiseosteisia. Ne soveltuvat erityisesti savukaa-suolosuhteisiin. Kantaviin rakenteisiin niitä ei kuitenkaan suositella.

Keskimääräinen vuotuinen korroosionopeus rav ensimmäisten 10 vuoden aikana a) (μm/a)

Materiaali Korroosioluokka

C1 C2 C3 C4 C5

Tavallinen hiiliteräs rav ≤ 0,5 0,5 < rav ≤ 5 5 < rav ≤ 12 12 < rav ≤ 30 30 < rav ≤ 100

Ilmastokorroosiota kestävä teräs rav ≤ 0,1 0,1 < rav ≤ 2 2 < rav ≤ 8 8 < rav ≤ 15 15 < rav ≤ 80

Sinkki rav ≤ 0,1 0,1 < rav ≤ 0,5 0,5 < rav ≤ 2 2 < rav ≤ 4 4 < rav ≤ 10

Tasainen vuotuinen korroosionopeus rlin ensimmäisten 10 vuoden jälkeen (μm/a)

C1 C2 C3 C4 C5

Tavallinen hiiliteräs rlin ≤ 0,1 0,1 < rlin ≤ 1,5 1,5 < rlin ≤ 6 6 < rlin ≤ 20 20 < rlin ≤ 90

Ilmastokorroosiota kestävä teräs rlin ≤ 0,1 0,1 < rlin ≤ 1 1 < rlin ≤ 5 5 < rlin ≤ 10 10 < rlin ≤ 80

Sinkki rlin ≤ 0,05 0,05 < rlin ≤ 0,5 0,5 < rlin ≤ 2 2 < rlin ≤ 4 4 < rlin ≤ 10

a) Vuotuinen korroosionopeus ei ole vakio ensimmäisten 10 vuoden aikana.

Ilmastokorroosiota kestävien terästen korroosionopeus riippuu suuresti mm. kuivien ja märkien jaksojen vaihtelusta. Rikkipitoinen ilmasto (SO2) edistää suojaavan patinakerroksen muodostumista. Klooripitoisessa meri-ilmastossa korroosionopeus on suurempi sateelta suojatuilla pinnoilla, kuin sateelle altistuvilla pinnoilla.


HITSATUT PROFIILITLuku 1

22

1.3.1.4 Nuorrutetut lujat rakenneteräkset

Taulukko 1.10 Standardin EN 10025-6 mukaiset nuorrutetut lujat rakenneteräslevytuotteet. Mekaaniset ominaisuudet [7]

Taulukko 1.11 Standardin EN 10025-6 mukaiset nuorrutetut lujat rakenneteräslevytuotteet. Eri laatuluokkien iskusitkeysvaatimukset pitkittäisillä Charpy V- koesauvoilla [7]

Teräslaji Myötölujuus ReH vähintään a)

(N/mm2)Murtolujuus Rm a)

(N/mm2)Murtovenymä A5 (%)vähintään a)

Levyn paksuus t (mm) Levyn paksuus t (mm)

EN 10025-6:2004+A1:2009 3 ≤ t ≤ 50 50 < t ≤ 100 3 < t ≤ 50 50 < t ≤ 100

S460QS460QLS460QL1

460 440 550-720 17

S500QS500QLS500QL1

500 480 590-770 17

S550QS550QLS550QL1

550 530 640-820 16

S620QS620QLS620QL1

620 580 700-890 15

S690QS690QL

S690QL1

690 650 770-940 760-930 14

a) Levyille, joiden leveys on ≥ 600 mm, käytetään valssaussuuntaan nähden poikittaisia vetokoesauvoja. Muilla leveyksillä käytetään valssaussuuntaan nähden pitkittäisiä vetokoesauvoja.


Teräslaji Iskusitkeys pitkittäin vähintään (J) koelämpötilassa ºC

EN 10025-6:2004 0 -20 -40 -60

S460QS500QS550QS620QS690Q

40 30 – –

S460QLS500QLS550QLS620QLS690QL

50 40 30 –

S460QL1S500QL1S550QL1S620QL1S690QL1

60 50 40 30




23

Standardin EN 10025-6 mukaisten terästen nimike muodostuu seuraavasti:

• tunnus S (rakenneteräs) • myötölujuuden vähimmäisvaatimus levyn paksuudella ≤50 mm, N/mm2

• toimitustilan tunnus (Q) • tarvittaessa laatuluokan tunnus iskusitkeysvaatimuksen perusteella taulukon 1.11 mukaisesti:

- iskusitkeyden vähimmäisarvot määritelty alimmillaan lämpötilassa -20 ºC, ei tunnusta - iskusitkeyden vähimmäisarvot määritelty alimmillaan lämpötilassa -40 ºC, tunnus L - iskusitkeyden vähimmäisarvot määritelty alimmillaan lämpötilassa -60 ºC, tunnus L1

Ruukin Raahen terästehdas valmistaa standardin EN 10025-6 mukaista nuorrutettua teräslajiaS690QL nimikkeellä Optim 700QL. Yksityiskohtaiset tuotetiedot on esitetty Ruukin verkkosivuil-la [www.ruukki.com].

Nuorrutettuja teräksiä käytetään kohteissa, joissa tarvitaan yleisiä seostamattomia rakenne-teräksiä suurempaa lujuutta, ja kun EN 10149-2 mukaisten termomekaanisesti valssattujen lu-jien terästen valmistuspaksuudet eivät riitä. Korkeamman seostuksen ja hiiliekvivalentinjohdosta nuorrutettujen terästen hitsaus on kuitenkin vaativampaa kuin saman lujuusluokan EN10149-2 mukaisilla teräksillä.

1.3.2 Eurocoden materiaalivaatimukset ja rakenneterästen nimelliset lujuudet

Kuvassa 1.5 on esitetty tyypillinen kuumavalssatulle rakenneteräkselle tehdyn vetokokeen jän-nitys-venymä-käyrä. Välillä OA sauva käyttäytyy täysin kimmoisesti, jolloin jännitys ja venymänoudattavat Hooken lakia. Kohdassa A saavutetaan ylempi myötöraja ReH ja vetosauvaan al-kaa syntyä palautumattomia plastisia muodonmuutoksia. Eurocodessa käytetään myötölujuu-delle arvoa fy = ReH , jota vastaavaa venymää kutsutaan Eurocodessa myötövenymäksiεy = fy /E (määritelmä poikkeaa vetokoestandardin määritelmästä). Myötövenymän arvo vaih-telee eri teräksillä lujuusluokasta riippuen välillä 0,1-0,3 %. Jännitys putoaa heti tämän jälkeenselvästi alemmalle jännitystasolle.

Väliä BD, jossa jännitys pysyy liki vakio-na venymän kasvaessa, sanotaan myö-töalueeksi. Plastisoituminen ei tapahdutässä vaiheessa samanaikaisesti veto-sauvan koko koepituudella, vaan myö-tääminen aaltoilee sitä pitkin. Paikalli-nen myötölujeneminen kompensoi poik-kipinnan plastisen ohenemisen ja lujit-taa vetosauvan ohentuvaa kohtaa.Alempi myötöraja ReL on pienin jännitysmyötöalueen aikana (piste C), ottamattahuomioon mittausjärjestelmän hitaudes-ta johtuvia mahdollisia yliheilahduksia(piste B).

Kuva 1.5 Kuumavalssatun teräksen tyypillinen jännitys-venymä-käyrä

A

FC

E

B

fu=Rm

fy=ReH

ReL

O

E=tanϕ

εy εu

σ

ε

ϕ

D



24

Kohdassa D plastinen muokkaus on kasvanut kaikkialla niin suureksi, että sauva myötölujeneetasaisesti ja lisävenytykseen tarvittava jännitys alkaa kasvaa.

Korostuneen ylemmän myötörajan esiintyminen (piste A) riippuu mm. teräksen kokemastalämpökäsittelystä, ja usein se puuttuu. Tällöin myötörajan arvona käytetään ns. 0,2-rajaa elivenymisrajaa Rp0,2 . Venymisraja Rp0,2 on se jännitys, jolla saavutetaan vetosauvaan 0,2 %pysyvä venymä.

Kohdassa E nimellisjännitys saavuttaa maksimiarvonsa, murtojännityksen fu = Rm , jota vas-taava venymä on kokonaistasavenymä εu = Agt . Riittävä tasavenymä mahdollistaa (materiaa-lin itsensä muodonmuutoskyvyn osalta) plastisessa rakenneanalyysissä hyödynnettävän ra-kenteen sisäisten voimien uudelleenjakaantumisen. Murto/myötö-suhde kuvaa materiaalin ky-kyä ottaa vastaan lisää kuormitusta myötölujittumisen avulla, mikä antaa rakenteelle ylimää-räistä varmuusmarginaalia ja kestävyysreserviä.

Tämän jälkeen sauvan venyttämiseen tarvittava voima alkaa pienentyä ja muodonmuutoksetkeskittyvät pienelle alueelle, jossa vetosauva alkaa kuroutua. Kuroutumiskohtaan syntyy moni-akselinen jännitystila, eikä käyrän loppuosa EF enää varsinaisesti kuvaa teräksen käyttäyty-mistä. Murtokohtaa F vastaava venymä on murtovenymä. Murtovenymä on alkumittapituuden(Lo) pysyvä venymä (Lu - Lo) katkeamisen jälkeen ilmoitettuna prosentteina.

Murtovenymä voidaan mitata erilaisilla vetokoesauvoilla esim. A5 ja A80 , joilla saadut tulokseteroavat toisistaan. Poikkileikkaukseltaan pyöreällä koesauvalla jonka pituus on Lo= 5d (d onkoesauvan halkaisija) määritetty A5 -murtovenymä vastaa lukuarvoltaan poikkileikkaukseltaansuorakulmaisella koesauvalla mittapituudella Lo = 5,65√ Ao määritettyä murtovenymää (Ao onsauvan alkuperäinen pinta-ala).

Murtokurouma Z on vetokokeessa tapahtunut suurin poikkipinnan muutos ilmoitettuna pro-sentteina alkuperäisestä poikkipinta-alasta:

missä Z on murtokurouma

Ao on sauvan alkuperäinen pinta-ala

A on sauvan pinta-ala kuroutumiskohdassa murrossa

1.3.2.1 Lujuusluokat S235-S460

Eurocode edellyttää että käytettävällä teräsmateriaalilla tulee olla riittävä sitkeys. Terästen sit-keysvaatimukset ilmaistaan antamalla rajat seuraaville suureille:

• vetomurtolujuuden fu ja myötölujuuden fy minimiarvojen suhde

• mittapituutta vastaavan murtovenymän minimiarvo

• kokonaistasavenymän εu minimiarvo

ZAo A–

Ao--------------- 100% (1.1)⋅=

Lo 5 65 Ao,=



25

Vähimmäisvaatimukset edellä mainituille suureille voidaan esittää kansallisessa liitteessä.Eurocoden suositusarvot ovat lujuusluokkien S235-S460 teräksille [18,19,20]:

• fu / fy ≥ 1,10

• murtovenymä mittapituudella vähintään 15 %

(tai murtovenymä A5 vähintään 15 %)

• εu ≥ 15εy , missä εy on myötövenymä (εy = fy /E )

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-1 [21]: Käytetään Eurocoden suositusarvoja ellei EN 1993:n jossakin osassa tai EN 1993:n jonkin osan kansallisessa liitteessä toisin esitetä.

Lujuusluokkien S235-S460 teräksillä on tällöin riittävä sitkeys ja muodonmuutoskyky, jotta nemateriaaliominaisuuksiensa puolesta soveltuvat kimmoteorian lisäksi myös plastisuusteorianmukaiseen mitoitukseen:

• kestävyyksien laskenta voidaan suorittaa plastisuusteorian mukaan kun sauvan poikkileikkaus täyttää poikkileikkausluokan 1 tai 2 vaatimukset

• voimasuureiden laskenta voidaan suorittaa käyttäen plastisuusteorian mukaista analyysia rakenteiden tai sen osien kokonaistarkastelussa kun sauvan poikkileikkaus täyttää poikkileikkausluokan 1 vaatimukset

Seuraavien teräslevytuotteiden katsotaan täyttävän vaaditut materiaaliominaisuudet [18,19,20]:

• standardin EN 10025 osien 2...6 mukaiset teräslajit lujuusluokissa S235-S460 • kansallisessa liitteessä voidaan esittää muita teräslajeja

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-1 [21]: Lisäksi voidaan käyttää myös seuraavia teräslajeja:• standardin EN 10149-2 mukaiset teräslajit S315MC-S460MC • standardin EN 10149-3 mukaiset teräslajit S260NC-S420NC • niitä teräslajeja, joille on voimassa oleva tuotehyväksyntä

Standardin EN 10149 mukaisilla teräksillä iskusitkeysvaatimus tulee määritellä EN 10149-1 kohdan 11 option 5 mukaisesti, ks. taulukot 1.6 ja 1.7.

Kirjoittajan kommentti: Suomessa tuotehyväksynnän eräs muoto on Varmennettu Käyttöseloste. Teräsrakenneyhdistys ylläpitää ajantasaista luetteloa teräsrakentamiseen hyväksytyistä voimassa olevista Varmennetuista Käyttöselosteista. Luettelo ja pdf-muotoiset dokumentit on esitetty TRY:n verkkosivuilla [www.terasrakenneyhdistys.fi]

Materiaaliominaisuuksien nimellisarvoja käytetään ominaisarvoina laskelmissa. Rakenne-terästen myötölujuuden fy ja murtolujuuden fu nimellisarvot valitaan seuraavasti [18,19,20]:

a) joko käyttämällä suoraan ao. tuotestandardeissa (ks. kohta 1.3.1)

määritettyjä arvoja fy = ReH ja fu = Rm

Lo 5 65 Ao,=



26

b) tai käyttämällä Eurocodessa (EN 1993-1-1) esitettyjä taulukon 1.12 mukaisia yksinkertaistettuja nimellisarvoja

Menetelmän valinta voidaan esittää kansallisessa liitteessä.

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-1 [21]: Voidaan käyttää molempia vaihtoehtoja.

Tämän käsikirjan laskuesimerkeissä on käytetty lujuusluokkien S235-S460 teräksilleEurocoden mukaisia taulukossa 1.12 esitettyjä arvoja. Eri teräslajien nimikkeitä on taulu-kossa yhdistetty ja lyhennetty soveltuvin osin.

Käytettävällä materiaalilla tulee olla myös riittävä murtumissitkeys vedettyjen osien hauraanmurtumisen välttämiseksi alhaisimmassa käyttölämpötilassa, jonka odotetaan esiintyvän ra-kenteen suunnitellun käyttöiän aikana. Rakenteelliset yksityiskohdat saattavat puolestaan ai-heuttaa riskin lamellirepeilylle, joka voidaan välttää edellyttämällä materiaalilta parannettujapaksuussuuntaisia ominaisuuksia. Materiaalinvalintaa haurasmurtuman ja lamellirepeilyn kan-nalta käsitellään luvussa 5.

Taulukko 1.12 Eurocoden osassa EN 1993-1-1 esitetyt standardin EN 10025 mukaisten lujuusluokkien S235-S460 terästen myötölujuuden ja vetomurtolujuuden nimellisarvot [18,19,20]

Standardi ja teräslaji

Nimellispaksuus t (mm)

t ≤ 40 40 < t ≤ 80

fy (N/mm2) fu (N/mm2) fy (N/mm2) fu (N/mm2)

EN 10025-2

S235S275S355

235275355

360430490

215255335

360410470

EN 10025-3

S275 N/NLS355 N/NLS420 N/NLS460 N/NL

275355420460

390490520540

255335390430

370470520540

EN 10025-4

S275 M/MLS355 M/MLS420 M/MLS460 M/ML

275355420460

370470520540

255335390430

360450500530

EN 10025-5

S235 WS355 W

235355

360490

215335

340490

EN 10025-6

S460 Q/QL/QL1 460 570 440 550

Tämän taulukon arvot ovat Eurocoden osassa EN 1993-1-1 esitetyt yksinkertaistetut arvot, joita on käytetty tämän käsikirjan laskuesimerkeissä. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex).



27

1.3.2.2 Lujuusluokat S500-S700

Vähimmäisvaatimukset murto/myötö-suhteelle, murtovenymälle ja kokonaistasavenymälle voi-daan esittää kansallisessa liitteessä. Eurocoden suositusarvot lujuusluokkien S500-S700 te-räksille ovat [25]:

• fu / fy ≥ 1,05

• murtovenymä mittapituudella vähintään 10 %

(tai murtovenymä A5 vähintään 10 %)

• εu ≥ 15εy , missä εy on myötövenymä (εy = fy /E )

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-12 [26]: Käytetään Eurocoden suositusarvoja.

Koska S500-S700 teräksille sallitaan täten materiaalina vaatimattomampi sitkeys ja muodon-muutoskyky kuin S235-S460 teräksille, ne soveltuvat vain rajoitetusti plastisuusteorian mukai-seen mitoitukseen [25]:

• kestävyyksien laskenta voidaan suorittaa plastisuusteorian mukaan kun sauvan poikkileikkaus täyttää poikkileikkausluokan 1 tai 2 vaatimukset • voimasuureiden laskenta voidaan suorittaa poikkileikkausluokan 1 sauvoilla käyttäen plastisuusteorian mukaista analyysia rakenteiden tai sen osien kokonaistarkastelussa vain, jos käytetään epälineaarisen plastisuusteorian mukaista analyysiä jossa otetaan huomioon sauvojen osittainen plastisoituminen plastisilla alueilla

Voimasuureiden laskenta edellä mainitulla menetelmällä on vaativampaa kuin muilla plastisuus-teorian mukaisilla menetelmillä. Siksi S500-S700 teräksillä päädytään yleensä laskemaan voi-masuureet käyttämällä kimmoteorian mukaista kokonaistarkastelua, jota voidaan käyttää aina.

Pienemmästä sitkeydestä ja muodonmuutoskyvystä johtuen S500-S700 terästen käyttöön liit-tyy suunnitteluohjeissa myös muita rajoituksia ja lisäehtoja, jotka on tässä käsikirjassa esitettysoveltuvin osin kulloinkin käsiteltävänä olevan asian yhteydessä. Eurocodessa lisäsäännöt lu-juusluokkien S500-S700 teräksille on esitetty osassa EN 1993-1-12 [25].

Kansallisessa liitteessä voidaan määritellä teräslajit, joiden katsotaan täyttävän S500-S700teräksiltä vaadittavat materiaaliominaisuudet. Eurocoden osassa EN 1993-1-12 on esitettyseuraavat teräslevytuotteet [25]:

• standardin EN 10025-6 mukaiset lujuusluokkien S500-S690 teräkset • standardin EN 10149-2 mukaiset lujuusluokkien S500-S700 teräkset, kun niille määritellään iskusitkeysvaatimus EN 10149 -1 kohdan 11 option 5 mukaisesti, ks. taulukot 1.6 ja 1.7

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-12 [26]:

Käytetään Eurocodessa esitettyjä teräslajeja. Lisäksi voidaan käyttää niitä teräslajeja, joille on voimassa oleva tuotehyväksyntä.

Kirjoittajan kommentti: Suomessa tuotehyväksynnän eräs muoto on Varmennettu Käyttöseloste. Teräsrakenneyhdistys ylläpitää ajantasaista luetteloa teräsrakentamiseen

Lo 5 65 Ao,=



28

hyväksytyistä voimassa olevista Varmennetuista Käyttöselosteista. Luettelo ja pdf-muotoiset dokumentit on esitetty TRY:n verkkosivuilla [www.terasrakenneyhdistys.fi]

Laskelmissa käytetään S500-S700 terästen lujuuksien ominaisarvoina materiaalistandardeis-sa määritettyjä nimellisarvoja (ks. taulukot 1.6 ja 1.10) tai vaihtoehtoisesti Eurocoden osassaEN 1993-1-12 esitettyjä taulukoiden 1.13 ja 1.14 mukaisia yksinkertaistettuja nimellisarvoja.Menetelmän valinta voidaan esittää kansallisessa liitteessä.

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-12 [26]: Voidaan käyttää molempia vaihtoehtoja.

Tämän käsikirjan laskuesimerkeissä on käytetty lujuusluokkien S500-S700 teräksilleEurocoden mukaisia taulukoissa 1.13 ja 1.14 esitettyjä arvoja. Eri teräslajien nimikkeitä ontaulukoissa yhdistetty ja lyhennetty soveltuvin osin.

Taulukko 1.13 Eurocoden osassa EN 1993-1-12 esitetyt standardin EN 10025-6 mukaisten lujuusluokkien S500-S690 terästen myötölujuuden ja vetomurtolujuuden nimellisarvot [25]

Taulukko 1.14 Eurocoden osassa EN 1993-1-12 esitetyt standardin EN 10149-2 mukaisten lujuusluokkien S500-S700 terästen myötölujuuden ja vetomurtolujuuden nimellisarvot [25]



3 ≤ t ≤ 50 50 < t ≤ 100 100 < t ≤ 150

fy (N/mm2) fu (N/mm2) fy (N/mm2) fu (N/mm2) fy (N/mm2) fu (N/mm2)

EN 10025-6

S500 Q/QL/QL1S550 Q/QL/QL1S620 Q/QL/QL1S690 Q/QL/QL1

500550620690

590640700770

480530580650

590640700760

440490560630

540590650710

Tämän taulukon arvot ovat Eurocoden osassa EN 1993-1-12 esitetyt arvot, joita on käytetty tämän käsikirjan laskuesimerkeissä. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex).



1,5 ≤ t ≤ 8 8 < t ≤ 16

fy (N/mm2) fu (N/mm2) fy (N/mm2) fu (N/mm2)

EN 10149-2 a)

S500MCS550MCS600MCS650MCS700MC

500550600650700

550600650700750

500550600630680

550600650700750

a) Iskusitkeysvaatimus todennetaan standardin EN 10149-1 kohdan 11 mukaisesti käyttämällä optiota 5.

Tämän taulukon arvot ovat Eurocoden osassa EN 1993-1-12 esitetyt ar vot, joita on käytetty tämän käsikirjan laskuesimerkeissä. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex).



29

1.3.3 Materiaalivakioiden mitoitusarvot

Rakenneteräksille käytetään laskelmissa materiaalivakioina seuraavia arvoja normaalilämpö-tilamitoituksessa [18,19,20]:

• kimmokerroin

• liukukerroin

• Poissonin luku kimmoisella alueella

• lineaarinen lämpölaajeneminen (kun )

• tiheys

1.3.4 Ainestodistukset

Teräksen tilaaja saa terästehtaalta jokaisesta toimituserästä tilauksen yhteydessä sovitun ai-nestodistuksen. Ainestodistustyyppi määrittelee valmistuksen yhteydessä käytettävän tarkas-tuslaajuuden.

Eri ainestodistustyypit on määritelty standardissa EN 10204 [27]:

Laatuvakuutus, EN 10204-2.1 (“tyyppi 2.1”): Laatuvakuutus on toimittajatehtaan antama kir-jallinen todistus, jossa valmistaja vakuuttaa toimitettujen tuotteiden olevan tilauksen mukaisia.Koetuloksia ei ilmoiteta.

Koetustodistus, EN 10204-2.2 (“tyyppi 2.2”): Tällä todistuksella valmistaja vakuuttaa toimi-tettujen tuotteiden olevan tilauksen mukaisia, ja esittää valmistusmenetelmäkohtaiseen tarkas-tukseen perustuvat koetulokset. Koetulosten ei kuitenkaan välttämättä tarvitse olla peräisin toi-mitetusta erästä, mutta valmistusmenetelmän on oltava sama.

Vastaanottotodistus, EN 10204-3.1 (“tyyppi 3.1”): Vastaanottotodistuksessa valmistaja va-kuuttaa toimitettujen tuotteiden olevan tilauksen mukaisia, ja esittää toimituseräkohtaiseen tar-kastukseen perustuvat koetulokset. Todistuksen vahvistaa valmistajan valtuuttama tuotanto-osastosta riippumaton edustaja.

Vastaanottotodistus, EN 10204-3.2 (“tyyppi 3.2”): Tämän todistustyypin vahvistavat sekävalmistajan valtuuttama tuotanto-osastosta riippumaton edustaja että ostajan valtuuttamaedustaja tai viranomaismääräyksissä määrätty tarkastaja. Todistuksessa esitetään toimituserä-kohtaiseen tarkastukseen perustuvat koetulokset.

Jälleenmyyjän on annettava joko alkuperäinen valmistajan toimittama ainestodistus tai sen ko-pio tekemättä siihen mitään muutoksia. Tuotteen ja ainestodistuksen välisen jäljitettävyydenvarmistamiseksi ainestodistuksessa on oltava tuotteen tunnisteet. Alkuperäisen ainestodistuk-sen kopiointi on sallittua edellyttäen, että jäljitettävyys on varmistettu ja alkuperäinen ainesto-distus on saatavissa pyydettäessä. Ainestodistusta kopioitaessa on sallittua muuttaa alkupe-räinen toimitettu määrä osatoimituksen todelliseksi määräksi.

Kantaviin teräsrakenteisiin käytettäville rakenneteräksille vaadittava ainestodistustyyppi mää-rätään standardissa EN 1090-2 rakenteelle tai rakenneosalle valitun toteutusluokan perusteellataulukossa 1.16 esitetyn mukaisesti [11]. Taulukossa 1.16 viitattuja EXC-toteutusluokkia ja nii-den valintaa käsitellään luvussa 8.

E 210 000 N/mm2=

G E2 1 ν+( )-------------------- 81 000 N/mm

2≈=

ν 0,3=

α 12 106–⋅ / °C= T 100 °C≤

ρ 7850 kg/m3=



30

Taulukko 1.15 Ainestodistustyypit EN 10204 ja vertailu muihin standardeihin

Taulukko 1.16 Ainestodistustyypin määräytyminen standardien EN 1090-2 ja EN 10025-1 mukaisesti [2,11]

TODISTUSLAJIEN 10204:2004

VERTAILUJA

EN 10204:1995 SFS 3:1979

DIN 50049:1972

SS 11 00 01:1978

EN 10204-2.1 LaatuvakuutusDeclaration of compliance with the orderWerksbescheinigung

2.1 LaatuvakuutusCerticicate of compliancewith the orderWerksbescheinigung

1 2.1 1

EN 10204-2.2 KoetodistusTest reportWerkszeugnis

2.2 KoetodistusTest reportWerkszeugnis

2 2.2 2

2.3 Toimituseräkohtainen koetustodistusSpecific test reportWerksprüfzeugnis

- - -

EN 10204-3.1 VastaanottotodistusInspection certificateAbnahmeprüfzeugnis

3.1B VastaanottotodistusInspection certificateAbnahmeprüfzeugnis

3B 3.1B 3B

EN 10204-3.2 VastaanottotodistusInspection certificateAbnahmeprüfzeugnis

3.1A3.1C

VastaanottotodistusInspection certificateAbnahmeprüfzeugnis

3A3C

3.1A3.1C

-3C

3.2 VastaanottopöytäkirjaInspection reportAbnahmeprüfprotokoll

4A4C

3.2A3.2C

4

Standardi Ainestodistus

EN 1090-2:

Rakenneteräkset EN 10025-1:taulukon B.1 mukaan a)

Hitsausaineet 2.2

Ruuvikokoonpanot 2.1 b)

a) Rakenneteräksille S355 JR tai J0 vaaditaan kuitenkin ainestodistus 3.1 toteutusluokissa EXC2, EXC3 ja EXC4.

b) Jos vaaditaan todistustyyppi 3.1, tämä voidaan korvata valmistuserän tunnuksella

EN 10025-1:

Ohuimman paksuusalueen myötölujuusvaatimus on ≤ 355 N/mm2 ja iskuenergia testataan lämpötilassa 0 ºC tai 20 ºC

2.2

Ohuimman paksuusalueen myötölujuusvaatimus on ≤ 355 N/mm2 ja iskuenergia testataan lämpötilassa alle 0 ºC

3.1 tai 3.2

Ohuimman paksuusalueen myötölujuusvaatimus on > 355 N/mm2 3.1 tai 3.2



31

1.4 Poikkileikkauksen ja teräslujuuden valinta

Hitsatun profiilin taloudellisuus riippuu monista seikoista, kuten esimerkiksi teräksen hinnastasekä valmistus-, kuljetus- ja asennuskustannuksista. Tämän takia ei voida antaa tarkkoja ohjei-ta poikkileikkauksen ja teräslujuuden valintaan. Seuraavassa esitettävät ohjeet ovat suuntaaantavia ja suunnittelijan on tarvittaessa projektin alussa selvitettävä tilaajan ja rakenteet valmis-tavan konepajan kanssa kyseiseen kohteeseen parhaiten soveltuvat ratkaisut.

1.4.1 Poikkileikkauksen valinta

Erilaisten poikkileikkausten käyttökohteita on esitetty kohdassa 1.1. Ohjeeksi voidaan todeta,että I-profiilia voidaan käyttää taloudellisesti, kun poikkileikkaukseen kohdistuu mahdollisennormaalivoiman lisäksi taivutusrasitus vahvemmassa suunnassa. Koteloprofiili on parempivaihtoehto, kun heikomman suunnan taivutusrasitus kasvaa suureksi tai poikkileikkaukseenkohdistuu vääntörasitus tai suuri normaalivoima. Epäsymmetristä I-profiilia käytetään esim.nosturiradoissa, jolloin epäsymmetrisyyden takia poikkileikkauksen vääntökeskiö siirtyy lä-hemmäksi ylälaippaa (kun ylälaippa on leveämpi kuin alalaippa), ja tämä pienentää sivuttais-voimien aiheuttamia vääntöjännityksiä ylälaipassa.

Poikkileikkauksen valinnassa täytyy ottaa huomioon myös stabiiliusilmiöt. Hoikkaa ohutuuma-palkkia ei voi yleensä käyttää pitkällä jännevälillä, ellei sen kiepahdusta estetä. Kiepahdustu-kena voivat toimia esimerkiksi katto-orret tai jäykistyssauvat. Jos tukea ei ole, palkin pitää itses-sään kestää kuormitus kiepahtamatta.

Hitsatun poikkileikkauksen muodon (koko, levypaksuudet) valinnassa kannattaa pitää mielessämyös valmistustekniset asiat. Kaikkia profiileja ei välttämättä kannata valmistaa erikokoisina,ellei painonsäästö ole merkittävä. Konepajavalmistus on nopeampaa ja taloudellisempaa, josvalmistuksessa päästään hyvään sarjasuuruuteen. Pienissä kohteissa ero ei ole niin merkittäväkuin suurissa kohteissa. Samankokoisten profiilien valmistuksen etuja verrattuna monen eriko-koisen profiilin valmistukseen ovat mm:

• voidaan tilata isoja määriä samankokoisia levyjä tai valmiita rainoja • rainojen leikkaus on nopeampaa • yhdestä pitkästä profiiliaihiosta voidaan valmistaa useampi profiili • profiiliaihioiden hitsaus on nopeampaa • ei tarvitse siirtää monia aihioita ja • vähemmän asetuksia (pienemmät asetusajat).



32

Valmiin teräsrakenteen kustannukset jakautuvat likimäärin seuraavasti [28]:

• materiaalit 38 % • konepajavalmistus 27 % • suunnittelu 13 % • asennus 12 % • pintakäsittelyt 10 %

Profiilin optimikoko valmistuksen kannalta riippuu siis materiaalin hankintakustannuksista jakonepajavalmistuksen kustannuksista, joiden yhteinen osuus on 65 % koko rakenteen kustan-nuksista. Sarjavalmistus kannattaa siinä vaiheessa, kun konepajavalmistuksessa saavutetta-vat säästöt ovat suuremmat kuin profiilikoon kasvattamisesta aiheutuvat lisäkustannuksetmateriaalin hankinnassa, kuljetuksessa ja mahdollisesti asennuksessa.

Palkeissa laipan paksuus ja leveys kannattaa valita siten, että laippa kuuluu mahdollisuuksienmukaan vähintään poikkileikkausluokkaan 3. Poikkileikkausluokassa 4 osa puristetusta laipas-ta on tehoton. Tämä aiheuttaa sen, että laipassa on ylimääräistä terästä, joka ei kuitenkaan toi-mi poikkileikkauksen osana. Palkin korkeutta voidaan kasvattaa ja laippaa kaventaa, jos palkinkiepahdus voidaan estää. Puristetuissa rakenteissa, kuten pilareissa, on suositeltavaa, ettäsekä uuma että laippa kuuluvat vähintään poikkileikkausluokkaan 3. Tällöin poikkileikkauksenkoko pinta-ala voidaan käyttää kuormitusta kantavana osana.

Korkean palkin uuma kuuluu usein poikkileikkausluokkaan 4. Uumaa ei aina kannata tehdä niinpaksuksi, että se kuuluisi vähintään poikkileikkausluokkaan 3, koska tämä kasvattaa turhaanpalkin painoa. Sen sijaan uuman paksuuden valinnassa on syytä ottaa huomioon valmistustek-niset seikat. Profiilin valmistuksen kannalta 6 mm uumaa voidaan käyttää, kun uuman korkeuson alle 600 mm ja 8 mm uumaa, kun korkeus on alle 1200 mm. Jos mittasuosituksista poike-taan, profiilin hitsaus vaikeutuu.

1.4.2 I-profiilin korkeuden ja mittojen valinta

Hitsattujen profiilien kilpailukyky valssattuihin profiileihin verrattuna perustuu mm. optimoinninperusteella saavutettuun painonsäästöön. Palkin korkeuden valinnassa on muistettava ottaahuomioon myös taipumarajat. On huomattava, että seuraavassa tarkastelussa esitetyt ohjeetpoikkileikkauksen korkeuden ja mittojen valinnalle ovat vain suuntaa antavia, joista poikkileik-kauksen tarkempi mitoitus voi lähteä liikkeelle.

Hitsattu profiili voidaan normaalisti valmistaa valssattua profiilia kevyempänä myös silloin, kunrakennekorkeus on rajoitettu. Ero ei ole välttämättä kuitenkaan kovinkaan suuri tässä tilantees-sa. Matalia profiileja ei kannata normaalisti valmistaa hitsaamalla, koska saavutettu painon-säästö ei ole merkittävä verrattuna työkustannuksiin. Taloudellinen valmistusraja normaalipoik-kileikkauksille on konepajakohtainen. Hitsatun I-profiilin pienin taloudellinen korkeus on n. 300-400 mm.

WQ-profiilin korkeuden määrää välipohjan korkeus. Normaalisti profiilit kannattelevat ontelo-laattoja. Tällöin WQ-profiilin nimelliskorkeus on 265 mm, 320 mm, 400 mm tai 500 mm [29].



33

1.4.2.1 Poikkileikkausluokan 3 mukainen I-profiili

Valitsemalla mitoituksen lähtökohdaksi PL3:n mukaiset mittasuhteet saadaan poikkileikkauk-sen koko teräsmäärä teholliseen käyttöön niin, että paikallinen lommahdus ei alenna poikkileik-kauksen taivutuskestävyyttä. Samalla laskenta yksinkertaistuu.

Kaksoissymmetrisen I-profiilin optimimitoille voidaan tällöin johtaa seuraavat minimipainonantavat likimääräiset lausekkeet, kun rakennekorkeutta ei ole rajoitettu, hitsien vaikutusta eioteta huomioon ja palkkia kuormittaa vain taivutusmomentti:

missä hw on uuman optimikorkeus valitulla lujuusluokalla

tw on uuman optimipaksuus valitulla lujuusluokalla

tf on laipan optimipaksuus valitulla lujuusluokalla

bf on laipan optimileveys valitulla lujuusluokalla

G on poikkileikkauksen paino pituusyksikköä kohti

MEd on poikkileikkauksessa vaikuttava suurin taivutusmomentti murtorajatilassa

fy on materiaalin nimellinen myötölujuus

γM0 on kestävyyden osavarmuusluku (taulukko 2.5)

ηw = hw / tw = 124ε (taulukko 2.7, mutta hitsien vaikutusta ei oteta huomioon)

ηf = c / tf = 14ε (taulukko 2.8, mutta hitsien vaikutusta ei oteta huomioon)

ρ on teräksen tiheys

Lausekkeista (1.2a...e) laskettu uuman korkeus ja poikkileikkauksen paino on esitetty kuvissa1.6 ja 1.7 taivutusmomentin funktiona. Uuman ja laippojen ainepaksuudet pysyvät kaavojen(1.2a...e) mukaisella poikkileikkauksella materiaalin lujuudesta riippumattomina vakioina, mikävoidaan havaita kyseisiä lausekkeita lähemmin tarkastelemalla. Materiaalin lujuus vaikuttaasiis ainoastaan uuman korkeuteen ja laipan leveyteen. Myös laipan leveyden suhde uuman kor-keuteen on näin mitoitetulla poikkileikkauksella lujuudesta riippumaton vakio, jolle saadaan li-kimääräiseksi arvoksi bf /hw = 0,35.

hw 1 5ηw MEd, fy γ M0⁄( )⁄3 (1.2a)=

tw hw ηw⁄ (1.2b)=

tf 1 5, tw (1.2c)⋅=

bf 2ηf tf tw (1.2d)+=

G ηw 3 3ηf 1+( )+[ ] hw ηw⁄( )2ρ (1.2e)⋅=

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =



34

Lujuuden kasvattamisesta saatava painonsäästö noudattaa tällöin seuraavaa kaavaa:

missä G on poikkileikkauksen paino pituusyksikköä kohti

GS235 on lujuusluokasta S235 valmistetun poikkileikkauksen paino

fy on materiaalin nimellinen myötölujuus, [ fy ] = N / mm2

Poikkileikkauksen painon optimointi (minimointi) lausekkeilla (1.2a...e) perustuu välillisesti lai-pan paksuuden optimointiin suhteessa uuman paksuuteen. Painon optimi saadaan tällöin lau-sekkeen (1.2c) mukaisesti valitsemalla tf = 1,5 × tw . Jos laipan paksuudeksi valittaisiinesimerkiksi tf = 3 × tw , tulisi poikkileikkauksesta jo 14 % painavampi. Laipan ja uuman pak-suussuhteen variointi haarukassa tf = (1...2) × tw vaikuttaa poikkileikkauksen painoon kuiten-kin vain noin 3 %, joten levyjen paksuuksia ei kannata tällöin optimoida kullekin palkille erik-seen, vaan sen sijaan paksuuksien lopullisessa valinnassa kannattaa ottaa huomioon eri pak-suuksien saatavuus ja erilaisten paksuuksien lukumäärän minimointi. Uuman korkeutta ja lai-pan leveyttä voidaan vielä lopuksi tarkentaa valittujen levypaksuuksien perusteella.

‘Paksun’ laipan valinta ( tf = 2 × tw ) voi olla kokonaisuuden kannalta sikäli edullista, että tälloinlaippoja voidaan leventää PL3:n rajojen puitteissa, jolloin taivutuskestävyys suurenee ja mah-dollistaa uuman madaltamisen ja ohentamisen. Tällöin palkin bf /hw -suhde kasvaa, mikä onedullista palkin stabiiliuden (kiepahtamisen) kannalta.

Kuva 1.6 Kaksoissymmetrisen poikkileikkausluokkaan 3 (taivutus) kuuluvan I-profiilin uu-man korkeus likimääräisesti poikkileikkauksen taivutuskestävyyden perusteella

GGS235------------- ε 235 fy⁄ (1.3)==

fy / M0 =

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

MEd [kNm]

hw [m

m]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²



35

Kuva 1.7 Kuvan 1.6 mukaisen I-profiilin paino pituusyksikköä kohti

Jos mitoituskriteerinä joudutaan käyttämään taipumaa, ja poikkileikkauksen mittasuhteet vali-taan edelleen PL3:n mukaisesti, poikkileikkauksen optimimitoille voidaan johtaa seuraavat mi-nimipainon antavat likimääräiset lausekkeet (laipan paksuudeksi on tässä valittu sama tf = 1,5× tw kuin aikaisemminkin, vaikka todellinen noin 6 % pienemmän painon antava optimi edellyt-täisi laipan paksuudeksi arvoa tf = 0,8 × tw , jolloin kuitenkin laipan leveydeksi suhteessa uu-man korkeuteen tulisi vain noin bf /hw = 0,18 mikä puolestaan johtaisi helposti stabiilius-ongelmiin):






fy / M0 =

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

10000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

MEd [kNm]

G [k

g/m

]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²

hw 3ηw Ivaad4 (1.4a)=


tf 1 5, tw (1.4c)⋅=


G ηw 3 3ηf 1+( )+[ ] hw ηw⁄( )2ρ (1.4e)⋅=



36

Ivaad on sallitun taipuman perusteella poikkileikkaukselta vaadittava neliö-

momentti

ηw = hw / tw = 124ε (taulukko 2.7, mutta hitsien vaikutusta ei oteta huomioon)




Lausekkeista (1.4a...e) laskettu uuman korkeus ja poikkileikkauksen paino on esitetty kuvissa1.8 ja 1.9 profiililta vaadittavan neliömomentin funktiona. Vaikka lausekkeet (1.4a...e) ovat uu-man korkeuden kaavaa lukuun ottamatta samaa muotoa kuin lausekkeet (1.2a...e), eivät uu-man ja laippojen paksuudet nyt ole lujuudesta riippumattomia vakioita. Sen sijaan laipan le-veyden suhde uuman korkeuteen on lujuudesta riippumaton vakio, jolle saadaan likimääräisek-si arvoksi jälleen bf /hw = 0,35.

Taipuma muodostuu valitulla lujuusluokalla mitoittavaksi, jos kaavasta (1.4a) saatu uuman kor-keus on suurempi kuin taivutuskestävyyden perusteella kaavasta (1.2a) laskettu korkeus. Sa-ma tarkastelu voidaan suorittaa myös kuvien 1.6 ja 1.8 avulla. Poikkileikkauksen taivutuskes-tävyys muodostuu tällöin automaattisesti riittäväksi, kun mitat määritetään lausekkeilla(1.4a...e). On kuitenkin muistettava, että kyseessä on vasta poikkileikkauksen alustava mitoi-tus, ja kestävyys on aina tarkastettava erikseen varsinaisessa suunnittelussa.

Kuva 1.8 Kaksoissymmetrisen poikkileikkausluokkaan 3 (taivutus) kuuluvan I-profiilin uuman korkeus taipumarajan määräämän neliömomentin perusteella

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =

fy / M0 =

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ivaad [x 1010

mm4]

hw

[mm

]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²



37


Lujuuden kasvaessa uuman korkeus ja poikkileikkauksen paino pienenevät, mutta samalla tai-puma suurenee. Kasvatettaessa lujuutta edelleen muodostuu taipuma mitoittavaksi, ja profiilinpaino alkaa jälleen nousta. Uuman korkeuden kaavoista (1.2a) ja (1.4a) voidaan johtaa myötö-lujuudelle seuraava raja-arvo, jolla poikkileikkauksen paino saavuttaa miniminsä, ja jota suu-remmilla myötölujuuksilla taipuma muodostuu mitoittavaksi:

missä fy.G.min on materiaalin nimellinen myötölujuus, jolla saadaan minimipaino

poikkileikkausluokan 3 taivutetulle kaksoissymmetriselle I-profiilille

E on kimmokerroin




momentti käyttörajatilassa

fy / M0 =

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ivaad [x 1010

mm4]

G

[kg

/m]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²

fy.G.min 0 95E γ M0MEd( )8

I6vaad

------------------------------9 (1.5)⋅,=



38

Kustannusoptimia ei saavuteta välttämättä samalla myötölujuudella kuin painon minimiä. Myö-tölujuuden kasvaessa kasvaa myös teräksen kilohinta. Jos lujuusluokaksi valitaan jokin kaavan(1.5) antamaa rajalujuutta suurempi lujuus, kasvaa profiilin metrihinta siis väistämättä, koskasekä kilohinta että paino kasvavat samanaikaisesti. Periaatteessa kustannusoptimi toteutuu jo-ko kaavan (1.5) lujuudella, tai jollakin sitä pienemmällä lujuudella riippuen eri lujuusluokkien vä-lisistä hintasuhteista. Kaavan (1.5) antamaa lujuutta lujemman teräksen valinta voi olla talou-dellisempaa ainoastaan jos kyseinen lujuusluokka on huomattavasti lähempänä rajalujuuttakuin lähin pienemmän lujuuden teräs, jolloin alemmasta lujuudesta valmistetun poikkileikkauk-sen paino olisi olennaisesti suurempi kuin rajalujuutta lujemmasta teräksestä tehtynä. Teräksenlujuusluokan valintaa ja kustannusten optimointia käsitellään lisää kohdassa 1.4.3.

1.4.2.2 Ohutuumainen I-profiili

Jos poikkileikkauksen mitat valitaan käyttäen lähtökohtana PL3:n mukaisia mittasuhteita edelläesitetyn mukaisesti, uumasta saattaa tulla tarpeettoman paksu suhteessa vaadittavaanleikkauskestävyyteen. Ottamalla huomioon Eurocoden osassa EN 1993-1-5 esitetyt uumanhoikkuusrajat puristetun laipan nurjahduksen välttämiseksi [22,23] ja valitsemalla laippojen mit-tasuhteet edelleen PL3:n mukaisesti, uumaltaan PL4:n mukaisen taivutetun I-profiilin poik-kileikkauksen optimimitoille voidaan johtaa seuraavat minimipainon antavat likimääräisetlausekkeet:









ηw = hw / tw = kE /fy k = 0,55 kun laippa kuuluu poikkileikkausluokkaan 3

E on kimmokerroin



hw ηw MEd fy γ M0⁄( )⁄3 (1.6a)=


tf hw 2ηf ηw⁄ ηw 2ηf( )⁄ tw (1.6c)⋅==


G 3ηw 2ηw ηf⁄+[ ] hw ηw⁄( )2ρ (1.6e)⋅=

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =



39

Lausekkeista (1.6a...e) laskettu uuman korkeus ja poikkileikkauksen paino on esitetty kuvissa1.10 ja 1.11.

Uuman korkeuden suhde paksuuteen vaihtelee valitusta lujuusluokasta S235-S700 riippuenalueella hw /tw = 165...491. Laipan paksuus on valitusta lujuusluokasta riippuen noin(3,2...4,2) × tf ja laipan leveyden suhde uuman korkeuteen vaihtelee vastaavasti haarukassabf /hw = 0,25...0,32.

Lujuuden kasvattamisesta saatava painonsäästö noudattaa tällöin seuraavaa likimääräistäkaavaa:

missä G on poikkileikkauksen paino pituusyksikköä kohti

GS235 on lujuusluokasta S235 valmistetun poikkileikkauksen paino


Vaikka edellä esitetyn mukainen poikkileikkaus täyttääkin Eurocoden vaatimukset myösuuman maksimihoikkuuden osalta puhtaalle taivutukselle, näin äärimmäisen hoikkaanuumaan on syytä suhtautua suurella varovaisuudella. Uuma on tällöin niin hoikka, ettäkäytännössä laipat kantavat yksinään taivutusmomentin. Myös uuman leikkauskestävyys sekäkestävyys paikallisille poikittaisille kuormille (tukireaktiot ja muut mahdolliset pistekuormat) onlähes olematon. On siis syytä jälleen korostaa, että edellä esitetyt poikkileikkauksen mitat ovatvain suuntaa antavat alustavat mitat, jotka toimivat varsinaisen mitoituksen lähtökohtana.

Käytännössä rakenteisiin ei kohdistu yleensä milloinkaan pelkkää puhdasta taivutusta, vaanmyös esim. leikkausvoimaa, joten näin hoikan uuman hyödyntäminen jääkin varsin teoreet-tiseksi. Koska käytännössä uumaa ei siis voi mitoittaa näin hoikaksi, ei myöskään teräksen lu-juuden kasvattamisella saavutettava painonsäästökään tule näin suureksi.

Riittävän leikkauslommahduskestävyyden varmistamiseksi uuman vähimmäispaksuu-delle voidaan johtaa seuraava likimääräinen lauseke:

missä tw on uuman paksuus

VEd on poikkileikkauksessa vaikuttava suurin leikkausvoima murtorajatilassa



E on kimmokerroin

GGS235------------- ε2 3⁄

(1.7)=

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =

tw 0 85,γ M1VEd( )2

fy E--------------------------4 (1.8)⋅≥



40

Kuva 1.10 Kaksoissymmetrisen ohutuumaisen mutta laipoiltaan poikkileikkausluokkaan 3 kuuluvan I-profiilin uuman korkeus likimääräisesti poikkileikkauksen taivutus- kestävyyden perusteella


fy / M0 =

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

MEd [kNm]

hw [m

m]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²

fy / M0 =

0

100

200

300

400

500

600

700

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

MEd [kNm]

G [k

g/m

]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²



41

Jos mitoituskriteerinä joudutaan käyttämään taipumaa, ohutuumaisen I-profiilin optimimitoillevoidaan johtaa seuraavat minimipainon antavat likimääräiset lausekkeet (laipat edelleen PL3):





G on poikkileikkauksen optimipaino pituusyksikköä kohti


momentti

ηw = hw / tw = kE /fy k = 0,55 kun laippa kuuluu poikkileikkausluokkaan 3

E on kimmokerroin




Lausekkeista (1.9a...e) laskettu uuman korkeus ja poikkileikkauksen paino on esitetty kuvissa1.12 ja 1.13.

Uuman korkeuden suhde paksuuteen vaihtelee valitusta lujuusluokasta S235-S700 riippuenalueella hw / tw = 165...491. Laipan paksuus on valitusta lujuusluokasta riippuen noin(3,2...4,2) × tf ja laipan leveyden suhde uuman korkeuteen vaihtelee vastaavasti haarukassabf / hw = 0,25...0,32.

Kuten aikaisemmin lausekkeiden (1.6a...e) yhteydessä, nytkään uuman hoikkuus ja painon-säästö eivät välttämättä tule näin suuriksi, sillä uuman riittävän leikkauslommahduskestä-vyyden varmistamiseksi uuman vähimmäispaksuus tulee jälleen tarkistaa lausekkeella(1.8).

Taipuma muodostuu valitulla lujuusluokalla mitoittavaksi, jos kaavasta (1.9a) saatu uuman kor-keus on suurempi kuin taivutuskestävyyden perusteella kaavasta (1.6a) laskettu korkeus. Sa-ma tarkastelu voidaan suorittaa myös kuvien 1.10 ja 1.12 avulla. Poikkileikkauksen taivutus-kestävyys muodostuu tällöin automaattisesti riittäväksi, kun mitat määritetään lausekkeilla(1.9a...e). On kuitenkin muistettava, että kyseessä on vasta poikkileikkauksen alustava mitoi-tus, ja kestävyys on aina tarkastettava erikseen varsinaisessa suunnittelussa.

hw 1 8ηwIvaad,4 (1.9a)=


tf hw 2ηf ηw⁄ ηw 2ηf( )⁄ tw (1.9c)⋅==


G 3ηw 2ηw ηf⁄+[ ] hw ηw⁄( )2ρ (1.9e)⋅=

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =



42

Kuva 1.12 Kaksoissymmetrisen ohutuumaisen mutta laipoiltaan poikkileikkausluokkaan 3 kuu-luvan I-profiilin uuman korkeus taipumarajan määräämän neliömomentin perusteella


fy / M0 =

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ivaad [x 1010

mm4]

hw [m

m]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²

fy / M0 =

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ivaad [x 1010

mm4]

G [k

g/m

]

235 N/mm² 355 N/mm² 460 N/mm² 700 N/mm²



43

Kuten aikaisemmin PL3 tapauksessa, jälleen voidaan todeta että lujuuden kasvaessa uumankorkeus ja poikkileikkauksen paino pienenevät, mutta samalla taipuma suurenee. Kasvatet-taessa lujuutta edelleen muodostuu taipuma mitoittavaksi, ja profiilin paino alkaa jälleen nous-ta. Uuman korkeuden kaavoista (1.6a) ja (1.9a) voidaan johtaa myötölujuudelle seuraava raja-arvo, jolla poikkileikkauksen paino saavuttaa miniminsä, ja jota suuremmilla myötölujuuksillataipuma muodostuu mitoittavaksi:

missä fy.G.min on materiaalin nimellinen myötölujuus, jolla saadaan minimipaino

ohutuumaiselle taivutetulle kaksoissymmetriselle I-profiilille (uuma PL4,

laipat PL3)

E on kimmokerroin




momentti käyttörajatilassa

Jälleen tulee muistaa, että kustannusoptimia ei saavuteta välttämättä samalla myötölujuudellakuin painon minimiä. Myötölujuuden kasvaessa kasvaa myös teräksen kilohinta. Jos lujuusluo-kaksi valitaan jokin kaavan (1.10) antamaa rajalujuutta suurempi lujuus, kasvaa profiilin metri-hinta siis väistämättä koska sekä kilohinta että paino kasvavat samanaikaisesti. Periaatteessakustannusoptimi toteutuu joko kaavan (1.10) lujuudella, tai jollakin sitä pienemmällä lujuudellariippuen eri lujuusluokkien välisistä hintasuhteista. Kaavan (1.10) antamaa lujuutta lujemmanteräksen valinta voi olla taloudellisempaa ainoastaan jos kyseinen lujuusluokka on huomatta-vasti lähempänä rajalujuutta kuin lähin pienemmän lujuuden teräs, jolloin alemmasta lujuudes-ta valmistetun poikkileikkauksen paino olisi olennaisesti suurempi kuin rajalujuutta lujemmastateräksestä tehtynä. Teräksen lujuusluokan valintaa ja kustannusten optimointia käsitellään li-sää kohdassa 1.4.3.

fy.G.min 0 62E γ M0 MEd( )4

I3vaad

--------------------------------5 (1.10)⋅,=



44

1.4.2.3 Ohutuumaisen ja PL3 mukaisen I-profiilin keskinäinen vertailu

Ohutuumaisen I-profiilin korkeus ja jäykkyys ovat suuremmat, mutta paino pienempi kuin taivu-tuskestävyydeltään vastaavalla poikkileikkausluokan 3 mukaisella I-profiililla. Saavutettavahyöty on aina tapauskohtainen, mutta teoreettisia ääriarvoja voidaan arvioida edellä esitettyjenpoikkileikkausten perusteella seuraavasti:

Jos I-profiiliin kohdistuu pelkkä taivutusmomentti MEd , ja poikkileikkausten mitat valitaan lau-sekkeiden (1.2) ja (1.6) mukaisesti, saadaan poikkileikkausten keskinäisille suhteille niiden kor-keuden, jäykkyyden ja painon osalta seuraavat likimääräiset lausekkeet:

• uuman korkeus:

• paino:

• taivutusjäykkyys:


k = 0,55 kun laippa kuuluu poikkileikkausluokkaan 3



E on kimmokerroin

I on poikkileikkauksen neliömomentti

Tulokset on esitetty graafina kuvassa 1.14. Nähdään, että suurimmat erot syntyvät lujuusluo-kan S235 teräksellä, jolloin ohutuumapalkin korkeus ja jäykkyys ovat lähes 40 % vastaavaaPL3 profiilia suuremmat. Samalla paino jää kuitenkin lähes 30 % pienemmäksi. Teräksen lu-juutta nostettaessa erot pienenevät.

Kuten ohutuumapalkin osalta kohdassa 1.4.2.2 todettiin, Eurocode sallii pelkän puhtaan taivu-tuksen tapauksessa niin äärimmäisen hoikan uuman, että käytännön mitoituksessa sitä ei voi-da hyödyntää. Jos uuman paksuus joudutaan riittävän leikkauskestävyyden saavuttamiseksiesimerkiksi kaksinkertaistamaan, muuttuvat painovertailun tuloksetkin luonnollisesti olennai-sesti. Tässä esitetyt tulokset edustavat vain teoreettisia ääriarvoja, jotta voidaan nähdä mitkäovat ohutuumaisella poikkileikkauksella enimmillään saavutettavissa olevat hyödyt Eurocodensääntöjen puitteissa.

Suuntaa antavana perusohjeena voidaan pitää, että pienten ja keskisuurten I-profiilien tapauk-sessa kannattaa kustannusmielessä yleensä valita ohutuumaisen I-profiilin sijasta PL3 mukai-nen poikkileikkaus, jolloin myös rakennelaskelmien tekeminen on selvästi yksinkertaisempaa.Vasta hyvin suurien I-profiilien tapauksessa voidaan ohutuumaisella I-profiililla saavuttaa mie-lekkäitä kustannussäästöjä.

hw.PL4

hw.PL3-------------- 4 8 kε,3 (1.11)=

GPL4

GPL3------------

1

4 8 kε,3------------------- (1.12)=

EI PL4

EI PL3-------------- 4 8 kε,3 (1.13)=

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =



45

Kuva 1.14 Ohutuumaisen I-profiilin ja poikkileikkausluokkaan 3 kuuluvan I-profiilin keskinäi-nen vertailu uuman korkeuden, poikkileikkauksen painon ja taivutusjäykkyydensuhteen. Poikkileikkausten mitat on määritetty lausekkeiden (1.2) ja (1.6) mukai-sesti

1.4.3 Teräksen lujuusluokan valinta

Hitsatut profiilit valmistetaan Suomessa yleensä lujuusluokan S355 teräksestä, jota voidaanpitää peruslujuutena. Eurocodessa normaalilujuuksiin luokiteltavia S420 ja S460 teräksiäkäytetään myös jonkin verran. Näitä lujempia teräslajeja nimitetään erikoislujiksi teräksiksiksi,joista saatetaan käyttää myös yleisnimitystä korkealujuusteräkset eli HSS-teräkset (HighStrength Steels). Terminologia on jossain määrin horjuvaa ja muuttunut ajan kuluessa, sillä ai-kaisemmin jo S420-S460 teräksiä kutsuttiin HSS-teräksiksi.

Lujuusluokkaa S460 lujempien terästen käyttö on tähän asti ollut rakennuspuolella käytän-nössä lähes olematonta, koska eri suunnitteluohjeissa materiaalien lujuus on yleensä rajoitettumaksimissaan lujuuteen S355-S460. Näin on ollut tilanne myös ENV-Eurocodessa. EN-Euro-code kuitenkin mahdollistaa lujien terästen hyödyntämisen aina lujuusluokkaan S700 asti [25].

Eri lujuusluokkien väliset hintasuhteet ovat pysyneet kuluneina 20 vuotena kutakuinkin samoi-na lujuuteen S420 asti. Tätä lujempien terästen kohdalla hintasuhteet ovat kuitenkin rajustimuuttuneet. 20 vuotta sitten myötölujuuden hintakäyrä kääntyi voimakkaaseen nousuun lujuu-den S420 jälkeen [30]. Suuntaus entistä lujempien terästen käyttämiseen, sekä terästehtaidentuotantomenetelmien ja -tehokkuuden kehittyminen ovat johtaneet siihen, että nykyisin myötö-lujuuden hintakäyrä on lujuuden kasvaessa jatkuvasti laskeva kuvan 1.15 mukaisesti.

0,600,700,800,901,001,101,201,301,401,50

200 300 400 500 600 700fy [MPa]

PL

4 / P

L3

hw , EI Ghw , EI



46

Kuva 1.15 Levymateriaalien S235-S700 hinnat vuoden 2007 alun hintatason mukaan suhteutettuna lujuusluokan S235 hintaan. Myötölujuuden hinta (eur / to) / MPa on saatu jakamalla teräksen tonnihinta nimellisellä myötölujuudella

Kuvassa 1.15 on esitetty levymateriaalien suhteelliset tonnihinnat lujuusluokissa S235-S700.Lujuuden noustessa teräksen tonnihinta (eur /1000 kg) nousee. Lujuusluokka S355 on kuiten-kin tonnihinnaltaan tyypillisesti vain noin 3 % kalliimpi kuin vastaavan laatuluokan ja mitta-alueen S235 teräs. Lujuuden S355 jälkeen tonnihinta alkaa nousta selvästi voimakkaammin.

Kuvan 1.15 alempi käyrä esittää vastaavasti myötölujuuden suhteellisen hinnan eri lujuusluo-kissa. Mitä lujempi teräs, sitä halvempi on myötölujuuden hinta. Tässäkin näkyy taitekohta lu-juusluokan S355 kohdalla: lujuuden hinta alenee voimakkaimmin lujuusluokkaan S355 asti,jonka jälkeen hinta putoaa kyllä edelleen, mutta hitaammin.

Käytännössä lujien terästen suurempaa myötölujuutta ei kuitenkaan pystytä läheskään ainakäyttämään täysimääräisesti hyväksi vastaavan suuruisena painonsäästönä. Lisäksi lujuus-luokkien S500-S700 mitoitukseen liittyy Eurocodessa lisäehtoja ja rajoituksia, jotka omaltaosaltaan mutkistavat niiden käyttöä ja tietyissä mitoitustilanteissa estävät niiden myötölujuudentäysimääräisen hyödyntämisen [25]. Tästä ääriesimerkkinä kuvassa 1.16 on esitetty eri lujuus-luokista valmistettujen saman kokoisten I-profiilien uuman plastinen leikkauskestävyys. Voi-daan havaita, että S500 lujuusluokasta valmistetun I-profiilin leikkauskestävyys on laskennalli-sesti jopa huonompi kuin S460 teräksen leikkauskestävyys (ilmiön aiheuttaa leikkauskestävyy-den laskennassa käytettävä teräksen muokkauslujittumisen huomioon ottava η-tekijä, ks. koh-ta 2.8.1).

LEVYMATERIAALIN SUHTEELLINEN HINTA

40 %

60 %

80 %

100 %

120 %

140 %

160 %

200 300 400 500 600 700fy [MPa]

eur / to (eur / to) / MPa

S235 = 100 %



47

Kuva 1.16 I-profiilin uuman plastinen leikkauskestävyys verrattuna S235 teräksestä valmistetun saman kokoisen I-profiilin leikkauskestävyyteen

Myös valmistustekniset seikat vaikuttavat rakenteen kokonaiskustannuksiin. Jos ainepaksuu-det pienenevät lujuuden kasvaessa (näin ei välttämättä aina käy), pienenee esimerkiksi hitsau-ksen lisäainetarve. Toisaalta lujuuden kasvaessa konepajavalmistus muuttuu vaativammaksierityisesti hitsauksen osalta (mahdollinen esilämmitys-/korotetun työlämpötilan tarve, hitsauk-sen lämmöntuontirajoitukset, henkilöstön pätevyys, laaduntarkastus).

Edellä esitetyt seikat vaikeuttavat kulloinkin edullisimman lujuusluokan valintaa. Suuntaa an-tavana perusohjeena voidaan kuitenkin pitää, että yleensä kannattaa valita lujuusluokanS355 teräs. Jos sen lujuus ei riitä, seuraavaksi kannattaa harkita S460 lujuusluokkaa, joka onlujin jota voidaan Eurocodessa mitoittaa vielä ‘normaalien’ ohjeiden mukaisesti. Mikäli tämä-kään ei riitä ja päädytään harkitsemaan siirtymista lujuusluokkiin S500-S700, voi olla edullisin-ta ‘harpata’ suoraan ko. haarukan korkeimpiin lujuusluokkiin, sillä S500 teräksen myötölujuuson niin vähän suurempi kuin S460 teräksellä, että S500-S700 teräksiä koskevat lisäehdot jarajoitukset aiheuttavat helposti enemmän haittaa kuin hyötyä, kuten edellä nähtiin.

Lujien terästen käyttö voi kuitenkin olla perusteltua silloinkin, kun sillä ei saavuteta säästöjä ma-teriaalikustannuksissa. Tällöin kyseessä on yleensä tilanne, jossa rakenteen oman painon mi-nimointi on tavoiteltava ominaisuus tai kilpailutekijä itsessään. Hyviä esimerkkejä tämän kaltai-sista rakenteista ovat nostolaitteet sekä ajoneuvojen rungot / apurungot / varusteet tai muu liik-kuva kalusto, joissa pieni oma paino parantaa teknistä suorituskykyä (hyötykuorman osuuskasvaa) tai pienentää käyttökustannuksia.

Seuraavassa tarkastellaan teräslujuuden valintaa vielä lyhyesti eräiden rakennetyyppien osal-ta.

0 %50 %

100 %150 %200 %250 %300 %350 %

S235 S275 S355 S420 S460 S500 S600 S700

myötölujuus leikkauskestävyys



48

Hybridipalkit:

Lujien terästen etuja voidaan ehkä parhaiten hyödyntää hybridipalkeissa. Niissä laipat on val-mistettu lujemmasta teräksestä kuin uuma. Tällöin laippojen lujuus voidaan optimoida taivutus-rasituksen perusteella ja uuman lujuusluokka valitaan leikkausrasituksen perusteella.

Eurocode rajoittaa hybridipalkin laippojen materiaalilujuutta suhteessa uuman lujuuteenseuraavan lausekkeen mukaisesti [22,23]:

missä fyf on hybridipalkin laipan materiaalin nimellinen myötölujuus

fyw on hybridipalkin uuman materiaalin nimellinen myötölujuus

ϕh on laipan ja uuman lujuuksien suhdetta rajoittava tekijä,

jonka lukuarvo voidaan esittää kansallisessa liitteessä.

Eurocoden suositusarvo on ϕh = 2,0

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-5 [24]: Käytetään Eurocoden suositusarvoa.

Jos siis uuman materiaaliksi valitaan lujuusluokan S235 teräs, voidaan laipoissa käyttää mak-simissaan lujuusluokan S460 terästä. Vastaavasti jos uuman lujuusluokaksi valitaan S355teräs, voidaan laipoissa hyödyntää Eurocoden sallimaa korkeinta lujuusluokkaa S700.

Vedetyt rakenneosat:

Kuvassa 1.17 on esitetty vedetyn rakenneosan suhteellinen metripaino ja metrihinta laskettunakuvassa 1.15 esitetyillä tonnihinnoilla. Kuvassa 1.17 suhteellista metrihintaa esittävä ylempikäyrä on tällöin täsmälleen samaa muotoa kuin kuvan 1.15 myötölujuuden hintakäyrä.

Pelkkää materiaalikustannusta ajatellen lujemman teräksen käyttö on aina kannattavaa, josvain materiaalin lujuus voidaan hyödyntää täysimääräisesti vastaavana painonsäästönä. Tämätoteutuu vedetyillä rakenneosilla.

Samalla kun profiilista tulee kevyempi, myös käsittely-, kuljetus- ja asennuskustannukset hal-penevat.

fyf ϕh fyw (1.14)⋅≤



49

Kuva 1.17 Vedetyn rakenneosan suhteellinen metripaino ja metrihinta lujuusluokissa S235-S700 laskettuna kuvan 1.15 tonnihinnoin

Taivutetut rakenneosat:

Poikkileikkausluokkien 1-3 taivutetuissa rakenneosissa materiaalilujuuden kasvu voidaan hyö-dyntää täysimääräisesti poikkileikkauksen taivutuskestävyydessä, ellei taipumaraja tai kiepah-dus muodostu mitoittavaksi. Poikkileikkauksen painoa ei kuitenkaan pystytä keventämään suo-raan samassa suhteessa lujuuden kanssa, joten lujemmilla teräksillä saavutettava painonsääs-tö ei välttämättä riitä kompensoimaan niiden korkeampaa tonnihintaa.

Kuvassa 1.18 on esitetty taivutusmomentille mitoitetun poikkileikkausluokkaan 3 kuuluvansymmetrisen I-profiilin suhteellinen metripaino ja metrihinta laskettuna kuvan 1.15 tonnihinnoil-la ja lausekkeen (1.3) mukaisella painonsäästöllä. Suhteellinen painonsäästö jää kauttaaltaanpienemmäksi kuin vedetyillä rakenneosilla kuvassa 1.17. Metrihinta halpenee lujuusluokkaanS355 asti, jonka jälkeen se kääntyy lievään nousuun.

Kuvassa 1.18 ei ole otettu huomioon mahdollisen taipumarajoituksen vaikutusta. Kuten aikai-semmin kohdassa 1.4.2.1 todettiin, PL3 poikkileikkauksen paino alkaa jälleen nousta jos teräk-sen lujuus valitaan niin suureksi että taipuma muodostuu mitoittavaksi. Koska samalla myösmateriaalin tonnihinta nousee, alkaa myös metrihinta kasvaa.

Näin ollen yleisenä sääntönä voidaan todeta, että kustannusoptimi saavutetaan kuvan 1.18mukaisella myötölujuudella, mutta kuitenkin enintään minimipainon antavalla kaavan (1.5) mu-kaisella myötölujuudella. Kaavan (1.5) antamaa optimilujuutta lujemman teräksen valinta voi ol-la taloudellisempaa ainoastaan jos kyseinen lujuusluokka on olennaisesti lähempänä optimilu-

VEDETYN RAKENNEOSAN SUHTEELLINEN METRIPAINO JA

METRIHINTA

20 %

40 %

60 %

80 %

100 %

120 %

200 300 400 500 600 700fy [MPa]

kg / m eur / m

S235 = 100 %



50

juutta kuin lähin pienemmän lujuuden teräs, jolloin alemmasta lujuudesta valmistetun poikki-leikkauksen paino olisi riittävästi suurempi kuin optimilujuutta lujemmasta teräksestä tehtynä.

Suuntaa antavana perusohjeena voidaan kuitenkin käytännössä aina valita lujuusluokan S355teräs hyvänä yleisteräksenä: mahdollisen ‘ylilujuuden’ aiheuttama lisäkustannus on tässä lu-juusluokassa lähes olematon.

Kuva 1.18 Taivutusmomentille mitoitetun poikkileikkausluokkaan 3 kuuluvan symmetrisen I-profiilin suhteellinen metripaino ja metrihinta laskettuna kuvan 1.15 mukaisin tonnihinnoin ja lausekkeen (1.3) mukaisella painonsäästöllä

Poikkileikkausluokan 4 profiileilla osa poikkileikkauksen materiaalista jää täysin tehottomaksi.Kuvassa 1.19 on esitetty taivutusmomentille mitoitetun ohutuumaisen symmetrisen I-profiilinsuhteellinen metripaino ja metrihinta laskettuna kuvan 1.15 tonnihinnoilla ja lausekkeen (1.7)mukaisella painonsäästöllä. Poikkileikkauksen paino on toki pienempi kuin saman lujuusluokanPL3 tapauksessa, mutta teräksen lujuuden nostamisesta saatava suhteellinen hyöty jää vähäi-semmäksi, mikä nähdään kuvassa 1.19 suhteellisen metripainon käyrästä joka jää kauttaal-taan korkeammalle kuin poikkileikkausluokan 3 tapauksessa kuvassa 1.18.

TAIVUTUSMOMENTILLE MITOITETUN PL3 I-PROFIILIN

SUHTEELLINEN METRIPAINO JA METRIHINTA

50 %

60 %

70 %

80 %

90 %

100 %

110 %

200 300 400 500 600 700fy [MPa]

kg / m eur / m

S235 = 100 %



51

Kuva 1.19 Taivutusmomentille mitoitetun ohutuumaisen symmetrisen I-profiilin suhteellinenmetripaino ja metrihinta laskettuna kuvan 1.15 mukaisin tonnihinnoin ja lausek-keen (1.7) mukaisella painonsäästöllä. Huom: tuloksissa ei ole otettu huomioonleikkauslommahduksen vaikutusta uuman paksuuteen ja poikkileikkauksen pai-noon

Kuvan 1.19 suhteellisen metripainon käyrässä ei ole kuitenkaan otettu huomioon lausekkeen(1.8) mukaista leikkauslommahduskestävyyden asettamaa vaatimusta uuman paksuudelle.Tämä muodostuu helpommin mitoittavaksi alemman lujuusluokan teräksillä, joilla muuten sal-littaisiin suuremmat uuman hoikkuudet. Tämän seurauksena korkeamman lujuusluokan teräs-ten kilpailukyky paranee, jolloin lujuusluokkien keskinäiset suhteet lähestyvät PL3-profiilillekuvassa 1.18 esitettyä tilannetta.

Jos lisäksi otetaan vielä huomioon taipumarajan vaikutukset painoon ja hintaan, päädytäänvastaavaan lopputulokseen kuin poikkileikkausluokan 3 tapauksessa: kustannusoptimi saa-vutetaan kuvan 1.18 mukaisella myötölujuudella, mutta kuitenkin enintään ohutuumaiselle I -profiilille minimipainon antavalla kaavan (1.10) mukaisella myötölujuudella. Kaavan (1.10)antamaa optimilujuutta lujemman teräksen valinta voi olla taloudellisempaa ainoastaan jos ky-seinen lujuusluokka on olennaisesti lähempänä optimilujuutta kuin lähin pienemmän lujuudenteräs, jolloin alemmasta lujuudesta valmistetun poikkileikkauksen paino olisi riittävästi suurem-pi kuin optimilujuutta lujemmasta teräksestä tehtynä.

Jälleen voidaan suuntaa antavana perusohjeena kuitenkin käytännössä aina valita lujuusluo-kan S355 teräs hyvänä yleisteräksenä samalla perusteella, kuin edellä poikkileikkausluokan 3tapauksessakin.

TAIVUTUSMOMENTILLE MITOITETUN OHUTUUMAISEN I-

PROFIILIN SUHTEELLINEN METRIPAINO JA METRIHINTA

50 %

60 %

70 %

80 %

90 %

100 %

110 %

200 300 400 500 600 700fy [MPa]

kg / m eur / m

S235 = 100 %



52

Puristetut rakenneosat:

Myös puristetuilla rakenneosilla voidaan jossain määrin hyödyntää korkeampaa myötölujuutta.Lisäksi kannattaa muistaa, että lujuusluokilla S460-S700 voidaan käyttää hieman parempianurjahduskäyriä kuin alempien lujuusluokkien teräksillä, mikä omalta osaltaan parantaa S460-S700 terästen hyödyntämismahdollisuutta.

Sauvan kestävyyden kannalta lujuuden nostamisesta saatavan hyödyn suuruus vaihtelee poik-kileikkauksen ja sauvan hoikkuuden perusteella. Hyvin karkeana yleistyksenä voidaan arvioi-da, että käytännössä yleisimmin esiintyvillä sauvan hoikkuuksilla sauvan kestävyys kasvaapoikkileikkausluokilla 1-3 noin kolmanneksen myötölujuuden prosentuaalisesta noususta(myötölujuus: +Y % → nurjahduskestävyys: +Y/3 %).

Kustannussäästöjen arvioinnin kannalta tilanne on mutkikkaampi. Kustannussäästöjen saavut-tamisen edellytys on, että teräsmäärän - siis sauvan poikkileikkauspinta-alan - pitää pienentyä.Tämä tapahtuu luonnollisesti ohentamalla ainepaksuuksia ja pienentämällä poikkileikkauksenulkomittoja. Tällöin poikkileikkauksen ja sauvan suhteellinen hoikkuus kasvavat enemmän, kuinpelkkä myötölujuuden kasvattaminen aiheuttaisi. Kustannussäästöjen suuruutta on täten mah-doton arvioida yleisellä tasolla, joten asia joudutaan aina tutkimaan täysin tapauskohtaisesti.

Suuntaa antavana perusohjeena voidaan jälleen valita lujuusluokan S355 teräs. Lujuudenaiheuttama lisäkustannus on teräksen tonnihinnassa tällöin vielä hyvin vähäinen, joten pienikinlujuudesta saatava painonsäästö riittää tekemään valinnasta edullisen.

Väsytyskuormitetut rakenteet ja rakenneosat:

Hitsaamattomassa perusaineessa väsymiskestävyys kasvaa teräksen lujuuden kasvaessa.Sen sijaan hitsatun rakenteen väsymiskestävyys ei juurikaan riipu teräksen lujuudesta vaan ra-kenteen jännitysvaihteluista ja yksityiskohtien toteutuksesta. Väsytyskuormitetuissa rakenteis-sa lujien terästen hyödyntämistä hankaloittaa myös taipumus ainepaksuuksien pienentymi-seen, mikä lisää jännitystasoa ja sitä kautta usein myös jännitysvaihteluväliä, jolloin väsymis-kestävyys pienenee.

Lujien terästen käyttö tulee kysymykseen lähinnä seuraavanlaisissa tapauksissa:

• pysyvien kuormitusten osuus kokonaiskuormituksesta on suuri, tai • poikkeuksellisen kuormituksen aiheuttama maksimijännitys on suuri verrattuna väsyttävään jännitysvaihteluun.

Teräksen lujuuden valinta kannattaa tehdä vasta sitten, kun rakenneosa on ensin mitoitettuväsymisen perusteella ja voidaan laskea suurin staattisen kuormituksen aiheuttama jännitys.

1.5 CE-merkintä

Rakennustuotteena käytettäviä kantavia hitsattuja profiileja koskee tuotestandardi EN 1090[10,11]. Standardin EN 1090 osa EN 1090-1 on ns. harmonisoitu standardi (harmonised stan-dard), eli se sisältää liitteen ZA (Annex ZA) jossa määritellään mm. kyseessä olevien tuotteidenCE-merkintään liittyvät asiat ja CE-merkinnässä esitettävät tuoteominaisuudet.



53

EN-Eurocoden lähtökohtana on, että teräsrakenteiden osalta suunnitteluohjeet ja varmuusta-sot pätevät rakenteille jotka toteutetaan nimenomaan standardin EN 1090 mukaisesti.

Rakennustuotedirektiivin 89/106/ETY (CPD, Construction Products Directive 89/106/EEC) mu-kaan CE-merkintä edellytetään EU:n sisämarkkinoilla niiltä rakennustuotteilta, jotka on ilmoitet-tu Euroopan unionin virallisessa lehdessä (OJ, Official Journal), ja joita koskevan harmonisoi-dun tuotestandardin tai Eurooppalaisen teknisen hyväksyntäohjeen (ETAG) CE-merkinnän siir-tymäaika on päättynyt.

Muista jäsenvaltioista poiketen Suomessa, Ruotsissa, Englannissa ja Irlannissa CE-merkintäon toistaiseksi lainsäädännön perusteella lähtökohtaisesti vapaaehtoinen tuotehyväksyntä-menettely. CE-merkintä saattaa myöhemmin muuttua pakolliseksi myös näissä maissa.

Rakennustuotedirektiivin keskeisenä tavoitteena on poistaa kaupan tekniset esteet, jotka ai-heutuvat jäsenvaltioiden rakennustuotteille asettamista toisistaan poikkeavista kansallisistavaatimuksista. Harmonisoiduissa tuotestandardeissa ja Eurooppalaisissa teknisissä hyväksyn-nöissä yhdenmukaistetaan (harmonisoidaan) sekä tuotteesta osoitettavat ominaisuudet ettämenetelmät näiden ominaisuuksien osoittamiseksi. Näin poistuvat kansallisten viranomaisvaa-timusten erilaisista tuotevaatimuksista aiheutuvat kaupan tekniset esteet. CE-merkityn tuotteenkäyttäjältä ei voida kansallisiin säännöksiin vedoten vaatia esim. uutta testausta tai tuotteensaattamista muun kansallisen hyväksyntämenettelyn kohteeksi. Näin ollen esimerkiksi Suo-messa suoritettu vaatimustenmukaisuuden osoittaminen riittää tuotteen markkinoille saattami-seen koko Euroopan talousalueella [31].

CE-merkintää koskevia säännöksiä sovelletaan yhtälailla yksinomaan kotimarkkinoille tarkoi-tettuihin rakennustuotteisiin, Euroopan talousalueelle vietäviin tuotteisiin kuin myös Suomeenmaahantuotuihin tuotteisiin.

CE-merkintä ei ole alkuperämerkintä, eikä se osoita että tuote on valmistettu Euroopan talous-alueella. CE-merkinnän kiinnittää rakennustuotteeseen valmistaja tai sen valtuuttama edusta-ja. Kiinnittämällä CE-merkinnän valmistaja vakuuttaa, että tuote on sitä koskevan Eurooppalai-sen harmonisoidun tuotestandardin tai tuotteelle annetun Eurooppalaisen teknisen hyväksyn-nän (ETA, European Technical Approval) mukainen. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että:

• valmistaja on tuotteen valmistuksessa noudattanut kyseistä asiakirjaa • valmistaja on huolehtinut tehtaan laadunvalvonnasta sekä tarvittavista testauksista siten kuin edellytetään • valmistajasta riippumaton ilmoitettu laitos eli Notified Body (testauslaboratorio, tarkastuslaitos tai varmentamiselin) on suorittanut sille kuuluvat tehtävät, jos niitä ko. tuotteen osalta edellytetään.

CE-merkittyjen rakennustuotteiden vaatimustenmukaisuudesta vastaa tuotteen markkinoillesaattaja. Ensisijaisesti tämä tarkoittaa tuotteen valmistajaa. Jos kyseessä ei ole kotimainentuote, maahantuoja vastaa tuotteen vaatimustenmukaisuudesta Suomen markkinoilla riippu-matta siitä, onko tuote valmistettu jossain Euroopan talousalueen maassa vai sen ulkopuolella[31].

Rakennustuotteiden markkinavalvonnan tehtävänä on huolehtia, että Euroopan talousalueenmarkkinoilla on vain sellaisia CE-merkinnällä varustettuja rakennustuotteita, jotka täyttävät niil-le asetetut vaatimukset. Suomessa Turvatekniikan keskus (TUKES) toimii ympäristöministeriönvaltuuttamana CE-merkittyjen rakennustuotteiden markkinavalvojana. Valvonta kohdistuu Suo-



54

messa markkinoille saatettuihin tuotteisiin riippumatta siitä, onko ne valmistettu Suomessa,jossain toisessa Euroopan talousalueen maassa vai talousalueen ulkopuolella.

CE-merkinnän yhteydessä ei ole aina tarpeen osoittaa kaikkia harmonisoituja ominaisuuksia.Siltä osin kuin jäsenmaissa ei aseteta tuotteen tietylle ominaisuudelle vaatimuksia tietyssäkäyttötarkoituksessa, ei valmistajaltakaan edellytetä kyseisten vaatimusten täyttymisen osoit-tamista kyseisessä jäsenmaassa. CE-merkinnässä käytetään tällöin kyseisen ominaisuudenkohdalla merkintää NPD, No Performance Determined. Merkintää NPD voidaan myös käyttääharmonisoidussa standardissa esitetyn mukaisesti tietyn ominaisuuden kohdalla osoittamaan,että ko. ominaisuus ei ole olennainen ko. tuotteelle. (Merkintää ei pidä sekoittaa Eurocodessakäytettyyn merkintään NDP, Nationally Determined Parameter, jota käytetään kansallisestimäärättävien arvojen yleisnimityksenä.)

Kukin jäsenmaa päättää kansallisista lähtökohdistaan omalta kohdaltaan, vaaditaanko tuotteel-ta kaikki harmonisoidussa standardissa tai teknisessä hyväksynnässä määritellyt ominaisuu-det vai vain osa niistä. Muita tai poikkeavia tuotekohtaisia vaatimuksia ei kuitenkaan voidaviranomaisten toimesta esittää [31].

Rakennuksille ja rakennusosille asetettavat vaatimustasot päätetään edelleen kansallisella ta-solla ja tuotteen kelpoisuutta aiottuun käyttöönsä arvioidaan aina näiden vaatimusten pohjalta.Koska eri maiden kansallisissa säädöksissä on voimassa ilmastosta ja maantieteellisistä sei-koista johtuvia erityisvaatimuksia ja luokituksia, on tuotetta käytettäessä aina tarkistettava ky-seisten vaatimusten täyttyminen. Suomessa ja muissa Pohjoismaissa tyypillinen tähän luok-kaan kuuluva vaatimus on pakkasenkestävyys. Näin ollen Eurooppalaisen harmonisoidunstandardin tai teknisen hyväksynnän mukaista CE-merkinnällä varustettua tuotetta ei välttä-mättä voida käyttää samaan tarkoitukseen kaikissa Euroopan talousalueen maissa [31].

Vaatimustenmukaisuuden osoittaminen (Attestation of Conformity, AoC tai AC) tarkoittaaniitä menettelyjä, joilla osoitetaan tuotteen valmistuksen, tuotteen ominaisuuksien ja niiden val-vonnan vastaavuus harmonisoidussa standardissa tai Eurooppalaisessa teknisessä hyväksyn-nässä esitettyihin vaatimuksiin nähden.

Lisäksi useimmiten tarvitaan, siinä laajuudessa kuin kyseisen tuotteen vaatimustenmukaisuu-den osoittamismenettely edellyttää, kolmannen osapuolen suorittamaa varmentamista, tarkas-tusta ja testausta. Kolmantena osapuolena voi toimia vain kyseiselle tuoteryhmälle päteväksitodettu riippumaton ilmoitettu laitos (NB, Notified Body). Tällaisia laitoksia voi olla kullekin tuo-teryhmälle useita ja valmistaja voi vapaasti valita, minkä ilmoitetun laitoksen kanssa tekee val-vontasopimuksen. Valmistaja voi käyttää missä tahansa Euroopan talousalueen maassa sijait-sevaa ilmoitettua laitosta [31]. Ajantasaiset luettelot päteviksi todetuista Rakennustuotedirektii-vin alaisista ilmoitetuista laitoksista on esitetty standardikohtaisesti Euroopan komission verk-kosivuilla (hakusana: NANDO).

Vaatimustenmukaisuuden osoittamisessa käytettävät menettelyvaihtoehdot on esitetty taulu-kossa 1.17. EN 1090-1 määrittelee kantavien teräsrakenteiden AC-luokaksi 2+ mikä merkitseemm. kolmannen osapuolen suorittamaa tehtaan sisäisen laadunvalvonnan alkutarkastusta jajatkuvaa valvontaa [10].



55

Taulukko 1.17 Vaatimustenmukaisuuden osoittamisessa käytettävät menettelyvaihtoehdot ja eri osapuolten tehtävät [31]

Vaatimustenmukaisuuden arvioinnilla tarkoitetaan sekä valmistajan suorittamia tuotannonjatkuvaan laadunvalvontaan liittyviä toimenpiteitä (näytteiden otto, testaustiheys, tulosten ana-lysointi), että ilmoitetun laitoksen vastaavia toimenpiteitä (esim. alkutestaus, tehtaan laadunval-vonnan alkutarkastus sekä jatkuva valvonta).

Vaatimustenmukaisuuden arviointiin liittyvät ohjeet on yleensä kirjoitettu harmonisoituun tuote-standardiin tai siinä viitattuun viitestandardiin. On huomattava, että harmonisoiduissa tuote-standardeissa ja Eurooppalaisissa teknisissä hyväksynnissä ei välttämättä vaadita kaikkia omi-naisuuksia selvitettäväksi testaamalla. Testimenetelmän tilalla tai ohella standardissa voidaanesittää esimerkiksi taulukko, josta voidaan suoraan lukea CE-merkinnässä ko. tuotteelle käy-tettävä ominaisuuden lukuarvo tai standardissa voidaan esittää laskentamenetelmä tai viitatalaskentamenetelmään, jonka mukaan ominaisuus voidaan selvitttää. Kantavien rakenteiden jarakenneosien tapauksessa standardit viittaavat laskentamenetelmänä EN-Eurocodeen, taistandardeissa esitetään laskentamenetelmä joka pohjautuu Eurocodeen.

Kantavien teräsrakenteiden toteutusstandardi EN 1090-1 edellyttää [10], että silloin kun valmis-taja ilmoittaa CE-merkinnässä myös tuotteen rakenteellisia kestävyysarvoja, vaatimustenmu-kaisuuden arvioinnin tulee kattaa myös ao. suunnittelutoiminnot (suunnittelua suorittava henki-löstö, käytössä olevat suunnittelun työkalut / ohjelmistot).

Kun ao. vaatimukset on täytetty ja ilmoitettu laitos on laatinut alla mainitun todistuksen, valmis-tajan tai valmistajan Euroopan talousalueelle sijoittautuneen edustajan tulee laatia ja pitää yllävaatimustenmukaisuusvakuutus, joka oikeuttaa valmistajan kiinnittämään tuotteeseen CE-merkinnän. Vakuutuksessa tulee olla seuraavat tiedot [31]:

• valmistajan tai valmistajan Euroopan talousalueelle sijoittautuneen valtuutetun edustajan nimi ja osoite sekä tuotantopaikka • kuvaus tuotteesta (esim. tyypi, tunnistetiedot, käyttö, ...) ja kopio

Vaatimustenmukaisuuden osoittamisessa käytettävät menettelyt

KONTROLLIKEINOT 1+ 1 2+ 2 3 4

Tuotteen alkutestaus � � � � � � � �

Tehtaalta otettujen näytteiden testaus � � � �

Tehtaalta, markkinoilta tai rakennuspaikalta otettujen pistokoenäytteiden testaus

�

Tehtaan sisäinen laadunvalvonta � � � � � � � �

Tehtaan ja sen sisäisen laadunvalvonnan alkutarkastus

� � � � � �

Tehtaan sisäisen laadunvalvonnan jatkuva valvonta, arviointi ja hyväksyminen

� � � �

� = valmistaja � = arviointilaitos (ns. ilmoitettu laitos)



56

CE-merkinnän yhteydessä esitettävistä tiedoista • säännökset, jotka tuote täyttää (esim. ao. EN-standardin liite ZA) • tuotteen käyttöä koskevat erityisehdot (esim. edellytykset sen käytöstä tietyin ehdoin jne.) • mukana olevan valmistajan sisäisen laadunvalvontatodistuksen numero • sen henkilön nimi ja asema, jolla on oikeus allekirjoittaa vakuutus valmistajan tai valmistajan valtuutetun edustajan puolesta.

Vakuutuksen mukana tulee olla ilmoitetun laitoksen laatima todistus tehtaan sisäisestä laadun-valvonnasta. Todistuksen tulee sisältää edellä esitettyjen tietojen lisäksi seuraavat tiedot:

• ilmoitetun laitoksen nimi ja osoite • valmistajan sisäisen laadunvalvontatodistuksen numero • todistuksen mahdolliset kelpoisuusehdot ja voimassaoloaika • sen henkilön nimi ja asema, jolla on oikeus allekirjoittaa todistus.

CE-merkityn rakennustuotteen valmistajan tai maahantuojan on pyydettäessä esitettävä viran-omaiselle edellä selostettu vakuutus ja todistus sen jäsenvaltion virallisilla kielillä, jossa tuotettaon tarkoitus käyttää. Suomessa siis suomen tai ruotsin kielellä [31].

1.5.1 Levymateriaalin CE-merkintä

Standardin EN 10025 osa EN 10025-1 on harmonisoitu tuotestandardi. CE-merkinnän siirty-mäaika on näiden tuotteiden osalta päättynyt 1.9.2006, joten Rakennustuotedirektiivin mukaanCE-merkintä on ao. terästuotteilla pakollinen (huom. eräiden maiden kuten Suomen poikkeavakanta edellä esitetyn mukaisesti). EN 10025 mukaisten rakenneterästen AC-luokka on 2+.

EN 10025 mukaisten terästuotteiden CE-merkinnässä terästehtaan tulee esittää seuraavat tie-dot [2]:

• varmentamiselimen tunnusnumero • valmistajan nimi tai tunnusmerkki, ja rekisteröity osoite • merkinnän kiinnittämisvuoden kaksi viimeistä numeroa • EY-vaatimustenmukaisuustodistuksen tai valmistajan sisäisen laadunvalvontatodistuksen numero (tarvittaessa) • viittaus kyseiseen EN-standardiin (EN 10025-1) • kuvaus tuotteesta: yleisnimi, materiaali, mitat,... ja suunniteltu käyttö • tiedot seuraavista tuoteominaisuuksista:

EN 10025 mukaisesti tuotenimike, mitta- ja muototoleranssitiedot, murtovenymä, murtolujuus, myötölujuus, iskusitkeys, hitsattavuus

• NPD (No Performance Determined) niille ominaisuuksille, joita ao. merkintä koskee (pitkäaikaiskestävyys, säännellyt aineet)

Kuvassa 1.20 on esitetty esimerkki standardin EN 10025-1 mukaisesta teräslevyn CE-merkin-nästä [2].



57

Ruukin Raahen terästehtaalla on valtuutus antaa CE-merkintä standardien EN 10025-2, -3, -4ja -5 mukaisille teräksille sekä EN 10025-6 mukaiselle teräslajille S690QL. Merkinnästä ilmoi-tetaan vastaanottotodistuksen lisälehdellä [13].

Standardi EN 10149 ei ole (ainakaan toistaiseksi) harmonisoitu tuotestandardi, joten sen mu-kaisia teräslevyjä ei voi CE-merkitä. Levymateriaalin CE-merkintä ei kuitenkaan ole edellytyskyseisen materiaalin käyttämiselle EN 1090 mukaisesti CE-merkittävissä rakenteissa.

Kuva 1.20 Esimerkki EN 10025 mukaisen teräslevyn CE-merkinnästä [2]

01234

CE-vaatimustenmukaisuusmerkintä, joka muodostuu direktiivin 93/68/ETY mukaisesta “CE”-tunnuksesta.

Ilmoitetun laitoksen tunnusnumero

Any Co Ltd, PO Box 21, B-1050

03

01234-CPD-00234

Valmistajan nimi tai tunnusmerkki ja rekisteröity osoite Merkinnän kiinnittämisvuoden kaksi viimeistä numeroa Todistuksen numero

EN 10025-1 Eurooppalaisen standardin numero

Kuumavalssatut rakenneterästuotteet. Kuvaus tuotteesta ja tiedot sen määräyksissä vaadittavista ominaisuuksista

Suunniteltu käyttö: Talonrakennus tai teräsrakenteet.

Mitta- ja muototoleranssit: Levy EN 10029 Luokka A

Murtovenymä

Murtolujuus

Myötölujuus : Teräs S355J2 – EN 10025-2

Iskusitkeys

Hitsattavuus

Pitkäaikaiskestävyys: Ominaisuutta ei ole määritelty

Säännellyt aineet: Ominaisuutta ei ole määritelty



58

1.5.2 Hitsatun profiilin CE-merkintä

Standardi EN 1090-1 on tätä kirjoitettaessa julkaistu myös Suomessa, mutta sen mukaisia tuot-teita ei voi vielä CE-merkitä, koska standardia ei ole ilmoitettu OJ:ssä eikä CE-merkinnän siir-tymäaikoja ole sovittu. Syynä on se, että Eurooppalaisella tasolla ei ole päästy yksimielisyyteenEN 1090-1 mukaisten tuotteiden CE-merkinnässä ilmoitettavista tiedoista.

Tässä esitetyt standardista EN 1090-1:2009 [10] otetut CE-merkintää koskevat tiedot voivat siisvielä muuttua.

CE-merkinnän aikataulun suhteen on esitetty erilaisia arvioita. Todennäköisesti siirtymäaika al-kaa myöhemmin määriteltynä hetkenä vuoden 2010 kuluessa, ja päättyy vuoden 2011 aikana.Rakennustuotedirektiivin mukaan CE-merkintä on siirtymäajan alettua mahdollista ja siirtymä-ajan päätyttyä pakollista.

Hitsatun profiilin CE-merkinnässä tulee standardin EN 1090-1 mukaisesti aina esittää seuraa-vat tiedot [10]:

Perustiedot:

• varmentamiselimen (ilmoitetun laitoksen) tunnusnumero • valmistajan nimi tai tunnusmerkki, ja rekisteröity osoite • merkinnän kiinnittämisvuoden kaksi viimeistä numeroa • EY:n tehtaan laadunvalvontatodistuksen numero • viittaus kyseiseen EN-standardiin (EN 1090-1) • kokoonpanojen kuvaus:

yleisnimi, materiaalit, mitat ja suunniteltu käyttötarkoitus • tiedot tuotteen niistä ominaisuuksista jotka liittyvät valittuun CE-merkinnän merkitsemistapaan (Menetelmät 1-3). Menetelmät 1-3 on kuvattu jäljempänä. • NPD (No Performance Determined eli ominaisuutta ei ole määritelty) kyseeseen tuleville ominaisuuksille • standardin EN 1090-2 mukainen tuotteen toteutusluokka (EXC, Execution Class) • viittaus kokoonpanoeritelmään

Standardi EN 1090-1 mahdollistaa eri menetelmiä CE-merkinnän suorittamiseksi. Menetelmäteroavat toisistaan CE-merkinnän sisällön, eli niiden tuotteelle ilmoitettavien ominaisuuksienosalta, jotka tulee ilmoittaa edellä esitettyjen perustietojen lisäksi. Valmistajan tulee tapauskoh-taisesti valita kulloinkin tarkoituksenmukainen menetelmä [10].



59

Menetelmä 1: Tuoteominaisuuksien ilmoittaminen materiaaliominaisuuksien ja geometristen tietojen perusteella:

Valmistaja ilmoittaa tiedot käytetyistä materiaaleista sekä tiedot tuotteen geometriasta, jotkatarvitaan tuotteen kestävyyden laskennallista määrittämistä varten. Edellisessä kohdassa joesitettyjen perustietojen lisäksi tällöin tulee ilmoittaa myös seuraavat ominaisuudet [10]:

• geometriset tiedot (mittojen ja muodon toleranssit) • hitsattavuus, jos tarpeen, muussa tapauksessa ilmoitetaan NPD • käytetyn teräslajin iskusitkeyden vähimmäisarvon vaatimus • palokäyttäytyminen:

ilmoitetaan että materiaalit on luokiteltu luokkaan A1, tai;

jos pinnoittoitteessa on orgaanista ainetta enemmän kuin 1 %, kyseeseen tuleva orgaanisen aineen perusteella määräytyvä standardin EN 13501-1 mukainen luokka (anodisointia tai sinkitystä ei tässä yhteydessä käsitellä pinnoitteena)

• kadmiumin ja sen yhdisteiden päästöt: ilmoitetaan NPD

• radioaktiivinen säteily: ilmoitetaan NPD

• säilyvyys: ilmoitetaan kokoonpanoeritelmän mukaisesti

• rakenteellinen kestävyys: ilmoitetaan NPD

• viittaus kokoonpanoeritelmään • EXC-toteutusluokka

Kuvassa 1.21 on esitetty esimerkki Menetelmän 1 mukaisesta hitsatun profiilin CE-merkinnäs-tä.

Kokoonpanon tunnistamiseksi tulee käyttää yksilöivää merkkiä, jonka perusteella voidaan jäl-jittää kokoonpanoeritelmä ja valmistusta koskevat tiedot. Kuvan 1.21 esimerkissä ao. tunniste-merkintänä on ‘M 101’.



60

Kuva 1.21 Esimerkki Menetelmän 1 mukaisesta CE-merkinnästä [10]

01234



AnyCo Ltd, PO Box 21, B-1050

08

01234-CPD-00234


EN 1090-1

Hitsattu teräspalkki - M 101

Eurooppalaisen standardin numero

Kuvaus tuotteesta ja tiedot sen määräyksissä vaadittavista ominaisuuksista

Geometristen arvojen toleranssit: EN 1090-2.

Hitsattavuus: Standardin EN 10025-2 mukainen teräs S355J2.

Iskusitkeys: 27 J lämpötilassa -20 ºC.

Palokäyttäytyminen: Materiaalin luokka A1.

Kadmiumin päästöt: NPD.

Radioaktiivinen säteily: NPD.

Säilyvyys: Pinnan esikäsittely standardin EN 1090-2 mukaisesti, esikäsittelyaste P3. Pinta on maalattu standardin EN ISO 12944-5 mukaisesti, maalausjärjestelmä S.1.09.

Rakenteelliset ominaisuudet: Suunnittelu: NPD. Valmistus: Kokoonpanoeritelmän CS-034/2006 ja standardin EN 1090-2 mukaisesti, toteutusluokka EXC2.



61

Menetelmä 2: Kokoonpanon lujuusarvon/arvojen ilmoittaminen:

Tätä menetelmää käytetään, kun valmistaja ilmoittaa ja vastaa myös tuotteen rakenteellistakestävyyttä koskevista ominaisuuksista määritettynä EN-Eurocoden mukaisesti [10].

Kokoonpanon ominaisuudet voidaan ilmoittaa kahdella tavalla [10]: • vaihtoehto 2a:

Eurocoden mukaisesti suunniteltu rakenne, jonka käyttökohde tiedetään, jolloin käyttökohde tulee ilmoittaa CE-merkinnässä

• vaihtoehto 2b: Eurocoden mukaisesti suunniteltu rakenne, jonka käyttökohdetta ei tiedetä (tuote valmistetaan ns. ‘varastoon’)

Edellä kohdissa Perustiedot ja Menetelmä 1 esitettyjen tietojen lisäksi CE-merkinnässä tuleeilmoittaa kohdassa Rakenteelliset ominaisuudet myös tuotteen seuraavat kestävyystiedotmääritettynä EN-Eurocoden mukaisesti:

• kantavuus • väsymislujuus • palonkestävyys • viittaus mitoituslaskelmiin

Kestävyydet voidaan määrittää joko ominaisarvoina (kaikki) tai suunnitteluarvoina (kaikki). Mi-toitus voi perustua Eurocodeen käyttäen kansallisille parametreille joko Eurocodessa esitettyjäsuositusarvoja tai suunnitellun käyttömaan kansallisen liitteen mukaisia arvoja.

Käytännössä em. tietojen esittäminen tapahtuu viittaamalla CE-merkinnässä ao. EN-Euroco-deen ja ao. rakennusosan yksilöityyn suunnitteludokumenttiin sekä ilmoittamalla onko suunnit-telussa käytetty Eurocoden suositusarvoja vai jonkin jäsenmaan (minkä) kansallisen liitteen(National Annex) mukaisia NDP-arvoja.

Kuvassa 1.22 on esitetty esimerkki Menetelmän 2a mukaisesta kattoristikon CE-merkinnästä,jolloin tuote on valmistettu tiettyyn yksilöityyn rakennuskohteeseen.




62

Kuva 1.22 Esimerkki Menetelmän 2a mukaisesta CE-merkinnästä [10]

01234




08

01234-CPD-00234


EN 1090-1

Teräksinen kattoristikko Berliinin kirjastoon - M 102









Säilyvyys: Pinnan esikäsittely standardin EN 1090-2 mukaisesti, esikäsittelyaste P3. Pinta on maalattu standardin EN ISO 12944 mukaisesti, maalausjärjestelmä S.1.09.

Rakenteelliset ominaisuudet: Kantavuus: Mitoitus standardin EN 1993-1 mukaan, ks. liittyvä suunnitteluseloste ja mitoituslaskelmat. Käytetty Saksan NDP arvoja. Viite: DC 102/3. Väsymislujuus: NPD. Palonkestävyys: Laskettu arvo: R30, ks. DC 102/3. Valmistus: Kokoonpanoeritelmän CS-016/2006 ja standardin EN 1090-2 mukaisesti, toteutusluokka EXC3.



63

Menetelmä 3a: Vaatimustenmukaisuusilmoitus valmistajalle annetun kokoonpanoeritelmän perusteella:

Tätä menetelmää käytetään silloin, kun kokoonpanon on suunnitellut joku muu kuin valmistaja.Valmistusta koskevat vaatimukset on yksilöity kokoonpanoeritelmässä, joka perustuu kokoon-panon suunnittelutietoihin. Kokoonpanoeritelmän on laatinut ostaja yksin tai yhteistyössä val-mistajan kanssa [10].

Edellä kohdissa Perustiedot ja Menetelmä 1 esitettyjen tietojen lisäksi CE-merkinnässä tuleeilmoittaa kohdassa Rakenteelliset ominaisuudet myös seuraavat tiedot:

• viittaus toisten (ostaja) suorittamaan suunnitteluun

Kuvassa 1.23 on esitetty esimerkki Menetelmän 3a mukaisesta CE-merkinnästä.




64

Kuva 1.23 Esimerkki Menetelmän 3a mukaisesta CE-merkinnästä [10]

01234




08

01234-CPD-00234


EN 1090-1

Hitsattu I-palkki Luxemburgin Kansallisteatteriin - M 103









Säilyvyys: Pinnan esikäsittely standardin EN 1090-2 mukaisesti, esikäsittelyaste P3. Pinta on maalattu standardin EN ISO 12944 mukaisesti, maalausjärjestelmä S.1.09.

Rakenteelliset ominaisuudet: Suunnittelu: Asiakkaan toimittama, asiakirja Viite no 123.Valmistus: Kokoonpanoeritelmän CS-017 ja standardin EN 1090-2 mukaisesti, toteutusluokka EXC3.



65

Menetelmä 3b: Kokoonpanon lujuusarvon/arvojen ilmoittaminen ostajan tilauksen perusteella:

Tätä menetelmää käytetään silloin, kun valmistaja vastaa itse myös tuotteen rakenteellisestasuunnittelusta rakennuskohteen sijaintimaassa voimassa olevan viranomaisohjeen (muu kuinEN-Eurocode) mukaisesti ostajalta saamiensa rakennuskohteen lähtötietojen perusteella [10].

Edellä kohdissa Perustiedot ja Menetelmä 1 esitettyjen tietojen lisäksi CE-merkinnässä tuleeilmoittaa kohdassa Rakenteelliset ominaisuudet myös seuraavat tiedot:

• suunnitteluseloste, standardit ja muut suunnittelueritelmät • kantavuus • väsymislujuus • palonkestävyys • viittaus mitoituslaskelmiin

Kestävyydet voidaan määrittää joko ominaisarvoina (kaikki) tai suunnitteluarvoina (kaikki) käy-tetyn suunnittelusäännöstön mukaisesti.

Käytännössä em. tietojen esittäminen tapahtuu viittaamalla CE-merkinnässä ao. suunnittelu-säännöstöön ja ao. rakennusosan yksilöityyn suunnitteludokumenttiin.

Kuvassa 1.24 on esitetty esimerkki Menetelmän 3b mukaisesta CE-merkinnästä.




66

Kuva 1.24 Esimerkki Menetelmän 3b mukaisesta CE-merkinnästä [10]

01234




08

01234-CPD-00234


EN 1090-1

4 hitsattua teräspalkkia siltaan Bergeniin - M 104









Säilyvyys: Pinnan esikäsittely standardin EN 1090-2 mukaisesti, esikäsittelyaste P3. Pinta on maalattu standardin EN ISO 12944 mukaisesti, ks. kokoonpanoeritelmästä yksityiskohdat.

Rakenteelliset ominaisuudet: Kantavuus: Mitoitus standardin NS 3472 ja Rautatiehallinnon eritelmän RW 302 mukaan, ks. liittyvä suunnitteluseloste ja mitoituslaskelmat, DC 501/06. Väsymislujuus: RW 302. Palonkestävyys: NPD. Valmistus: Kokoonpanoeritelmän CS-506/2006 ja standardin EN 1090-2 mukaisesti, toteutusluokka EXC3.



67

1.6 Lähdeluettelo

[1] SteelBase. Teräsrakenneprojektin oliopohjainen tiedonhallinta- ja tiedonsiirtojärjestelmä. Projektiraportti. 1997. Teräsrakenneyhdistys ry. 51 s.

[2] SFS-EN 10025-1:2004. (EN 10025-1:2004) Kuumavalssatut rakenneteräkset. Osa 1: Yleiset tekniset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 57 s.

[3] SFS-EN 10025-2:2004. (EN 10025-2:2004) Kuumavalssatut rakenneteräkset. Osa 2: Seostamattomat rakenneteräkset. Tekniset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 66 s.

[4] SFS-EN 10025-3:2004. (EN 10025-3:2004) Kuumavalssatut rakenneteräkset. Osa 3: Normalisoidut ja normalisointivalssatut hitsattavat hienoraerakenneteräkset. Tekniset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 46 s.

[5] SFS-EN 10025-4:2005. (EN 10025-4:2004) Kuumavalssatut rakenneteräkset. Osa 4: Termomekaanisesti valssatut hitsattavat hienoraerakenneteräkset. Tekniset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 46 s.

[6] SFS-EN 10025-5:2005. (EN 10025-5:2004) Kuumavalssatut rakenneteräkset. Osa 5: Ilmastokorroosiota kestävät rakenneteräkset. Tekniset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 46 s.

[7] SFS-EN 10025-6:2005+A1:2009. (EN 10025-6:2004+A1:2009) Kuumavalssatut rakenneteräkset. Osa 6: Nuorrutetut lujat rakenneteräslevytuotteet. Tekniset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 40 s.

[8] Heinisuo M., Mäkinen P., Kesti J. 2006. Use of high strength and fire resistant steel in buildings. Seminaariluento 14.9.2006 Hämeenlinna. Luentoaineisto.

[9] CEN/TR 10347:2006. Guidance for forming of structural steels in processing. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 12 s.

[10] SFS-EN 1090-1:2010. (EN 1090-1:2009) Teräs- ja alumiinirakenteiden toteutus. Osa 1: Vaatimukset rakenteellisten kokoonpanojen vaatimustenmukaisuuden arviointiin. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 76 s.

[11] SFS-EN 1090-2:2008. (EN 1090-2:2008) Teräs- ja alumiinirakenteiden toteutus. Osa 2: Teräsrakenteita koskevat tekniset vaatimukset. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 199 s.



68

[12] SFS-EN 10164:2005. (EN 10164:2004) Terästuotteet parannetuin paksuussuuntaisin ominaisuuksin. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 25 s.

[13] Kuumavalssatut teräslevyt ja -kelat. Standarditeräkset. Vertailu, nimikkeet ja tunnukset. Ohjelehti HR 2.3.02 (revisiot 01.2010 ja 11.2006). Rautaruukki Oyj. [www.ruukki.com] (6.4.2010)

[14] SFS-EN 10149-1:1996. (EN 10149-1:1995) Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet. Osa 1: Yleiset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 20 s.

[15] SFS-EN 10149-2:1996. (EN 10149-2:1995) Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet. Osa 2: Termomekaanisesti valssattujen terästen toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 14 s.

[16] SFS-EN 10149-3:1996. (EN 10149-3:1995) Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet. Osa 3: Normalisoitujen tai normalisointivalssattujen terästen toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 13 s.

[17] ISO 9224:1992. Corrosion of metals and alloys. Corrosivity of atmospheres. Guiding values for the corrosivity categories. ISO, International Organization for Standardization. 8 s.

[18] SFS-EN 1993-1-1:2005. (EN 1993-1-1:2005) Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 100 s.

[19] SFS-EN 1993-1-1:2005+AC:2006. (EN 1993-1-1:2005+AC:2006) Sisältää myös korjaukset AC:2006. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 99 s.

[20] SFS-EN 1993-1-1: AC:2009. (EN 1993-1-1: AC:2009) Korjausosa AC:2009 standardiin EN 1993-1-1. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 16 s.

[21] Suomen kansallinen liite standardiin SFS-EN 1993-1-1. 15.10.2007 sekä korjaus 14.2.2008. Ympäristöministeriö. 7 s.

[22] SFS-EN 1993-1-5:2006. (EN 1993-1-5:2006) Eurokoodi 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-5: Levyrakenteet. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 58 s.




69

[24] Suomen kansallinen liite standardiin SFS-EN 1993-1-5. 3.7.2008. Ympäristöministeriö. 3 s.

[25] SFS-EN 1993-1-12:2007+AC:2009. (EN 1993-1-12:2007+AC:2009) Eurokoodi 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-12: EN 1993 laajennus teräslajeihin S700 asti. Sisältää myös korjaukset AC:2009. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 12 s.


[27] SFS-EN 10204: 2004. (EN 10204: 2004) Metallituotteiden ainestodistukset. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 16 s.

[28] Mäkinen P. 2006. Korkealujuus- ja palonkestävien terästen käyttö talonrakentamisessa. Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto, Talonrakennustekniikka. 132 s.

[29] WQ-palkkijärjestelmä. Ohjelehti. Rautaruukki Oyj. [www.ruukki.com] (6.4.2010)

[30] RIL 167-1 Teräsrakenteet I. 1988. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL. 399 s.

[31] Rakennustuotteiden CE-merkintä rakennustuotedirektiivin mukaisesti. Ympäristöopas 95. 2004. Ympäristöministeriö. 36 s.



70

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

71

2. HITSATUN PROFIILIN KESTÄVYYS

2.1 Rajatilamitoitus ja osavarmuusluvut

Rakenteen kestävyydellä tarkoitetaan sen kykyä kantaa siihen kohdistuvat kuormat ilman mur-tumista tai liian suuria muodonmuutoksia. Kestävyys ja kuorma ovat ajan ja paikan suhteenvaihtelevia suureita. Niillä ei ole siis yhtä absoluuttista arvoa, vaan niiden arvot jakaantuvat ti-lastollisen todennäköisyyden mukaan. Mitoituksessa kestävyyden ja kuorman hajonta otetaanhuomioon käyttämällä osavarmuuslukuja.

Tämän käsikirjan esimerkit on laskettu EN-Eurocoden suositusarvoilla, ellei toisin olemainittu. Maakohtaiset arvot on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (=NA, National Annex).

Eurocodessa annettuja suunnitteluohjeita saatetaan pitää monimutkaisina verrattuna totuttui-hin kansallisiin ohjeisiin. On hyvä muistaa, että suunnittelijan on aina sallittua tehdä sellaisialaskentaa helpottavia yksinkertaistuksia, jotka johtavat varmalle puolelle.

Murtorajatilan (ULS, Ultimate Limit State) yleinen mitoitusehto on muotoa:

missä

γ

F

on kuorman osavarmuusluku

γ

M

on kestävyyden osavarmuusluku

E

d

on kuorman aiheuttaman voiman tai momentin

mitoitusarvo (suunnitteluarvo)

E

k

on kuorman aiheuttaman voiman tai momentin ominaisarvo

R

d

on kestävyyden mitoitusarvo (suunnitteluarvo)

R

k

on kestävyyden ominaisarvo

Lausekkeen (2.1) mitoitusehto voidaan esittää myös seuraavassa muodossa, jolloin tuloksestanähdään suoraan käyttöaste kulloinkin kyseessä olevan kestävyyden suhteen:

Kestävyyden mitoitusarvo

R

d

esitetään yleensä muodossa

R

k

/

γ

M

, missä

R

k

on kestävyydenominaisarvo ja

γ

M

on kestävyyden osavarmuusluku. Osavarmuusluku

γ

M

saa erilaisia arvojajäljempänä esitetyn mukaisesti.

Yksittäisten kuormien mitoitusarvot

F

d

saadaan kertomalla kuormien ominaisarvot

F

k

kuormien osavarmuusluvuilla

γ

F

. Kuormien ominaisarvot määritetään Eurocode 1:n (EN1991) eri osissa.

Käytännössä kuormien mitoitusarvot joudutaan määrittämään samanaikaisesti vaikuttavienkuormien kuormayhdistelynä.

Ed Rd γ F E⋅ k

Rk

γ M------ (2.1)≤⇔≤

Ed

Rd------ 1 0 (2.2) ,≤

HP_LUKU_.FM Page 71 Tuesday, September 7, 2010 10:43 AM

HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

72

Murtorajatilassa, tavanomaisissa tilanteissa joihin ei liity onnettomuuskuormia, kuormien yh-distely voidaan suorittaa seuraavalla lausekkeella [1]:

tai vaihtoehtoisesti seuraavilla lausekkeilla, joista valitaan kulloinkin epäedullisempi:

missä

“+”

tarkoittaa lausekkeen termien yhdistämistä

(kuormien samanaikaista vaikuttamista)

j

on pysyvän kuorman indeksi

i

on muuttuvan kuorman indeksi

G

k.j

on pysyvän kuorman ominaisarvo

Q

k.1

on määräävän muuttuvan kuorman ominaisarvo

Q

k.i

on muun muuttuvan kuorman ominaisarvo

γ

G.j

on pysyvän kuorman osavarmuusluku (taulukko 2.1)

γ

Q.1

on määräävän muuttuvan kuorman osavarmuusluku (taulukko 2.1)

γ

Q.i

on muun muuttuvan kuorman osavarmuusluku (taulukko 2.1)

ψ

0.1

on määräävän muuttuvan kuorman yhdistelykerroin (taulukko 2.4)

ψ

0.i

on muun muuttuvan kuorman yhdistelykerroin (taulukko 2.4)

ξ

j

on epäedullisen pysyvän kuorman pienennyskerroin (taulukko 2.1)

Lausekkeet (2.4a) ja (2.4b) on otettu käyttöön, koska lauseke (2.3) on kohtuuttomasti varmallapuolella raskaille rakenteille. Lausekkeet (2.4a) ja (2.4b) johtavat yleensä teräsrakenteilla pie-nempiin kuormiin kuin lauseke (2.3).

Kansallisessa liitteessä valitaan käytetäänkö lauseketta (2.3) vai lausekkeita (2.4a) ja (2.4b).

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1990 [2]: Käytetään lausekkeita (2.4a) ja (2.4b) ja taulukoissa 2.1 ja 2.4 esitettyjä osavarmuuslukuja ja yhdistelykertoimia. Lausekkeessa (2.4a) otetaan huomioon ainoastaan pysyvät kuormat.

Palomitoitus ja siinä käytettävät kuormayhdistelyt käsitellään luvussa 6.

Käyttörajatilassa (SLS, Service Limit State) käytettävät kuormayhdistelyt ja taipumarajat (siir-tymärajat) käsitellään luvussa 7.

Väsymismitoituksessa käytettävät kuormayhdistelyt annetaan niissä Eurocoden osissa, jotkakäsittelevät väsytyskuormitettuja rakenteita, kuten EN 1993-2 (Sillat) tai EN 1993-6 (Nostureitakannattavat rakenteet). Väsymismitoitusta rakenteen kestävyyden kannalta käsitellään tämänkäsikirjan luvussa 4.

γ G.j Gk .j ″ ″ γ Q.1Qk .1 ″ ″ γ Q.i ψ0.i Qk .i (2.3)i 1>∑+ +

j 1≥∑

γ G.j Gk .j ″ ″ γ Q.1ψ0.1 Qk .1 ″ ″ γ Q.i ψ0.i Qk .i (2.4a)i 1>∑+ +

j 1≥∑

ξjγ G.j Gk .j ″ ″ γ Q.1Qk .1 ″ ″ γ Q.i ψ0.i Qk .i (2.4b)i 1>∑+ +

j 1≥∑


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

73

Taulukon 2.1 osavarmuuslukujen yhteydessä esiintyvää kuormakerrointa

K

FI

käytetään ai-noastaan murtorajatilatarkasteluissa normaalisti tai tilapäisesti vallitsevien mitoitustilanteidenkuormayhdistelyissä, ja silloin ainoastaan epäedullisten kuormien yhteydessä taulukossa esi-tetyn mukaisesti. Kerrointa ei käytetä palo-, väsymis- eikä käyttörajatilatarkasteluissa. Kertoi-men arvo riippuu rakenteen tai rakenneosan luotettavuusluokasta (RC1-RC3) taulukossa 2.2esitetyn mukaisesti. Luotettavuusluokka puolestaan riippuu samassa taulukossa esitetystä ra-kenteen seuraamusluokasta (CC1-CC3), joka nimensä mukaisesti määräytyy rakenteen mah-dollisen sortumisen seurausten vakavuudesta. Yksittäisen rakenneosan seuraamusluokka jaluotettavuusluokka voi olla korkeampi tai alempi kuin muun rakenteen luokitus [1,2].

Taulukko 2.1

Kuormien osavarmuusluvut talonrakenteille [1,2,19...22]

Taulukko 2.2

Kuormakertoimen

K

FI

arvot eri luotettavuusluokissa [1,2]

Tarkastelutilanne Pysyvät kuormat (

γ

G

) Muuttuvat kuormat (

γ

Q

)

a)

Määräävä muuttuva kuorma

Muut muuttuvat kuormat

Kuorman vaikutus on epäedullinen EN 1990

c)

Suomi

c)

: 1,35xK

FI

: 1,35xK

FI

EN 1990 Suomi

b)

: 1,50xK

FI

: 1,50xK

FI

EN 1990 Suomi

b)

: 1,50xK

FI

: 1,50xK

FI

Kuorman vaikutus on edullinen EN 1990 Suomi

: 1,0 : 0,9

EN 1990 Suomi

: 0 : 0

d)

EN 1990 Suomi

: 0 : 0

d)

Väsymistarkastelu EN 1993-1-9 Suomi

: 1,0 : 1,0

EN 1993-1-9 Suomi

: 1,0 : 1,0

EN 1993-1-9 Suomi

: 1,0 : 1,0

Palomitoitus EN 1990 Suomi

: 1,0 : 1,0

EN 1990 Suomi

: 1,0 : 1,0

EN 1990 Suomi

: 1,0 : 1,0

Käyttörajatila EN 1990 Suomi

: 1,0 : 1,0

EN 1990 Suomi

: 1,0 : 1,0

EN 1990 Suomi

: 1,0 : 1,0

a) Taulukon 2.4 mukaiset kuormat ovat muuttuvia kuormia b) Lausekkeessa (2.4a) otetaan Suomessa huomioon vain pysyvät kuormat c) Lausekkeessa (2.4b) käytetään pienennyskerrointa

ξ

= 0,85 (siten että

ξγ

G

K

FI

= 0,85x1,35xK

FI

≈

1,15xK

FI

) d) Kyseistä arvoa ei esitetä Suomen kansallisessa liitteessä, mutta tätä tarkoitetaan

Tässä taulukossa on esitetty Eurocoden (EN 1990 ja EN 1993) ja Suomen kansallisen liitteen m ukaiset osavarmuusluvut.

Muiden maiden maakohtaiset arvot on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta

liitteestä (= NA, National Annex).

Seuraamusluokka Luotettavuusluokka Kuormakerroin K

FI

CC3 RC3 EN 1990 Suomi

: 1,1 : 1,1


: 1,0 : 1,0


: 0,9 : 0,9

Tässä taulukossa on esitetty Eurocoden (EN 1990) ja Suomen kansallisen liitteen m ukaiset kertoimen K

FI

arvot.

Muiden maiden maakohtaiset arvot on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä

(= NA, National Annex).


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

74

Taulukko 2.3

Seuraamusluokkien ja luotettavuusluokkien määrittely [1,2]

Seuraamus-luokka

Luotettavuus-luokka

Kuvaus Rakennuksia sekä rakenteita koskevia esimerkkejä

CC3 RC3 EN 1990 ja Suomi:

Suuret

seuraamukset ihmishenkien menetysten

tai

hyvin suurten

taloudellisten, sosiaalisten tai ympäristövahinkojen takia

EN 1990: Pääkatsomot; julkiset rakennukset joissa vaurion seuraamukset ovat suuret (esim. konserttitalo)

Suomi: Rakennuksen kantava runko

a)

jäykistävine rakennusosineen sellaisissa rakennuksissa, joissa usein on suuri joukko ihmisiä kuten: - yli 8-kerroksiset

b) asuin-, konttori- ja liikerakennukset - konserttisalit, teatterit, urheilu- ja näyttelyhallit, katsomot - raskaasti kuormitetut tai suuria jännevälejä sisältävät rakennukset Erikoisrakenteet kuten esim. suuret mastot ja tornit.

a) Ylä- ja välipohjat kuuluvat kuitenkin luokkaan CC2 elleivät ne toimi koko rakennusta jäykis- tävänä rakenteena.b) Kellarikerrokset mukaan luettuina.


Keskisuuret seuraamukset ihmishenkien menetysten tai merkittävien taloudellisten, sosiaalisten tai ympäristövahinkojen takia

EN 1990: Asuin- ja liikerakennukset; julkiset rakennukset, joissa vaurion seuraamukset ovat keskisuuret (esim. toimistorakennus)

Suomi: Rakennukset ja rakenteet, jotka eivät kuulu luokkiin CC3 tai CC1


Vähäiset seuraamukset ihmishenkien menetysten tai pienten tai

merkityksettömien taloudellisten, sosiaalisten tai ympäristövahinkojen takia

EN 1990: Maa- ja metsätalousrakennukset, joissa ei yleensä oleskele ihmisiä (esim. varasto-rakennukset), kasvihuoneet

Suomi: 1- ja 2-kerroksiset rakennukset, joissa vain tilapäisesti oleskelee ihmisiä kuten esim. varastot. Rakenteet, joiden vaurioitumisesta ei aiheudu merkittävää vaaraa.

Esimerkkejä eri seuraamusluokkiin (luotettavuusluokkiin) kuuluvista rakenteista on esitetty yksityiskohtai-semmin Eurocoden osissa EN 1990 ja EN 1991-1-7 sekä niiden kansallisissa liitteissä.

Tässä taulukossa on esitetty Eurocoden (EN 1990) ja Suomen kansallisen liitteen m ukaiset seuraamus-luokkien ja luotettavuusluokkien määrittelyt. Muiden maiden maakohtaiset määrittelyt on tarkastettava

kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex).



75

Taulukko 2.4 Kuormien yhdistelykertoimet talonrakenteille [1,2]

Eurocode 3 määrittelee kestävyyden osavarmuusluvut sekä niille käytetyt merkinnät ja suosi-tellut lukuarvot Eurocoden kussakin osassa erikseen. Taulukossa 2.5 on esitetty talonrakentei-den kannalta keskeisimmät Eurocode 3:n osat ja niissä annetut kestävyyden osavarmuusluvut.Arvot ovat Eurocoden suositusarvoja. Kunkin maan maakohtaiset arvot tulee tarkistaa ky-seisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex). Taulukossa on esitetty myösSuomessa käytettävät arvot.

Taulukosta 2.5 voidaan nähdä, että vaikka osavarmuuslukujen määritelmät, merkinnät ja luku-arvot ovat Eurocode 3:n eri osissa pääsääntöisesti samat, paikoin esiintyy myös poikkeamia.EN 1993-1-1 esimerkiksi käyttää nettopoikkileikkauksen vetokestävyyden osavarmuusluvullemerkintää γM2 , kun taas EN 1993-1-8 käyttää samaa merkintää taulukossa esitettyjen liitostenosavarmuusluvulle. Myös lukuarvot saattavat vaihdella Eurocoden eri osissa: EN 1993-1-1 an-taa sauvan stabiiliuden osavarmuusluvulle γM1 suositusarvoksi 1,0 , kun taas EN 1993-2 (Sil-lat) antaa suositusarvoksi 1,1. Käytettävät osavarmuusluvut tulee aina valita asiayhteyden jasovellettavan Eurocoden osan mukaisesti.

Kuorma EN 1990 Suomi

ψ0 ψ1 ψ2 ψ0 ψ1 ψ2 Hyötykuormat rakennuksissa, luokka (ks. EN 1991-1-1) - Luokka A: asuintilat - Luokka B: toimistotilat - Luokka C: kokoontumistilat - Luokka D: myymälätilat - Luokka E: varastotilat - Luokka F: liikennöitävät tilat, ajoneuvon paino ≤ 30 kN - Luokka G: liikennöitävät tilat, 30 kN < ajoneuvon paino ≤ 160 kN - Luokka H: vesikatot

0,7 0,7 0,7 0,7 1,0

0,7

0,7 0

0,5 0,5 0,7 0,7 0,9

0,7

0,5 0

0,3 0,3 0,6 0,6 0,8

0,6

0,3 0

0,7 0,7 0,7 0,7 1,0

0,7

0,7 0

0,5 0,5 0,7 0,7 0,9

0,7

0,5 0

0,3 0,3 0,3 0,6 0,8

0,6

0,3 0

Rakennusten lumikuormat (ks. EN 1991-1-3) a) - Suomi, Islanti, Norja, Ruotsi

- Muut CEN:n jäsenmaat, kun sijaintikorkeus on H > 1000 m merenpinnan yläpuolella - Muut CEN:n jäsenmaat, kun sijaintikorkeus on H ≤ 1000 m merenpinnan yläpuolella

0,7

0,7

0,5

0,5

0,5

0,2

0,2

0,2

0

b) 0,7 c) 0,7 d)

0,4 c) 0,5 d)

0,2 c) 0,2 d)

Jääkuorma e) 0,7 0,3 0

Rakennusten tuulikuormat (ks. EN 1991-1-4)

0,6 0,2 0 0,6 0,2 0

Rakennusten sisäinen lämpötila, ei tulipalossa (ks. EN 1991-1-5)

0,6 0,5 0 0,6 0,5 0

a) Mikäli maata ei ole mainittu, kyseiset paikalliset olosuhteet selvitetään er ikseen. b) Suomi: Lumikuorma: ulkotasoilla ja parvekkeilla ψ0 = 0 luokkien A, B, F ja G yhteydessä c) Suomi: kun sk < 2,75 kN/m2 d) Suomi: kun sk ≥ 2,75 kN/m2 e) Lisätty Suomen kansalliseen liitteeseen.

Tässä taulukossa on esitetty Eurocoden (EN 1990) ja Suomen kansallisen liitteen m ukaiset kuormien yhdistelykertoimet. Muiden maiden maakohtaiset arvot on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta

liitteestä (= NA, National Annex).



76

Taulukko 2.5 Kestävyyden osavarmuuslukuja [3...25]

Standardi Tarkastelutilanne Osavarmuus-luku

Osavarmuusluvun arvo

Eurocoden suositusarvo

Suomi

EN 1993-1-1: Teräsrakenteiden yleiset säännöt:

Poikkileikkauksen kestävyys poikkileikkaus-luokasta riippumatta, mukaan lukien paikallinen lommahdus ja vinoutumisnurjahdus

γM0 1,0 1,0

Sauvan kestävyys stabiiliuden suhteen, kun laskelmat tehdään sauvan tarkastuksena

γM1 1,0 1,0

Nettopoikkileikkauksen kestävyys vetomurtumisen suhteen (reikien osuus vähennetty bruttopoikkileikkauksesta)

γM2 1,25 1,25

Liitosten kestävyys ks. EN 1993-1-8

EN 1993-1-2: Palomitoitus:

Kestävyys palomitoituksessa γM.fi 1,0 1,0

EN 1993-1-5: Levyrakenteet:

Osavarmuusluvut γM0 ja γM1 valitaan sovellettavan Eurocoden osan (EN 1993-1...EN 1993-6) mukaisesti

EN 1993-1-8: Liitokset:

Rakenneosien ja poikkileikkausten kestävyys ks. EN 1993-1-1

Ruuvien kestävyys

Niittien kestävyys

Niveltappien kestävyys γM2 1,25 1,25

Hitsien kestävyys

Levyjen reunapuristuskestävyys

Liukumiskestävyys - murtorajatilassa (kiinnitysluokka C) - käyttörajatilassa (kiinnitysluokka B)

γM3 γM3.ser

1,25 1,1

1,25 1,1

Injektioruuvin reunapuristuskestävyys γM4 1,0 1,0

Rakenneputkien liitosten kestävyys ristikoissa γM5 1,0 1,0

Niveltappien kestävyys käyttörajatilassa γM6.ser 1,0 1,0

Korkealujuuksisten ruuvien esijännitys γM7 1,1 1,1

EN 1993-1-9: Väsyminen:

Vaurionsietoperiaate - vaurion seuraukset pienet - vaurion seuraukset suuret

γMf γMf

1,0 1,15

1,0 1,15

Varman kestämisen periaate - vaurion seuraukset pienet - vaurion seuraukset suuret

γMf γMf

1,15 1,35

1,15 1,35

EN 1993-1-12: Lisäsäännöt lujuusluokkien S500 -S700 teräksille:

Nettopoikkileikkauksen kestävyys vetomurtumisen suhteen (reikien osuus vähennetty bruttopoikkileikkauksesta)

γM12 1,25 (fu/ fy)xγM0

Tässä taulukossa on esitetty Eurocoden 3:n (EN 1993) taulukossa mainittujen osien ja kyseisten osien Suomen kansallisen liitteen mukaiset kestävyyden osavarmuusluvut. Eurocode 3:n muissa osissa voidaan esittää muita arvoja kestävyyden osavarmuusluvuille. Kulloinkin tulee käyttää sovellettavan Eurocoden osan ja kyseeseen tulevan maan kansallisen liitteen mukaisia osavarmuuslukuja.



77

2.2 Sauvan akselisto

Sauvojen akselisto on kuvan 2.1 mukainen.

Kuva 2.1 Sauvan akselisto

2.3 Poikkileikkausluokat

Poikkileikkausluokituksen tarkoitus on tunnistaa missä laajuudessa poikkileikkauksen paikalli-nen lommahdus rajoittaa poikkileikkauksen kestävyyttä ja kiertymiskykyä.

Poikkileikkaukset jaetaan neljään luokkaan (taulukko 2.6). Samassa rakenteessa voi olla ra-kenneosia eri poikkileikkausluokista. Myös saman poikkileikkauksen eri osat (laipat ja uumat)voivat kuulua eri poikkileikkausluokkiin. Poikkileikkausluokka riippuu poikkileikkauksen puris-tettujen osien leveys-paksuussuhteista ja jännitystilasta. Poikkileikkauksen puristettuun osaankuuluu jokainen osa, johon tarkasteltavan kuormitusyhdistelmän vaikutuksesta syntyy joko täy-si tai osittainen puristus. Saman profiilin poikkileikkausluokka voi olla erilainen taivutuksessa japuristuksessa. Poikkileikkausluokka voi vaihdella sauvan pituussuunnassa taivutusmomentinja normaalivoiman suhteista riippuen [3,4,5].

Poikkileikkausluokka 1 (PL1): Koko poikkileikkaus on tehollinen. Poikkileikkaukseen voi syn-tyä plastisen taivutuskestävyyden omaava plastinen nivel, jolla on plastisuusteorian edellyttä-mä riittävä kiertymiskyky.

Poikkileikkausluokka 2 (PL2): Koko poikkileikkaus on tehollinen. Poikkileikkaukseen voi ke-hittyä plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyys, mutta paikallinen lommahdus (local buck-ling) rajoittaa kiertymiskykyä.

Poikkileikkausluokka 3 (PL3): Koko poikkileikkaus on tehollinen. Taivutetussa poikkileikkauk-sessa puristusjännitys voi saavuttaa myötölujuuden poikkileikkauksen äärimmäisessä puriste-tussa reunassa. Poikkileikkaus lommahtaa ennen kuin sisäinen momentti on kehittynytpoikkileikkauksen plastisen taivutuskestävyyden suuruiseksi. Tasaisesti puristetussa poikki-leikkauksessa koko poikkileikkaus voi saavuttaa myötölujuuden. (Huom. Laskelmissa jännityk-sen maksimi rajoitetaan käytännössä myötölujuuden mitoitusarvoon fyd = fy /γM0 .)

z

z

z

z

y y y y

x

x

x



78

Poikkileikkausluokka 4 (PL4): Vain osa poikkileikkauksesta on tehollista. Poikkileikkaukses-sa tapahtuu paikallinen lommahdus ennen kuin poikkileikkauksen suurin puristusjännitys jos-sakin taso-osassa on saavuttanut myötölujuuden. Taivutuskestävyyden ja puristuskestävyydenlaskenta perustuu teholliseen poikkileikkaukseen. Poikkileikkauksen kestävyydet lasketaan täl-löin vain tehollisten osien pinta-alojen perusteella. Tehollinen poikkileikkaus on erilainen taivuk-sessa kuin puristuksessa.

Rakenteen voimasuureet ja kestävyydet voidaan laskea kaikissa poikkileikkausluokissa kim-moteorian mukaisesti, jos otetaan huomioon lommahduksen vaikutus poikkileikkauksen kestä-vyyteen. Plastisuusteoriaa voidaan käyttää kestävyyksiä laskettaessa PL-luokissa 1 ja 2, javoimasuureita laskettaessa jäljempänä esitetyin lisäehdoin PL-luokassa 1. Käytännössä voi-masuureet voidaan yksinkertaisuuden vuoksi laskea määräävimmän (suurimman) poikkileik-kausluokan mukaisesti [3,4,5].

Plastisuusteorian mukaista voimasuureiden laskentaa voidaan käyttää vain, kun rakenteensauvoilla ja liitoksilla on riittävä kiertymiskyky plastisten nivelten kohdalla, mikä mahdollistaavaadittavan taivutusmomenttien uudelleenjakautumisen. Yksittäisten sauvojen osalta tämä tar-koittaa seuraavia vaatimuksia [3,4,5]:

• plastisen nivelen kohdalla: - poikkileikkauksen leveys-paksuussuhteiden tulee olla PL1:n mukaiset - poikkileikkauksen tulee olla kaksoissymmetrinen, tai yhden akselin suhteen symmetrinen sen tason suhteen jossa plastinen kiertyminen tapahtuu - sauvojen stabiilius pitää voida taata (kiepahdus estetty esim. riittävällä sivuttaistuennalla) - kun uuman suuntainen voima plastisen nivelen kohdalla ylittää 10 % uuman leikkauskestävyyden mitoitusarvosta, käytetään uumajäykisteitä jotka sijaitsevat enintään h/2:n etäisyydellä plastisesta nivelestä, missä h on poikkileikkauksen korkeus

• plastisen nivelen vieressä: - uuman paksuutta ei saa pienentää sauvan pituussuunnassa matkalla, joka on vähintään 2d molempiin suuntiin plastisesta nivelestä, missä d on uuman vapaa korkeus plastisen nivelen kohdalla - puristetun laipan tulee kuulua PL1:een sauvan pituussuunnassa plastisen nivelen kohdalta molempiin suuntiin matkalla, joka on suurempi seuraavista arvoista:

- 2d, missä d lasketaan kuten edellä - etäisyys pisteeseen, missä sauvan momentti on pienentynyt arvoon 0,8 kertaa tarkasteltavan pisteen plastinen momenttikestävyys

- sauvan em. pituudella tulee vedetyn alueen kiinnittimien reikien täyttää kohdassa 2.7.4 esitetty ehto

• muualla: - sauvan puristetun laipan tulee kuulua PL-luokkaan 1 tai 2 ja uuman tulee kuulua joko PL-luokkaan 1, 2 tai 3.

Lievennyksenä edellä esitettyihin vaatimuksiin EN 1993-1-1 antaa mahdollisuuden hyödyntäämyös PL-luokkaan 2 kuuluvilla jatkuvilla palkeilla voimasuureiden laskennassa momenttienplastisuusteorian mukaista uudelleenjakautumista (ns. momenttien tasaus) muuntamalla kim-



79

moteorian mukaan laskettuja taivutusmomentteja enintään 15 % (laskettuna taivutusmomentinsuurimmasta arvosta) edellyttäen että:

• kehän sisäiset voimat ja momentit jäävät tasapainoon ulkoisten kuormien kanssa ja • kaikki sauvat joissa momentteja pienennetään kuuluvat PL-luokkaan 1 tai 2 ja • sauvojen kiepahdus on estetty

Taulukko 2.6 Mitoitusmenetelmät eri poikkileikkausluokissa [3,4,5]

Koko poikkileikkaus luokitellaan yleensä puristetun osan perusteella määräävimpään (suurim-paan) poikkileikkausluokkaan. Vaihtoehtoisesti PL-luokka voidaan määrittää ilmoittamalla erik-seen sekä laipan että uuman PL-luokka. Jos uuma mitoitetaan vain leikkausvoimille eikäuumaa mitoiteta taivutukselle ja normaalivoimalle, poikkileikkaus voidaan luokitella PL-luok-kaan 2, 3 tai 4 vain laippojen luokituksen perusteella [12,13].

Hybridipalkin poikkileikkausluokan määrittämistä käsitellään kohdassa 2.7.7.

Poikkileikkausluokka Kestävyyden laskentatapa Voimasuureiden Jännitysjakauma, kunlaskentatapa kestävyys on saavutettu

1 plastisuusteoria plastisuusteoria

2 plastisuusteoria kimmoteoria

3 kimmoteoria kimmoteoria

4 tehollinen poikkileikkaus kimmoteoria

fy

fy

fy

fybeff



80

Taulukoissa 2.7 ja 2.8 on esitetty Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaiset rajat eri poikkileik-kausluokille. Osan EN 1993-1-5 mukaisesti lasketut PL3:n rajat poikkeavat hieman osassa EN1993-1-1 esitetyistä arvoista (ks. taulukot 2.7 ja 2.8). Ero johtuu Eurocoden eri osien puutteel-lisesta yhteensovittamisesta [29,30].

Poikkileikkausluokan määrittäminen kannattaa tehdä ‘ylhäältä alaspäin’ siten, että ensin tar-kastetaan täyttyvätkö PL1:n vaatimukset, sen jälkeen tarkastetaan PL2:n vaatimukset jne.PL3:n raja tulee tällöin tarkastetuksi osassa EN 1993-1-1 määritetyn rajan mukaisesti, joka onhieman edullisempi kuin osan EN 1993-1-5 mukaisesti laskettu raja. Poikkileikkaukset, jotka ei-vät täytä PL3:n vaatimuksia, kuuluvat PL4:ään.

Tarkastettaessa PL-luokkien 1 tai 2 vaatimusten täyttymistä, poikkileikkaukseen oletetaan plas-tisuusteorian mukainen jännitysjakauma ja plastisuusteorian mukainen neutraaliakselin (eliplastisen neutraaliakselin) sijainti. Vasta tarkastuksen lopputulos, eli lopullinen PL-luokitus,osoittaa onko poikkileikkauksella riittävä muodonmuutoskyky, että siihen voi muodostua alku-oletuksen mukainen plastinen jännitysjakauma. Plastisen neutraaliakselin paikan määrittämis-tä käsitellään kohdassa 2.7.1.

Poikkileikkaus, jonka uuma kuuluu PL3:een ja puristettu laippa kuuluu PL-luokkaan 1 tai 2, voi-daan luokitella PL2:een käyttämällä tehollista uumaa (ns. PL-luokan 2 tehollinen poikkileik-kaus). Tällöin uuman puristetun osan korkeudeksi valitaan 20ε tw puristetun laipan alapuolelleja 20ε tw tehollisen poikkileikkauksen plastisuusteorian mukaisen neutraaliakselin yläpuolellekuvan 2.2 mukaisesti [3,4,5]. Varmalle puolelle vievänä yksinkertaistuksena uuman ja laipanvälinen kaulahitsi voidaan tällöin jättää huomioon ottamatta, jolloin 20ε tw määritetään heti lai-pan sisäpinnasta alkaen.

Kuva 2.2 Poikkileikkausluokan 2 tehollinen poikkileikkaus [3,4,5]

fy

fy

20εtw

20εtw

1

4

3

2

1 Puristus2 Veto3 Tehollisen poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen neutraaliakseli4 Uuman tehoton alue, jätetään huomioon ottamatta

2 1



81

Poikkileikkausluokalle 3 esitettyjä rajoja taulukoissa 2.7 ja 2.8 voidaan lieventää korvaamallataulukon lausekkeissa tekijä ε tekijällä ε * muulloin, paitsi laskettaessa sauvan nurjahduskes-tävyyttä [3,4,5]:

missä



σcom.Ed on tarkasteltavan taso-osan suurimman puristusjännityksen mitoitusarvo

Lievennyksestä on hyötyä silloin, kun poikkileikkauksen tarkasteltavan taso-osan suurin puris-tusjännitys jää alle myötötason. Puristusjännityksen suurin sallittu arvo on yleisesti σcom.Ed =fy / γM0 , jolloin lauseke (2.5) palautuu taulukoissa 2.7 ja 2.8 esitetyksi alkuperäiseksi ε -tekijänlausekkeeksi.

Sauvan nurjahduskestävyyttä laskettaessa kyseistä lievennystä ei tehdä, vaan PL3:n rajatmääritetään taulukoiden 2.7 ja 2.8 alkuperäisten lausekkeiden mukaisesti.

EN 1993-1-1 antaa ohjeet myös samanaikaisesti puristetun ja taivutetun uuman tai laipan poik-kileikkausluokan määrittämiseksi (taulukot 2.7 ja 2.8). Samanaikaisesti puristetun ja taivutetunsauvan kestävyyden laskemiseksi ei ole kuitenkaan annettu yksiselitteisiä ohjeita. Tulkintanaon esitetty, että PL-luokka voidaan määrittää erikseen pelkän puristuksen ja pelkän taivutuksenperusteella ja yhteisvaikutuskaavoihin otetaan mukaan vastaavasti pelkälle puristukselle ja pel-källe taivutukselle lasketut kestävyydet. Vaihtoehtoisesti yhteisvaikutusta laskettaessa PL-luok-ka ja yksi tehollinen poikkileikkaus määritetään samanaikaisesti vaikuttavista voimasuureistatodellisen (resultoivan) jännitysjakauman perusteella, jolloin yhteisvaikutuskaavoihin saadaanyhden poikkileikkauksen ja PL-luokan mukaiset kestävyydet. Tällöin kuitenkin PL4:n tapauk-sessa neutraaliakselin siirtymisestä aiheutuva lisämomentti (ΔM = NEd × eN) muuttaa poikki-leikkauksen jännitysjakaumaa, mikä johtaa uuden tehollisen poikkileikkauksen laskentaaniteratiivisesti [12,13].

Samanaikaisesti puristetun ja taivutetun uuman tai laipan PL-luokkien 1 ja 2 rajat riippuvat α -kertoimesta, jolla merkitään puristetun osan osuutta tarkasteltavassa levyosassa (taulukot 2.7ja 2.8). Tällöin poikkileikkauksen plastinen jännitysjakauma määritetään sen plastisen neutraa-liakselin suhteen. Plastisen neutraaliakselin paikan määrittämistä käsitellään kohdassa 2.7.1.Taivutusakselin suhteen epäsymmetrisille poikkileikkauksille tarvitaan α -kerrointa myös pel-kässä taivutuksessa, koska uuman jännitysjakauma on epäsymmetrinen. (Mikäli PL-luokkien1 tai 2 vaatimukset eivät täyty, tutkitaan PL-luokan 3 ehtojen täyttyminen kimmoteorian mukai-sen jännitysjakauman ja neutraaliakselin perusteella.)

Jos samanaikaisessa puristuksessa ja taivutuksessa puristuksen suhteellinen osuus on hyvinsuuri ja taivutuksen pieni, lähestytään poikkileikkauksen jännitysjakauman kannalta tasaisenpuristuksen tilannetta. Tällöin saadaan taulukoiden 2.7 ja 2.8 puristetun ja taivutetun taso-osanlausekkeista raja-arvona (kun α →1,0) pelkästään puristetun taso-osan PL-luokille 1 ja 2 esi-tetyt rajat. Vastaava tulos saadaan ao. taulukoista myös PL-luokalla 3.

ε*fy γ M0⁄σcom.Ed----------------- ε⋅ 235

γ M0 σcom.Ed⋅-------------------------------= (2.5)=

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =



82

Poikkileikkauksen, johon kohdistuu samanaikainen puristus ja taivutus, poikkileikkausluokkavoidaan määrittää varmalla puolella yksinkertaistaen käyttämällä pelkän tasaisesti puristetunpoikkileikkauksen PL-rajoja.

Kaksoissymmetristen profiilien poikkileikkausluokkien rajat eri lujuusluokkien teräksille saa-daan taulukosta 2.9. Taivutusakselin suhteen epäsymmetristen taivutettujen profiilien uumanpoikkileikkausluokka on määritettävä taulukon 2.7 mukaisesti, koska uuman jännitysjakaumaon puristetun ja taivutetun uuman mukainen.

Lujuusluokat S500-S700:

Lujuusluokat S500-S700 soveltuvat vain rajoitetusti plastisuusteorian mukaiseen mitoitukseen [23,24]:

• kestävyyksien laskenta voidaan suorittaa plastisuusteorian mukaan kun poikkileikkaus täyttää PL-luokan 1 tai 2 vaatimukset • voimasuureiden laskenta voidaan suorittaa käyttäen plastisuusteorian mukaista analyysia rakenteiden tai sen osien kokonaistarkastelussa vain, jos käytetään epälineaarisen plastisuusteorian mukaista analyysiä jossa otetaan huomioon sauvojen osittainen plastisoituminen plastisilla alueilla

Voimasuureiden laskenta edellä mainitulla menetelmällä on vaativampaa kuin muilla plastisuusteorian mukaisilla menetelmillä. Siksi S500-S700 teräksillä päädytään yleensä laskemaan voimasuureet käyttämällä kimmoteorian mukaista kokonaistarkastelua, jota voidaan käyttää aina.



83

Taulukko 2.7 Poikkileikkausluokkien rajat. Kahdelta reunalta tuetut puristetut taso-osat [3,4,5]

Taivutus ko. akselin suhteen

Poikkileikkaus-luokka

Taivutetut taso-osat Puristetut taso-osat Taivutetut ja puristetut taso-osat a)

Taso-osan jännitysjakauma

(puristus positiivinen)

b)

1 b/t ≤ 72ε b/t ≤ 33ε

2 b/t ≤ 83ε b/t ≤ 38ε



3 b/t ≤ 124ε c) b/t ≤ 42ε d) e)

fy 235 275 355 420 460 500

ε 1,0000 0,9244 0,8136 0,7480 0,7148 0,6856

fy 550 600 620 650 690 700

ε 0,6537 0,6258 0,6157 0,6013 0,5836 0,5794

a) Varmalla puolella oleva arvio saadaan, kun poikkileikkausluokka määr itetään puhtaan puristuksen mukaanb) Puristetun osan korkeuden määrittäminen (α -kerroin), ks. kohta 2.7.1 c) EN 1993-1-5 mukaan raja-arvoksi saadaan: b/t ≤ 121,43ε d) EN 1993-1-5 mukaan raja-arvoksi saadaan: b/t ≤ 38,25ε e) EN 1993-1-5 mukaan raja-arvo riippuu lommahduskertoimesta kσ ja jännityssuhteesta ψ f) Kohtaa ψ ≤ -1 käytetään, kun joko puristusjännitys σ < fy tai vedetyn puolen venymä εy > fy / E

t

cb

t

cb tc tc

Part subject to Part subject

b b

g

+

fy

-

fy

c

fy

fy

b

p

+

fy

-fy

c

fy

fy

b+

fy

-

fy

cc

fy

fy

b

b

kun α 0 5: b/t396ε

13α 1–-----------------≤,>

kun α 0 5: b/t36εα

---------≤,≤

kun α 0 5: b/t456ε

13α 1–-----------------≤,>

kun α 0 5: b/t41 5ε,

α---------------≤,≤

+

fy

-

fy

cc/2

fy

fy

b

b/2+

fy

c

fy

b

+

fy

-

fy

c

fy

fy

b

kun ψ 1: b/t–42ε

0 67 0 33ψ,+,----------------------------------- ≤>

kun ψ 1 f )

: b/t– 62ε 1 ψ–( ) ψ–( )≤ ≤

ε 235 fy⁄=

ε 235 fy⁄=



84

Taulukko 2.8 Poikkileikkausluokkien rajat. Yhdeltä reunalta tuetut puristetut taso-osat [3,4,5]

Poikkileikkaus-luokka

Puristetut taso-osat Puristetut ja taivutetut taso-osat a)

Vapaa reuna on puristettu Vapaa reuna on vedetty



1

2



3 c/t ≤ 14ε b) c/t ≤ 21ε c)

fy 235 275 355 420 460 500

ε 1,0000 0,9244 0,8136 0,7480 0,7148 0,6856

fy 550 600 620 650 690 700

ε 0,6537 0,6258 0,6157 0,6013 0,5836 0,5794

a) Varmalla puolella oleva arvio saadaan, kun poikkileikkausluokka määr itetään puhtaan puristuksen mukaan b) EN 1993-1-5 mukaan raja-arvoksi saadaan: c/t ≤ 13,96ε c) EN 1993-1-5 mukaan raja-arvoksi saadaan: c/t ≤ 21,29ε

t

c

tc

+

c

c

+

c-

9

c

+

c-

c/t 9ε≤ c/t9εα------≤ c/t

9εα α-------------≤

c/t 10ε≤ c/t10εα

---------≤ c/t10ε

α α-------------≤

+

c

+

c

-

c

k σ

ε 235 fy⁄=

ε 235 fy⁄=

k σ



85

Taulukko 2.9 Kaksoissymmetristen I- ja koteloprofiilien poikkileikkausluokkien rajat lujuusluokille S235-S700

Kuormitustapaus Taivutus Puristus a)

Poikkileikkausluokka 1 2 3 1 2 3fy (N/mm2)

235bw / twc / t fb / t f

(uuma)(laippa)(laippa)

72,09,033,0

83,010,038,0

124,014,042,0

33,09,033,0

38,010,038,0

42,014,042,0



66,68,330,5

76,79,235,1

114,612,938,8

30,58,330,5

35,19,235,1

38,812,938,8

355bw / twc / tfb / tf


58,67,326,8

67,58,130,9

100,911,434,2

26,87,326,8

30,98,130,9

34,211,434,2



53,96,724,7

62,17,528,4

92,810,531,4

24,76,724,7

28,47,528,4

31,410,531,4



51,56,423,6

59,37,127,2

88,610,030,0

23,66,423,6

27,27,127,2

30,010,030,0



49,46,222,6

56,96,926,1

85,0 9,628,8

22,66,222,6

26,16,926,1

28,89,628,8



47,15,921,6

54,36,524,8

81,19,227,5

21,65,921,6

24,86,524,8

27,59,227,5



45,15,620,7

51,96,323,8

77,68,826,3

20,75,620,7

23,86,323,8

26,38,826,3



44,35,520,3

51,16,223,4

76,38,625,9

20,35,520,3

23,46,223,4

25,98,625,9



43,35,419,8

49,96,022,8

74,68,425,3

19,85,419,8

22,86,022,8

25,38,425,3



42,05,319,3

48,45,822,2

72,48,224,5

19,35,319,3

22,25,822,2

24,58,224,5



41,75,219,1

48,15,822,0

71,88,124,3

19,15,219,1

22,05,822,0

24,38,124,3

a) Tasaisesti puristetun poikkileikkauksen kaikkia PL-luokkien raja-arvoja voidaan käyttää samanaikaisestipuristetun ja taivutetun poikkileikkauksen uumalle ja laipalle varmalla puolella olevina ko. poikkileikkausluok-kien rajoina. PL-luokkien tarkat rajat samanaikaisesti puristetun ja taivutetun poikkileikkauksen uumalle jalaipalle voidaan määrittää taulukoiden 2.7 ja 2.8 mukaan.

twt f t f

tw

b w

b

hb w

c

tw

b w



86

2.4 Tehollinen poikkileikkaus poikkileikkausluokassa 4

Esitetyt säännöt pätevät kun seuraavat ehdot ovat voimassa, ellei tapauskohtaisesti toisin esi-tetä [12,13]:

• Kuormitus on levyn tason suuntainen. • Sauvojen poikkileikkaus on vakio. • Levykentät ovat suorakaiteen muotoisia ja laipat ovat samansuuntaiset. Esitettyjä sääntöjä voidaan soveltaa myös ei-suorakaiteen muotoisille levykentille edellyttäen, että kulma α on enintään 10 º, kuva 2.3. Jos kulma α on yli 10 º, levykenttiä voidaan käsitellä näiden ohjeiden mukaisesti olettamalla levykenttä suorakaiteen muotoiseksi, jonka korkeus on suurempi arvoista b1 ja b2 . • Jos käytetään jäykisteitä, ne ovat joko pituussuuntaisia ja/tai poikittaissuuntaisia • Avoimet reijät tai aukot ovat pieniä. Jäykistämättömän avoimen reijän tai pienen aukon halkaisija on enintään 0,05b, missä b on levyn leveys. • Puristettu laippa ei lommahda uuman suunnassa (ao. lommahtamisen estämistä käsitellään kohdassa 2.7.6).• Yksittäistä levymäistä taso-osaa voidaan käsitellä sileänä levynä, kun kaarevuussäde r täyttää ehdon:

missä a on levykentän leveys

t on levyn paksuus

Kuva 2.3 Kulman α määritys

Lommahtaminen otetaan huomioon puristettujen osien tehollisten leveyksien ja siten muodos-tuvan tehollisen poikkileikkauksen avulla (kuva 2.4). Poikkileikkauksen teholliset ominaisuudet(Aeff , Ieff , Weff) määritetään näin muodostetulle teholliselle poikkileikkaukselle. Tehollisetleveydet lasketaan taulukoista 2.10 ja 2.11, jolloin niissä tarvittava tehollisen leveydenpienennystekijä ρ lasketaan kohtien 2.4.1 ja 2.4.2 mukaisesti. Laipan tehollista leveyttä mää-ritettäessä jännityssuhde ψ lasketaan bruttopoikkileikkauksen ominaisuuksien perusteella ot-

r a2

t----- (2.6)≥

a

b1 b2

α



87

taen laippojen shear-lag ilmiö tarvittaessa huomioon kohdassa 2.5 esitetyn mukaisesti. Uumantehollista leveyttä määritettäessä jännityssuhde lasketaan puristetun laipan tehollisen leveydenja uuman bruttopoikkileikkauksen perusteella. Tehollisten leveyksien laskennassa ei oteta huo-mioon hitsausjännityksiä [12,13].

Kuva 2.4 Tehollisen leveyden periaatekuva tasaisesti puristetun (ψ = 1) kahdelta reunalta tuetun lommahtavan taso-osan laskennassa.

PL4:ssä lommahtaminen voidaan ottaa huomioon tehollisen leveyden sijasta vaihtoehtoisestimyös Eurocoden osassa EN 1993-1-5 esitetyllä pienennettyyn jännitykseen perustuvalla me-netelmällä. Pienennettyyn jännitykseen perustuva menetelmä on ekvivalentti teholliseen le-veyteen perustuvan menetelmän kanssa yksittäisten levykenttien tapauksissa, mutta ei välttä-mättä koko poikkileikkauksen suhteen, koska pienennettyjen jännitysten menetelmässä kuor-man jakautumista poikkileikkauksen levyosien välillä ei oteta huomioon. Pienennettyjen jänni-tysten menetelmää ei esitetä tässä käsikirjassa, koska siinä poikkileikkauksen heikoimmanosan jännitysrajat voivat määrätä koko poikkileikkauksen kestävyyden, ja koska tehollisen le-veyden menetelmä sallii hoikempien levyosien käyttämisen [12,13,31].

Kokonaisanalyysissä (global analysis, kokonaisanalyysillä tarkoitetaan rakenteen sisäisten voi-mien ja momenttien määrittämistä) levyn lommahduksen vaikutus jäykkyyteen voidaan jättäähuomioon ottamatta, kun puristetun osan tehollinen pinta-ala on suurempi kuin ρlim kertaa sa-man osan bruttopinta-ala [12,13]. Arvo em. rajalle voidaan esittää kansallisessa liitteessä. EN1993-1-5 suositusarvo on ρlim = 0,5. Jos osa tarkasteltavasta taso-osasta on puristettua ja osavedettyä, kuten taivutuksen alaisessa uumassa, sääntöä sovelletaan puristusjännityksen alai-seen osuuteen [31].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-5 [14]: Käytetään Eurocoden suositusarvoa ρlim = 0,5 .

oletettu jännitysjakauma

todellinen jännitysjakauma b

beff / 2 beff / 2

σ > σcr



88

Mikäli edellä esitetty ehto ei toteudu, lommahduksen vaikutus jäykkyyteen otetaan huomioonkokonaisanalyysissä määrittämällä tehollinen poikkileikkaus murtorajatilan kuormituksilla tau-lukoiden 2.10 ja 2.11 ja kohdan 2.4.1 mukaisesti. Tehollisen poikkileikkauksen neliömomenttiIeff voidaan muuntaa tarkasteltavalle pituudelle vakioarvoksi Ific lausekkeen (2.14) mukaisesti(lauseketta sovelletaan käyttämällä kulloinkin kyseeseen tulevaa murtorajatilan tai käyttörajati-lan kuormayhdistelyä).

Taulukko 2.10 Kahdelta reunalta tuettujen puristettujen taso-osien tehollinen leveys [12,13]

Jännitysjakauma (puristus positiivinen) Tehollinen leveys beff

ψ = 1 beff = ρ bbe1 = 0,5beff be2 = 0,5beff

0 ≤ ψ < 1 beff = ρ bbe1 = 2beff /(5 - ψ ) be2 = beff - be1

ψ < 0 beff = ρ bc = ρb /(1 - ψ )be1 = 0,4beffbe2 = 0,6beff

ψ = σ2 / σ1 -3 ≤ ψ < -1 a) -1 -1 < ψ < 0 0 0 < ψ < 1 1 Lommahdus- kerroin kσ

5,98(1 - ψ )2 23,9 7,81-6,29ψ + 9,78ψ 2 7,81 4,0

a) Lauseke on korjattu lähteen [13] mukaisesti.

Mitta b = b taulukon 2.7 mukaisesti (kahdelta reunalta tuetut taso-osat).

��

yyyyyyyyy

��

yyyyyyyyy

��

yyyyyyyyy

��

yyyyyyyyy

��

yyyyyyyyy

��

yyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyy

��

yyyyyy

��

yyyyyy

��

yyyyyyyy

��

yyyyyyyy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

σ1 σ2

bp

be1 be2

+

b

��

yyyyyy

��

yyyyyyyy

��

yyyyyyyy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

��

yyyyyy

σ1 σ2

bp

be1 be2

+

b

��

yyyyyy

��

yyyyyy

��

yyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

��

yyyyyy

��yy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyy

σ1

σ2

bp

be1 be2

bc bt

+

–b

8 2,1 05, ψ+----------------------



89

Taulukko 2.11 Yhdeltä reunalta tuettujen puristettujen taso-osien tehollinen leveys [12,13]

Jännitysjakauma (puristus positiivinen) Tehollinen leveys beff

0 ≤ ψ < 1 beff = ρ c

ψ < 0 beff = ρ bc = ρ c / (1 - ψ )

ψ = σ2 / σ1 -3 ≤ ψ ≤ 1 -1 0 1

Lommahdus- kerroin kσ

0,57-0,21ψ + 0,07ψ 2 0,85 0,57 0,43

0 ≤ ψ < 1 beff = ρ c

ψ < 0 beff = ρ bc = ρ c / (1 - ψ )

ψ = σ2 / σ1 -1 -1 < ψ < 0 0 0 < ψ < 1 1

Lommahdus- kerroin kσ

23,8 1,7-5ψ +17,1ψ 2 1,70 0,43

Mitta c taulukon 2.8 mukaisesti (yhdeltä reunalta tuetut taso-osat).

��

yyyyy

��

yyyyyy

� ��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

y yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

��

yyyy

��

yyyy

σ1σ2

c

beff

+

��

yyyyyyyyy� ��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

y yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

��

yy yyy yyy yy

��yy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyy

σ1

σ2 beff

bt bc

+

–

��

yyyyyy

��

yyyyy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

��

yyyy

��yy

σ1 σ2

c

+

beff

��

yyyyyyyyy

��

yyyyyy

��

yyyyyyy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

��

��

��

yyy

yy

yy

��

yyyyy

��yy

σ1

σ2

bc bt

+

beff

–

0 578,ψ 0 34,+----------------------



90

2.4.1 Tehollinen poikkileikkaus murtorajatilassa

Tehollisen leveyden menetelmässä taulukoiden 2.10 ja 2.11 pienennystekijä ρ lasketaan le-vyille joissa ei ole pituussuuntaisia jäykisteitä seuraavasti [12,13]:

• kahdelta reunalta tuetut puristetut taso-osat:

• yhdeltä reunalta tuetut puristetut taso-osat:

Levyn muunnettu hoikkuus lasketaan seuraavasti [12,13]:

Kimmoteorian mukainen levyn kriittinen lommahdusjännitys σcr lasketaan seuraavasti:

missä σE on Eulerin jännitys joka lasketaan kaavasta:

ρ 1 0 kun λp 0 5 0 085 0 055ψ,–, (2.7a)+,≤,=

ρ λp 0 055 3 ψ+( ),–

λp2

--------------------------------------------- 1 0 kun λp 0 5 0 085 0 055ψ,–, (2.7b)+,>,≤=

ρ 1 0 kun λp 0 748 (2.8a),≤,=

ρ λp 0 188,–

λp2

-------------------------- 1 0 kun λp 0 748 (2.8b),>,≤=

λpfy

σcr------- (2.9)=

σcr kσ σ⋅ E (2.10)=

σEπ2

E

12 1 ν2–( )------------------------- t b⁄( )2

190000 t b⁄( )2 (2.11)⋅= =



91

Kun teräksen kimmokerroin on E = 2,1 · 105 N/mm2 ja Poissonin luku ν = 0,3 , saadaan lausek-keista (2.9) - (2.11) ratkaistua Eurocoden osassa EN 1993-1-5 esitetty lauseke levyn muunne-tulle hoikkuudelle:

missä b on taso-osan laskennallinen leveys seuraavasti:

b = b kahdelta reunalta tuetuille taso-osille (taulukko 2.7)

b = c yhdeltä reunalta tuetuille taso-osille (taulukko 2.8)

t on levyn paksuus


kσ on jännityssuhdetta ψ ja taso-osan reunojen tuentaehtoja vastaava

lommahduskerroin (taulukot 2.10 ja 2.11)

Kun poikkileikkauksen tarkasteltavan taso-osan suurin puristusjännitys jää alle myötötason,muunnettu hoikkuus voidaan korvata muunnetun hoikkuuden pienennetyllä arvolla seuraa-vasti [12,13]:

missä on levyn muunnettu hoikkuus lausekkeen (2.12) mukaisesti



σcom.Ed on tarkasteltavan taso-osan suurimman puristusjännityksen mitoitusarvo,

joka määritetään tehollisen poikkileikkauksen perusteella, kun kaikki

samanaikaisesti vaikuttavat kuormat otetaan huomioon

Edellä oleva menetelmä on varmalla puolella, mutta se vaatii iteratiivisia laskelmia, missäjännityssuhde ψ määritetään jokaisella iteraatiokierroksella jännityksistä, jotka lasketaan edel-lisestä iteraatiokierroksesta saadun tehollisen poikkileikkauksen perusteella.

Laskettaessa poikkileikkausluokalla 4 nurjahduskestävyyttä tai kiepahduskestävyyttä, taso-osien muunnettu hoikkuus voidaan laskea lausekkeen (2.13) mukaisena pienennettynä arvona

vain, jos σcom.Ed määritetään toisen kertaluvun mukaan ottaen huomioon kokonaisepä-täydellisyydet. Muutoin tulee käyttää lausekkeen (2.12) mukaista muunnetun hoikkuuden nor-maalia arvoa [12,13].

Jos suurin puristusjännitys saavuttaa myötötason (σcom.Ed = fy / γM0), lausekkeen (2.13) mu-kainen palautuu takaisin muunnetuksi hoikkuudeksi .

λpb t⁄

28 4ε kσ,------------------------- (2.12)=

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =

λp

λ p.red λpσcom.Ed

fy γ M0⁄----------------- (2.13)=

λp

λp.red

λp

λp.red λp



92

Eurocoden osan EN 1993-1-5 liitteessä E on esitetty levyn muunnetun hoikkuuden laskemisek-si myös vaihtoehtoinen menetelmä jota ei esitetä tässä käsikirjassa, koska sitä ei saa kuiten-kaan käyttää tehollisen poikkileikkauksen määrittämiseksi nurjahduskestävyyden ja kiepah-duskestävyyden laskennassa.

2.4.2 Tehollinen poikkileikkaus käyttörajatilassa

Käyttörajatilassa tarvittavan neliömomentin laskemiseksi määritetään tehollinen poikkileikkauskuten murtorajatilassa, mutta käyttäen muunnettua hoikkuutta , joka lasketaan seuraa-vasti [12,13]:

missä on levyn muunnettu hoikkuus lausekkeen (2.12) mukaisesti


σcom.Ed.ser on tarkasteltavan taso-osan suurin puristusjännitys laskettuna

tehollisen poikkileikkauksen perusteella käyttörajatilan kuormilla, kun

kaikki samanaikaisesti vaikuttavat kuormat otetaan huomioon

Tehollisen poikkileikkauksen perusteella laskettu tehollinen neliömomentti Ieff muuttuu jänne-välin funktiona. Muuttuvan arvon sijasta voidaan käyttää koko jänteelle (tai tarkasteltavalle pi-tuudelle) yhtä tehollisen neliömomentin fiktiivistä vakioarvoa Ific , joka lasketaan käyttörajatilankuormilla itseisarvoltaan suurimman kenttämomentin perusteella käyttäen seuraavaa interpo-lointia [11,12,13]:

missä

Igr on bruttopoikkileikkauksen neliömomentti

σcom.gr on bruttopoikkileikkauksen suurin taivutuspuristusjännitys tarkasteltavalla

jänteellä (tai tarkasteltavalla pituudella) käyttörajatilan kuormilla ja

Ieff (σcom.Ed.ser) on tehollisen poikkileikkauksen neliömomentti joka lasketaan käyttörajatilan

kuormilla tarkasteltavalla jänteellä vaikuttavan suurimman

puristusjännityksen σcom.Ed.ser ≥ σcom.gr perusteella

Käyttörajatilaa käsitellään lisää luvussa 7.

λp.ser

λ p.ser λpσcom.Ed.ser

fy------------------------ (2.14)=

λp

Ific Igr

σcom.gr

σcom.Ed.ser----------------------- Igr Ieff σcom.Ed.ser( )–[ ] (2.15)–=



93

Esimerkki 2.1

Poikkileikkausluokan laskenta. WI350-10-16×300, teräslaji on S355J2. Poikkileikkaukseen vaikuttaa vain puristus. h = 350 mm bf = 300 mm tf = 16 mm tw = 10 mm a = 4 mm (kaulahitsin a-mitta)

Laippa:

Uuma:

Koska poikkileikkauksen kaikki taso-osat kuuluvat vähintään poikkileikkausluokkaan 3, ko-ko poikkileikkaus voidaan mitoittaa PL3:n mukaisesti.

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

h

c

twb w

t f

b

Uum

an jä

nnity

sjak

aum

a

Laipan jännitysjakauma

bf

cbf tw–

2--------------- 2a– 300 10–

2--------------------- 2 4⋅– 139 3mm,= = =

bw h 2 tf 2a+( )– 350 2 16 2 4⋅+( )⋅– 306 7mm,= = =

ctf---

139 3,16

--------------- 8 7 11 4,≤ poikkileikkausluokka 3⇒,= =

bw

tw------

306 7,10

--------------- 30 7 30 9 ,≤, poikkileikkausluokka 2⇒= =



94

Esimerkki 2.2

Lasketaan profiilin WI1000-6-16×300 poikkileikkausluokka ja puristettujen osien teholliset leveydet sekä tehollinen neliömomentti murtorajatilassa, kun poikkileikkaukseen vaikuttaa taivutus. Teräslaji on S355J2.

h = 1000 mm bf = 300 mm tf = 16 mm tw = 6 mm a = 4 mm (kaulahitsin a-mitta)

Laippa:

Uuma:

Profiili kuuluu poikkileikkausluokkaan 4.

Laippa toimii tehollisena (ks. edellinen esimerkki). Lasketaan uuman tehollinen leveys:

h h w b w

z

c

b e1

b neg

b e2 e M

et,

z0

z

e c

tw

bf

Tehollisen uumanjännitysjakauma

Laipan jännitysjakauma

t fc bf tw–( ) 2 2a–⁄ 300 6–( ) 2⁄ 2 4⋅– 141 3 mm,= = =

bw h 2 tf 2a+( )– 1000 2 16 2 4⋅+( )⋅– 956 7 mm,= = =

hw h 2tf– 1000 2 16⋅– 968 0 mm,= = =

ctf---

141 3,16

--------------- 8 8 11 4 poikkileikkausluokka 3⇒,≤,= =

bw

tw------

956 7,6

--------------- 159 5 100 9 , poikkileikkausluokka 4⇒>,= =

ψ 1 kσ, 23 9,=–=

λpbw tw⁄

28 4ε kσ,-------------------------

956 7 6⁄,28 4, 235 355⁄ 23 9,⋅ ⋅--------------------------------------------------------------- 1 412,= = =

λp 1 412 0 5 0 085 0 055ψ,–,+,>, 0 5 0 085 0 055 1–( )⋅,–,+, 0 8742,= = =

ρ λp 0 055 3 ψ+( ),–

λp2

---------------------------------------------1 412 0 055 2⋅,–,

1 4122,------------------------------------------- 0 6530 1 0,≤,= = =



95

Uuman puristettu ja vedetty alue ovat yhtä suuria bruttopoikkileikkauksen perusteella:

Tehottoman alueen korkeus :

Pinta-alat:

Vedetyn puolen korkeus:

Puristetun puolen korkeus:

Neutraaliakseli laskee matkan eM :

Tehollinen neliömomentti uuden neutraaliakselin suhteen (alla esitetty kaava neliömomen-tin laskemiseksi siirretyn taivutusakselin suhteen on johdettu kohdassa 2.7.2 esitetystä Stei-nerin säännöstä ja painopisteen kaavasta):

OSA bi hi Ai zi Aizi Aizi2 Ii

1

2

3

4

300,06,06,0

300,0

16,0671,4130,7

16,0

4800,04028,4

784,24800,0

8,0351,7918,8992,0

38400,01416788,3

720523,04761600,0

307200,0498284438,1662016495,6

4723507200,0

102400,0151326161,2

1116340,7102400,0

Σ 14412,6 6937311,2 5884115333,7 152647301,9

beff ρbw 2 0 6530 956 7, 2 312,4 mm=⁄⋅,=⁄=

be1 0 4 beff⋅, 0 4, 312 4,⋅ 125 0 mm,= = =

be2 0 6 beff⋅, 0 6, 312 4,⋅ 187 4 mm,= = =

bnegbw

2------ be1– be2– 956 7,

2--------------- 125 0 187 4,–,– 166 0 mm,= = =

Aw tw hw 6 968 0,⋅ 5808 mm2= = =

Af tf bf 16 300⋅ 4800 mm2= = =

A 2Af A+ w 2 4800 5808+⋅ 15408 mm2= = =

Aeff 14412 6 mm2, (taulukosta)=

et z0ΣAizi

ΣAi-------------

6937311 2,14412 6,

--------------------------- 481 3 mm,= = = =

ec h et– 1000 481 3,– 518 7 mm,= = =

eMh2--- et– 1000

2------------ 481 3,– 18 70 mm,= = =

Ieff.y Σ Ii Σ Aizi2

z02 Σ Ai–+ 152647301 9 5884115333 7 481 3

2, 14412 6,⋅–,+,= =

2698 106 mm

4⋅=



96

Jos poikkileikkaukseen kohdistuisi tasainen puristus, laskenta voitaisiin lopettaa tähän. Tai-vutus aiheuttaa kuitenkin poikkileikkaukseen jännitysgradientin, jolloin poikkileikkauksenjännitysjakauma muuttuu samalla kun osa poikkileikkauksesta jää tehottomaksi ja neutraa-liakselin paikka siirtyy. Tämän takia tehollinen poikkileikkaus joudutaan määrittämään iter-atiivisesti, joten jatketaan laskentaa seuraavalle laskentakierrokselle:

Ensimmäisellä laskentakierroksella määritetyn tehollisen poikkileikkauksen perusteellasaadaan uuman uudeksi jännityssuhteeksi ja lommahduskertoimeksi:

Uuman uusi muunnettu hoikkuus ja tehollisen leveyden pienennystekijä:

Tehollisten leveyksien uudet arvot:

Tehottoman alueen uusi korkeus:

Koko poikkileikkauksen uusi tehollinen pinta-ala:


1

2

3

4

300,06,06,0

300,0

16,0652,2130,3

16,0

4800,03913,2

781,84800,0

8,0342,1918,9992,0

38400,01338705,7

718396,04761600,0

307200,0457971226,8660134102,8

4723507200,0

102400,0138711474,3

1106122,6102400,0

Σ 14295,0 6857101,7 5841919729,6 140022396,9

ψ 481 3 16– 2 4⋅–,518 7 16– 2 4⋅–,-----------------------------------------------– 0 9247,–= =

kσ 7 81 6 29ψ 9 78ψ2,+,–, 7 81 6 29, 0 9247,–( ) 9 78 0 9247,–( )2⋅,+⋅–, 21 99,= = =

λpbw tw⁄

28 4ε kσ,-------------------------

956 7 6⁄,28 4, 235 355⁄ 21 99,⋅ ⋅------------------------------------------------------------------ 1 472,= = =

λp 1 472 0 5 0 085 0 055ψ,–,+,>, 0 5 0 085 0 055 0 9247,–( )⋅,–,+, 0 8686,= = =

ρ λp 0 055 3 ψ+( ),–

λp2

---------------------------------------------1 472 0 055 2 075,⋅,–,

1 472 2,------------------------------------------------------- 0 6267 1 0,≤,= = =

beff ρ ec tf– 2a–( )⋅ 0 6267, 518 7 16– 2 4⋅–,( )⋅ 311 5 mm,= = =

be1 0 4, beff⋅ 0 4, 311 5,⋅ 124 6 mm,= = =

be2 0 6, beff⋅ 0 6, 311 5,⋅ 186 9 mm,= = =

bneg ec tf– 2a–( ) beff–= 518 7 16– 2 4⋅–,( ) 311 5,– 185 5 mm,= =

Aeff 14295 0 mm2, (taulukosta)=



97

Vedetyn puolen uusi korkeus:

Puristetun puolen uusi korkeus:

Neutraaliakselin laskema matka eM bruttopoikkileikkauksen keskilinjasta:

Tehollinen neliömomentti uuden neutraaliakselin suhteen:

Toisen laskentakierroksen myötä neutraaliakseli siirtyi siis enää 20,3 - 18,7 = 1,6 mm, tehol-linen pinta-ala pieneni edelliseen laskentakierrokseen verrattuna 0,8 % ja tehollinen neliö-momentti muuttui vain 0,2 %. Tulokset siis suppenevat nopeasti, joten iterointi voidaanlopettaa tähän.

Uuman puristetun osan bruttopinta-ala:

Uuman puristetun osan tehollinen pinta-ala:

Todetaan että:

Näin ollen lommahduksen vaikutusta sauvan jäykkyyteen ei tarvitse ottaa huomioon raken-teen kokonaisanalyysissä määritettäessä rakenteen sisäisiä voimasuureita ja momentteja.

2.5 Leikkausviiveilmiön (shear-lag) vaikutus sauvojen mitoitukseen

Leikkausviiveen (shear-lag) vaikutus otetaan tarvittaessa huomioon käyttämällä laipoille tehol-lisia leveyksiä Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaisesti [12,13].

Taivutusteorian perusolettamus on, että tasomainen poikkileikkaus säilyy tasona palkin tai-puessa (Bernoullin olettamus). Hyvin leveälaippaisissa palkeissa tämä olettamus ei pidä paik-kaansa. Laipassa vaikuttavien leikkausjännitysten ja niihin liittyvien leikkausmuodonmuutosten

et z0ΣAizi

ΣAi-------------

6857101 7,14295 0,

--------------------------- 479 7 mm,= = = =

ec h et– 1000 479 7,– 520 3 mm,= = =

eMh2--- et– 1000

2------------ 479 7,– 20 30 mm,= = =

Ieff.y Σ Ii Σ Aizi2

z02 Σ Ai–+ 140022396 9 5841919729 6 479 7

2, 14295 0,⋅–,+,= =

2692 106 mm

4⋅=

Awc tw ec tf–( ) 6 520 3 16–,( ) 3026 mm2=⋅==

Awc.eff Awc twbneg 3026 6 185 5,⋅–=– 1913 mm2= =

Awc.eff 1913 mm2 ρlimAwc 0 5 3026 1513 mm

2=⋅,=≥=



98

takia kaukana uumalevystä olevat laipan alueet jäävät jälkeen uuman kohdalla olevasta siirty-mästä, esiintyy leikkausviive (shear-lag). Palkin alueilla, joissa leikkausvoima muuttuu nopeas-ti, kuten tuen tai paikallisen kuorman kohdalla, leikkausviivekin muuttuu nopeasti. Tämä mer-kitsee pienentynyttä aksiaalivenymää ja -jännitystä kaukana uumasta olevilla alueilla. Kuvassa2.5 on esitetty sillan leveän kansilevyn jännitysjakaumat kaaviomaisesti sekä levyn ulokkeelli-sella osuudella, että kahden uuman välisen alueen puolikkaalle. Kumpaakin leveyttä merkitäänsymbolilla bo . Tehollinen leveys beff = β bo määritellään niin, että uuman kohdalla oleva mak-simijännitys kertaa tehollinen pinta-ala on yhtä suuri kuin alueella bo todellisuudessa esiintyväaksiaalivoima [32]. Kuva pätee periaatteessa yhtälailla leveälaippaisen I-palkin tai kotelopalkinlaipalle.

Kuva 2.5 Periaatekuva leikkausviiveen aiheuttamasta taivutusjännityksen jakaumasta ja tehollisen leveyden muodostumisesta [12,13]

Rakenteen kokonaisanalyysissä leikkausviiveen vaikutusta ei tarvitse ottaa huomioon valssa-tuilla profiileilla, eikä hitsatuilla profiileilla joiden mittasuhteet vastaavat valssattuja profiileja.Muissa tapauksissa leikkausviiveen vaikutus otetaan huomioon rakenteen kokonaisanalyysis-sä valitsemalla sauvan kaikilla jänneväleillä laipan teholliseksi leveydeksi uuman kummallakinpuolella erikseen pienempi arvoista: täysi leveys tai L /8, missä L on jänneväli tai ulokepalkintapauksessa kaksi kertaa ulokkeen pituus [3,4,5].

beff = βb0

oletettu jännitysjakauma todellinenjännitysjakauma

symmetriataso1 2

t

1 Ulokkeellinen laippa2 Kahdelta reunalta tuettu laippaosa

beff = βb0



99

Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaan laippojen leikkausviivettä ei tarvitse ottaa huomioon pal-kin kestävyyttä ja tehollista poikkileikkausta määritettäessä, jos seuraava ehto toteutuu [12,13]:

missä bo on laipan leveys, joksi otetaan yhdeltä reunalta tuetun taso-osan

tapauksessa ko. taso-osan koko leveys, ja kahdelta reunalta tuetun

taso-osan tapauksessa puolet ko. taso-osan leveydestä

Le on taivutusmomentin nollakohtien välinen etäisyys (ks. kuva 2.6)

Jos edellinen ehto ylittyy, laipoille on käytettävä tehollista leveyttä.

Jatkuvan palkin eri alueille voidaan olettaa kuvan 2.6 mukaiset pituudet Le . Kuvan arvot sovel-tuvat käyttöön, kunhan mikään jänne ei ole suurempi kuin 1,5 kertaa viereinen jänne, eikä ulok-keen pituus ole suurempi kuin 0,5 kertaa viereinen jänne [12,13]. Muissa tapauksissamomentin nollakohtien paikat on selvitettävä erikseen. Kuva näyttää myös mitä β -arvoa millä-kin alueella käytetään tehollisen leveyden pienentämiseen. Välituella tehollinen leveys on pie-nimmillään, koska siinä palkin leikkausvoimassa tapahtuu suurin muutos.

Kuva 2.6 Momentin nollakohtien etäisyyksinä Le käytettäviä pituuksia (yläkuva) jatkuvassa palkissa ja tehollisen leveyden kaaviomainen jakauma (alakuva) eri alueilla. Pienennystekijä β1 lasketaan kyseisen kentän Le -arvoilla ja β2 kyseisen tuki-alueen Le -arvoilla [12,13]

bo Le 50⁄ (2.16)<

β2 : Le = 0,25 (L1 + L2) β2 : Le = 2 L3

β1 : Le = 0,85 L1 β1 : Le = 0,70 L2

L1/4 L1/2 L1/4 L2/4 L2/2 L2/4

L1 L2 L3

β0 β1 β2β1 β2 β2



100

Jos bo ylittää lausekkeen (2.16) mukaisen rajan, leikkausviiveen vaikutus otetaan huomioonsekä vedetyn laipan että puristetun laipan tehollisen leveyden laskennassa seuraavasti:

• käyttörajatilassa ja väsymistarkastelussa:

Kimmoisen tilan leikkausviiveeseen liittyvä tehollinen leveys lasketaan lausekkeella [12,13]:

missä bo on laipan leveys, joksi otetaan yhdeltä reunalta tuetun taso-osan

tapauksessa ko. taso-osan koko leveys, ja kahdelta reunalta tuetun

taso-osan tapauksessa puolet ko. taso-osan leveydestä

β on pienennystekijä joka saadaan taulukosta 2.12

Väsymistarkasteluissa tarvitaan myös tieto pituussuuntaisen normaalijännityksen todellisestajakaumasta laipan leveyssuunnassa. Jännitysjakaumafunktiot on esitetty eri tapauksille kuvas-sa 2.7 [12,13].

Taulukko 2.12 Leikkausviiveeseen liittyvä tehollisen leveyden pienennystekijä β vedetylle tai puristetulle laipalle [12,13]

κ Tarkasteltava kohta β -arvo

κ ≤ 0,02 β = 1,0

0,02 < κ ≤ 0,70

Positiivinen momentti (ks. kuva 2.6)

Negatiivinen momentti (ks. kuva 2.6)

κ > 0,70

Positiivinen momentti (ks. kuva 2.6)

Negatiivinen momentti (ks. kuva 2.6)

Kaikilla κ:n arvoilla

Päätytuki (ks. kuva 2.6)

Kaikilla κ:n arvoilla

Uloke (ks. kuva 2.6)

missä Asl on kaikkien pitkittäisjäykisteiden pinta-ala, jotka sijaitsevat pituuden b0 matkalla. Muut merkinnät on esitetty kuvissa 2.5 ja 2.6.

beff βbo (2.17)=

β β11

1 6 4κ2,+------------------------= =

β β21

1 6 0 κ 12500κ---------------–⎝ ⎠

⎛ ⎞ 1 6κ2,+,+---------------------------------------------------------------------= =

β β11

5 9 κ,------------= =

β β21

8 6 κ,------------= =

β0 0 55, 0 025, κ⁄+( )β1 , mutta β0 β1<=

β β2 väli- ja päätytuilla=

κ α0 b0 Le⁄ missä α0 1Asl

b0 t-------+= =



101

Kuva 2.7 Shear-lag ilmiöstä aiheutuvat pituussuuntaiset normaalijännitykset laipassa riippuen pienennystekijästä β [12,13]

• murtorajatilassa:

Eurocoden osassa EN 1993-1-5 on esitetty kaksi vaihtoehtoista menetelmää, kuinka leikkaus-viiveen vaikutukset määritetään murtorajatilassa. Sovellettava menetelmä voidaan valita kan-sallisessa liitteessä. EN 1993-1-5 suosittelee kyseisistä menetelmistä yksinkertaisempaa, jokaesitetään tässä.

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-5 [14]: Käytetään Eurocodessa suositeltua menetelmää.

beff = βb0 beff = βb0

σ1

σ(y) σ2

σ1 σ(y)

y y

b0 b0

b1 = 5βb0

β > 0,20 :σ2 = 1,25 (β - 0,20)σ1σ(y) = σ2 + (σ1 - σ2)(1 - y /b0)4

β ≤ 0,20 :σ2 = 0σ(y) = σ1(1 - y /b1)4

σ1 lasketaan laipan tehollisen leveyden beff perusteella



102

Leikkausviiveen vaikutukset kimmoplastisella alueella, kun sallitaan rajoitettua plastista veny-mistä, voidaan ottaa huomioon seuraavasti [12,13]:

missä Ac.eff on puristetun laipan tehollinen pinta-ala ottaen huomioon lommahdus

kohdan 2.4 mukaisesti (pituussuuntaisin jäykistein varustetun poikkileik-

kauksen tapauksessa kohdan 2.13.3 mukaisesti)

β on pienennystekijä joka saadaan taulukosta 2.12

κ on tekijä joka saadaan taulukosta 2.12

Vedetylle laipalle lauseketta (2.18) käytetään siten, että Ac.eff korvataan vedetyn laipan brut-topinta-alalla [12,13].

2.6 Normaalivoiman kuormittaman profiilin kestävyys

2.6.1 Vetokestävyys

Vedetty poikkileikkaus toimii tehollisena poikkileikkausluokasta riippumatta, mikäli laippojenleikkausviive ei pienennä niiden tehollista leveyttä (kohta 2.5). Vedetyn sauvan mitoitusehto on[3,4,5]:

missä NEd on aksiaalisesti vedetyn sauvan vetovoiman mitoitusarvo murtorajatilassa

Nt.Rd on poikkileikkauksen vetokestävyyden mitoitusarvo

Poikkileikkauksen vetokestävyys Nt.Rd on pienempi seuraavista [3,4,5]:

missä Npl.Rd on bruttopoikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen kestävyyden

mitoitusarvo

Nu.Rd on nettopoikkileikkauksen kestävyyden mitoitusarvo kiinnittimien reikien

kohdalla

A on bruttopoikkileikkauksen pinta-ala

Anet on nettopoikkileikkauksen pinta-ala kiinnittimien reikien kohdalla


Aeff Ac.eff βκAc.eff β (2.18)≥=

NEd Nt.Rd (2.19)≤

Nt.Rd Npl.Rd

Afy

γ M0--------- (2.20)= =

Nt.Rd Nu.Rd

0 9Anet fu,γ M2

------------------------ (2.21)= =



103

fu on materiaalin nimellinen murtolujuus

γM0 on kestävyyden osavarmuusluku myötäämisen suhteen (taulukko 2.5)

γM2 on kestävyyden osavarmuusluku murtumisen suhteen (taulukko 2.5)

Vaadittaessa ns. hallitun plastisoitumisen mitoitusperiaatteen noudattamista (esim. maanjäris-tysmitoituksessa, EN 1998), bruttopoikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen kestävyydenmitoitusarvo Npl.Rd ei saa olla suurempi kuin kiinnittimien reikien kohdalla määritetty netto-poikkileikkauksen murtumiskestävyyden mitoitusarvo Nu.Rd . Eli nettopoikkileikkaus ei saamurtua ennen kuin bruttopoikkileikkaus myötää [3,4,5]. Tämä vaatimus saadaan esitettyä lau-sekkeiden (2.20) ja (2.21) avulla seuraavasti:

Ruuvikiinnitysluokassa C (ks. luku 3) nettopoikkileikkauksen vetokestävyyden mitoitusarvoNnet.Rd kiinnittimien reikien kohdalla lasketaan seuraavasti [3,4,5]:


Poikkileikkauksen vetokestävyys määritetään lausekkeista (2.20) ja (2.21) kuten edellä, mutta nettoleikkauksen vetokestävyyden lausekkeessa (2.21) kestävyyden osavarmuusluku γM2 korvataan osavarmuusluvulla γM12 , jonka arvo voidaan esittää kansallisessa liit- teessä. Eurocoden suositusarvo on taulukon 2.5 mukaisesti γM12 = γM2 = 1,25 [23,24].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-12 [25]:Käytetään arvoa:

Suomi on tässä poikennut Eurocoden suositusarvosta, jonka mukaisessa mitoituksessaS500-S700 teräksille tyypillinen matala fu / fy -suhde pienentäisi nettoleikkauksen mitoi-tuskestävyyttä kohtuuttomasti testeissä saatuihin tuloksiin verrattuna [33]. Sijoittamallalausekkeeseen (2.21) Suomen kansallisen liitteen mukainen osavarmuusluvun lauseke,saadaan lujuusluokilla S500-S700 nettoleikkauksen vetokestävyyden kaava (Suomessa)seuraavaan muotoon:

Lujuusluokkien S500-S700 teräkset eivät sovellu käytettäväksi, jos vaaditaan hal-

litun plastisoitumisen mitoitusperiaatteen noudattamista [23,24]. Matalasta fu / fy -suhteesta johtuen ehtoa (2.22) ei saada niillä toteutumaan.

Anet

A---------

10 9,---------≥

γ M2

γ M0---------

fy

fu---- (2.22)⋅ ⋅

Nnet.Rd

Anet fy

γ M0-------------- (2.23)=

γ M12

fu

fy---- γ M0 (2.24)⋅=

Nt.Rd

0 9Anet fy,γ M0

------------------------ (2.25)=



104

Todettakoon, että myöskään lujuusluokkien S420 ja S460 teräksillä ehtoa (2.22) ei saadatoteutumaan. Lisäksi tulee muistaa, että lausekkeen (2.22) avulla esitetty vaatimus brut-toleikkauksen myötäämisestä ennen nettoleikkauksen murtumista ei edusta poikkileik-kauksen todellista lujuusopillista käyttäytymistä ao. kestävyyksien suhteen, sillä kyse onkestävyyksien mitoitusarvoista jotka siis sisältävät kummankin kestävyyskriteerin suhteenerikseen tietyn varmuustason.

Ruuvikiinnitysluokassa C nettopoikkileikkauksen vetokestävyyden mitoitusarvo Nnet.Rdkiinnittimien reikien kohdalla lasketaan S500-S700 teräksille samoin kuin muillakin lu-juusluokilla, eli lausekkeen (2.23) mukaisesti.

Nettopoikkileikkauksen pinta-ala:

Poikkileikkauksen nettopinta-alaksi valitaan sen bruttopoikkileikkauksen pinta-ala vähennetty-nä tarkoituksenmukaisesti kaikilla reijillä ja muilla aukoilla. Yksittäisen kiinnittimen reijän vähen-nykseksi valitaan reijän bruttopoikkileikkauspinta-ala tarkasteltavan poikkileikkauksen tasossa.Upotetuilla (senkatuilla) reijillä upotuksen osuus otetaan huomioon [3,4,5].

Mikäli kiinnittimien reijät eivät ole limitettyjä, reikien vähennettäväksi kokonaispinta-alaksi vali-taan reikien pinta-alojen suurin summa missä tahansa poikkileikkauksessa, joka on kohtisuo-rassa sauvan akseliin nähden (kuva 2.8, murtolinja 2).

Limitettyjen reikien tapauksessa poikkileikkauksen nettopinta-alaksi valitaan pienempi seuraa-vista [3,4,5]:

• suora murtolinja (kuva 2.8, murtolinja 2):

• limitetty murtolinja (kuva 2.8, murtolinja 1):

missä Anet on nettopoikkileikkauksen pinta-ala kiinnittimien reikien kohdalla


t on levyn paksuus

d0 on reijän halkaisija

s on sarjaan kuuluvien kahden vierekkäisen limitetyn reijän keskiöiden

välinen etäisyys sauvan akselin suunnassa

p on kahden vierekkäisen reijän keskiöiden välinen etäisyys mitattuna

kohtisuorassa suunnassa sauvan akselin suhteen

Anet A td0 (2.26)∑–=

Anet A td0∑ ts2

4p------ (2.27)∑+–=



105

Kuva 2.8 Nettopoikkileikkauksen pinta-alan määrittäminen. Murtolinjat 1 ja 2 [3,4,5]

Esimerkki 2.3

Lasketaan esimerkin 2.1 profiilin WI350-10-16×300 vetokestävyys, kun molemmissa lai-poissa on reijät 4×Ø22 yhdessä rivissä. Oletetaan, että ruuvikiinnitysluokka on muu kuinluokka C.

h = 350 mm bf = 300 mm tf = 16 mm tw = 10 mm fy = 355 N/mm2

fu = 490 N/mm2

γM0 = 1,0 (taulukko 2.5) γM2 = 1,25 (taulukko 2.5) d0 = 22 mm (reijän halkaisija)

Poikkileikkauksen bruttopinta-ala:

Poikkileikkauksen nettopinta-ala:

s s

p1

2

3535

7070

90

4 ø 22 ylä- ja alalaipassa

A h 2tf–( )tw 2bf tf+ 350 2 16⋅–( ) 10⋅ 2 300 16⋅ ⋅+ 12780 mm2= = =

Anet A 8tf d0– 12780 8 16 22⋅ ⋅– 9964 mm2= = =



106

Vetokestävyys on pienempi seuraavista:

Koska kiinnittimien reikien kohdalla olevan nettopoikkileikkauksen murtumiskestävyys onpienempi kuin bruttopoikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen kestävyys (ehto (2.22) eitoteudu), poikkileikkaus ei käyttäydy sitkeästi liitoksen alueella.

2.6.2 Puristuskestävyys (ilman nurjahdusta)

Puristetun sauvan poikkileikkauksen kestävyyden määrittämisessä otetaan huomioon vainpoikkileikkauksen lokaalit stabiilius-ilmiöt, eli taso-osien mahdollisen lommahtamisen vaikutuskestävyyteen. Koko sauvan puristuskestävyyden määrittämisessä otetaan huomioon myössauvan globaali stabiiliuden menetys, eli mahdollinen nurjahtaminen eri muodoissaan (kohta2.6.3).

Puristettujen sauvojen poikkileikkauksen mitoitusehto on [3,4,5]:

missä NEd on puristusvoiman mitoitusarvo murtorajatilassa

Nc.Rd on poikkileikkauksen puristuskestävyyden mitoitusarvo

Poikkileikkauksen puristuskestävyyden mitoitusarvo Nc.Rd keskeiselle tasaiselle puristuksellelasketaan seuraavasti [3,4,5]:

missä Npl.Rd on bruttopoikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen kestävyyden

mitoitusarvo

Npl.RdAfy

γ M0---------

12780 355⋅1 0,

---------------------------- 4537kN= = =

Nu.Rd0 9A, net fu

γ M2------------------------

0 9 9964 490⋅ ⋅,1 25,

--------------------------------------- 3515 kN= = =

N⇒ t.Rd 3515 kN=

Anet

A---------

996412780--------------- 0 7797,= =

1 0 9,---------

γ M2

γ M0---------⋅<

fy

fu----⋅ 1

0 9,---------

1 25,1 0,------------

355490---------⋅ ⋅ 1 006,= =

NEd Nc.Rd (2.28)≤

Nc.Rd Npl.Rd

A fy

γ M0--------- poikkileikkausluokissa 1, 2 ja 3 (2.29)= =

Nc.Rd

Aeff fy

γ M0------------ poikkileikkausluokassa 4 (2.30)=



107


Aeff on tehollisen poikkileikkauksen pinta-ala keskeisessä puristuksessa



Kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huomioon puristetun sauvan poikkileikkauksen kestävyy-dessä mikäli kiinnitin on reijässä, lukuun ottamatta standardin EN 1090 mukaisia ylisuuria taipidennettyjä reikiä [3,4,5,34].

Epäkeskeisesti puristettujen sauvojen poikkileikkauksen kestävyys määritetään puristuksen jataivutuksen yhteisvaikutuskaavoilla kohdassa 2.10.5 esitetyn mukaisesti.

Epäsymmetristen poikkileikkausluokkaan 4 kuuluvien poikkileikkausten osalta otetaan huo-mioon tehollisen poikkileikkauksen painopisteakselin (eli neutraaliakselin) siirtymisestä aiheu-tuva lisämomentti ΔM = NEd × eN kohdassa 2.10.5 esitetyn mukaisesti [3,4,5].

2.6.3 Nurjahduskestävyys

Eri muotoiset hitsatut profiilit voivat nurjahtaa eri tavoin. Nurjahduksen aiheuttaa sauvaan koh-distuva riittävän suuri keskeinen normaalivoima. Mahdollisia nurjahdusmuotoja ovat tasonur-jahdus eli taivutusnurjahdus (flexural buckling), ja vääntönurjahdus (torsional buckling). Erinurjahdusmuotojen nimitykset kuvaavat sauvassa tapahtuvaa muodonmuutosta ja siirtymää.Nimitykset eivät siis viittaa sauvaan kohdistuviin kuormituksiin.

Vääntönurjahdus voi esiintyä puhtaana vääntönurjahduksena jolloin poikkileikkaus kiertyyvääntökeskiönsä ympäri, tai taivutusvääntönurjahduksena eli avaruusnurjahduksena (torsio-nal-flexural buckling), jolloin poikkileikkauksen kiertymä ja poikittainen siirtymä tapahtuvat sa-manaikaisesti (kuva 2.9). Vääntönurjahdusta ei yleensä esiinny koteloprofiileilla niiden suurenvääntöjäykkyyden ansiosta, joten vääntönurjahdus liittyy lähinnä avoprofiilien mitoitukseen.

Kaksoissymmetrisillä ja pistesymmetrisillä profiileilla poikkileikkauksen leikkauskeskiö (elivääntökeskiö) sijaitsee poikkileikkauksen painopisteessä. Tällöin mahdollisia nurjahdustapojaovat tasonurjahdus jomman kumman pääjäyhyysakselin suhteen ja puhdas vääntönurjahdus.

Yhden akselin suhteen symmetrisillä profiileilla poikkileikkauksen leikkauskeskiö ei sijaitse pai-nopisteessä, jolloin mahdollisia nurjahdusmuotoja ovat tasonurjahdus jomman kumman pää-jäyhyysakselin suhteen ja taivutusvääntönurjahdus.

Täysin epäsymmetrisillä profiileilla mitoittavaksi muodostuu lähes aina taivutusvääntönurjah-dus.

Edellä esitettyjen nurjahdusmuotojen lisäksi joillakin ohutseinämäisillä avoprofiileilla voi esiin-tyä ns. vinoutumisnurjahdus (distorsional buckling). Vinoutumisnurjahduksen vaikutus otetaantarvittaessa huomioon Eurocoden osassa EN 1993-1-3 esitetyllä tavalla tehollista poikkileik-kausta määritettäessä [11]. Vinoutumisnurjahdusta ei käsitellä tässä käsikirjassa, koska sitä eiesiinny kuvan 1.1 mukaisilla hitsatuilla profiileilla.

Seuraavassa esitetyt ohjeet soveltuvat sauvoille, joiden poikkileikkaus on vakio. Muuttuvapoik-kileikkauksisen sauvan stabiiliutta käsitellään Eurocoden osassa EN 1993-1-1: kohta 6.3.4.



108

Kuva 2.9 Erilaisia nurjahdusmuotoja

Nurjahduskestävyys Nb.Rd määritetään erikseen kullekin kyseeseen tulevalle nurjahdusmuo-dolle. Nurjahduskestävyys riippuu tällöin kyseisen nurjahdusmuodon kimmoteorian mukaises-ta kriittisestä nurjahduskuormasta Ncr (joka puolestaan riippuu neliömomentista I janurjahduspituudesta Lcr ) sekä kyseiselle nurjahdusmuodolle ja -suunnalle käytettävästä nur-jahduskäyrästä. Käytettävä nurjahduspituus riippuu sauvan päiden tuennoista eri suuntiin, jol-loin nurjahduspituus voi olla samallakin sauvalla erilainen eri nurjahdusmuodoille ja -suunnille.

Nurjahduskestävyyteen vaikuttavista monista tekijöistä johtuen on etukäteen yleensä vaikeatietää mikä nurjahdusmuodoista on kulloinkin kestävyyden kannalta kriittisin. Pienimmän kim-moisen kriittisen nurjahduskuorman Ncr perusteella ei välttämättä saadakaan määräävää(pienintä) nurjahduskestävyyttä.

Käytännössä nurjahduskestävyys tulee siis aina laskea erikseen kullekin kyseeseen tulevallenurjahdusmuodolle ja -suunnalle (ellei kyseistä nurjahdusmuotoa tai -suuntaa ole rakenteelli-sesti estetty sauvan sopivilla tuennoilla). Tarkastettavat nurjahdusmuodot ovat:

• koteloprofiilit: - taivutusnurjahdus kummankin pääjäyhyysakselin suhteen

• kaksoissymmetriset tai pistesymmetriset avoprofiilit: - taivutusnurjahdus kummankin pääjäyhyysakselin suhteen - vääntönurjahdus

Kuva 2.2 Erilaisia nurjahdusmuotoja

Tasonurjahdus Puhdas vääntönurjahdus Taivutusvääntönurjahdus

Taivutusnurjahdus Puhdas vääntönurjahdus Taivutusvääntönurjahdus(eli tasonurjahdus) (eli avaruusnurjahdus)



109

• epäsymmetriset tai vain yhden akselin suhteen symmetriset avoprofiilit: - taivutusnurjahdus kummankin pääjäyhyysakselin suhteen - vääntönurjahdus - taivutusvääntönurjahdus

Puristetun sauvan mitoitusehto nurjahduksessa on [3,4,5]:

missä NEd on aksiaalisesti puristetun sauvan puristusvoiman mitoitusarvo

murtorajatilassa

Nb.Rd on aksiaalisesti puristetun sauvan nurjahduskestävyyden mitoitusarvo

Nurjahduskestävyyttä ei tarvitse määrittää, jos sauvan muunnettu hoikkuus ≤ 0,2 tai josNEd / Ncr ≤ 0,04 [3,4,5]. Muunnetun hoikkuuden ja kimmoteorian mukaisen kriittisennurjahduskuorman Ncr laskeminen esitetään jäljempänä.

Epäkeskeisesti puristettujen sauvojen kestävyys määritetään puristuksen ja taivutuksen yhteis-vaikutuskaavoilla kohdassa 2.11.1 esitetyn mukaisesti.

Epäsymmetristen poikkileikkausluokkaan 4 kuuluvien sauvojen osalta otetaan huomioon tehol-lisen poikkileikkauksen painopisteakselin (eli neutraaliakselin) siirtymisestä aiheutuva lisä-momentti ΔM = NEd × eN kohdassa 2.11.1 esitetyn mukaisesti [3,4,5].

Nurjahduskestävyyden mitoitusarvo Nb.Rd kullekin kyseeseen tulevalle nurjahdusmuodolle ja-suunnalle lasketaan seuraavasti [3,4,5]:

missä χ on kyseeseen tulevan nurjahduskestävyyden pienennystekijä





Pinta-aloja A ja Aeff laskettaessa pilarin päissä olevia kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huo-mioon [3,4,5].

NEd Nb.Rd (2.31)≤

λλ

Nb.Rd

χ A fy

γ M1------------ poikkileikkausluokissa 1, 2 ja 3 (2.32)=

Nb.Rd

χ Aeff fy

γ M1----------------- poikkileikkausluokassa 4 (2.33)=



110

Lausekkeissa (2.32) ja (2.33) oleva pienennystekijä χ lasketaan seuraavasti:

missä α on sovellettavan nurjahduskäyrän mukainen

epätarkkuustekijä (taulukko 2.12)

on sauvan muunnettu hoikkuus

Epätarkkuustekijä α määräytyy sovellettavan nurjahduskäyrän (eli nurjahdusluokan) perus-teella taulukon 2.12 mukaisesti. Nurjahdusluokkia on viisi (ao , a, b, c, d ), joista paras on ao jahuonoin on d. Nurjahdusluokkien avulla otetaan huomioon sauvan valmistuksesta aiheutuvienalkujännitysten ja geometristen epätarkkuuksien nurjahduskestävyyttä heikentävä vaikutus erinurjahdusmuodoilla. Puristetun sauvan alkukäyryyden tulee tällöin olla standardissa EN 1090-2 esitettyjen asennustoleranssien sisällä (luku 10).

Sovellettava nurjahduskäyrä valitaan eri nurjahdusmuodoille ja -suunnille seuraavasti [3,4,5]: • taivutusnurjahdukselle taulukon 2.13 mukaan • vääntönurjahdukselle ja taivutusvääntönurjahdukselle taulukon 2.13 z-akselin mukaan


Nurjahduskäyrät valitaan taulukossa 2.13 esitetyn mukaisesti [23,24].

Kuvassa 2.10 on esitetty lausekkeilla (2.34) - (2.35) laskettu nurjahduskestävyyden pienennys-tekijä χ eri nurjahduskäyrien mukaisesti.

Lausekkeissa (2.34) - (2.35) tarvittava sauvan muunnettu hoikkuus lasketaan seuraavasti[3,4,5]:

missä A on bruttopoikkileikkauksen pinta-ala



Ncr on kimmoteorian mukainen kriittinen nurjahduskuorma kyseeseen tulevalle

nurjahdusmuodolle ja -suunnalle

χ 1 0 kun λ 0 2 (2.34a),≤,=

χ 1

Φ Φ2 λ2

–+--------------------------------- 1 0 kun λ 0 2 (2.34b),>,≤=

Φ 0 5 1 α λ 0 2,–( ) λ2

+ +[ ] (2.35)⋅,=

λ

λ

λA fy

Ncr-------- poikkileikkausluokissa 1, 2 ja 3 (2.36)=

λAeff fy

Ncr------------- poikkileikkausluokassa 4 (2.37)=



111

Kimmoteorian mukainen kriittinen nurjahduskuorma Ncr lasketaan eri nurjahdusmuodoilleseuraavasti, jolloin poikkileikkauksen ominaisuudet määritetään kaikilla poikkileikkausluokillabruttopoikkileikkauksen mukaan [3,4,5,11]:

• taivutusnurjahdus (eli tasonurjahdus):

missä E on kimmokerroin

I on bruttopoikkileikkauksen neliömomentti kyseeseen tulevan

akselin suhteen

Lcr on sauvan nurjahduspituus taivutusnurjahduksessa tarkasteltavaan

suuntaan


i on bruttopoikkileikkauksen hitaussäde kyseeseen tulevan akselin suhteen

• vääntönurjahdus:

missä G on liukukerroin

E on kimmokerroin

It on bruttopoikkileikkauksen vääntöneliömomentti

Iω on bruttopoikkileikkauksen käyristymisjäyhyys

Lcr.T on sauvan nurjahduspituus vääntönurjahduksessa

io on vääntökeskiön suhteen määritetty bruttopoikkileikkauksen

polaarinen hitaussäde

iy on bruttopoikkileikkauksen hitaussäde y-y-akselin suhteen

iz on bruttopoikkileikkauksen hitaussäde z-z-akselin suhteen

yo, zo on bruttopoikkileikkauksen vääntökeskiön etäisyys neutraaliakselista

• taivutusvääntönurjahdus kaksoissymmetrisillä tai pistesymmetrisillä profiileilla (ts. yo = zo = 0):

Taivutusvääntönurjahdusta ei tapahdu, koska poikkileikkauksen vääntökeskiö sijaitsee paino-pisteessä (ts. yo = zo = 0). Riittää että tarkastetaan tasonurjahdus erikseen kumpaankin suun-taan, sekä puhdas vääntönurjahdus.

Ncrπ2

EI

Lcr2

------------π2

EA

Lcr i⁄( )2-------------------- (2.38)= =

Ncr.T1

io2

---- GItπ2

EIω

Lcr.T2

---------------+ (2.39)=

io2 iy

2 iz2 yo

2 zo2 (2.40)+ + +=



112

• taivutusvääntönurjahdus y-y-akselin suhteen symmetrisillä profiileilla (ts. zo = 0):

• taivutusvääntönurjahdus z-z-akselin suhteen symmetrisillä profiileilla (ts. yo = 0):

Sauvan nurjahduspituus Lcr eri nurjahdusmuodoille ja -suunnille määritetään ottaen huo-mioon sauvan päiden kiinnitysaste kyseeseen tulevan nurjahdusmuodon ja -suunnan suhteen.Yleensä on kuitenkin varmalla puolella käyttää nurjahduspituutena ristikkorakenteissa sauvantodellista pituutta ja kehärakenteissa teoreettista nurjahduspituutta ilman liitosten jäykkyydenhuomioon ottamista. Nurjahduspituuden määritystä käsitellään tarkemmin luvussa 7.

Taulukko 2.12 Nurjahduskäyrien epätarkkuustekijä [3,4,5]

Nurjahduskäyrä ao a b c d

Epätarkkuustekijä α 0,13 0,21 0,34 0,49 0,76

Ncr.TF

Ncr.y

2βy----------- 1

Ncr.T

Ncr.y----------- 1

Ncr.T

Ncr.y-----------–⎝ ⎠

⎛ ⎞ 24

yo

io-----⎝ ⎠

⎛ ⎞2 Ncr.T

Ncr.y-----------⋅+–+ (2.41)=

βy 1yo

io-----

2 (2.42)–=

Ncr.TF

Ncr.z

2βz----------- 1

Ncr.T

Ncr.z----------- 1

Ncr.T

Ncr.z-----------–⎝ ⎠

⎛ ⎞ 24

zo

io----⎝ ⎠

⎛ ⎞2 Ncr.T

Ncr.z-----------⋅+–+ (2.43)=

βz 1zo

io----

2 (2.44)–=



113

Kuva 2.10 Nurjahduskäyrät [3,4,5]

Taulukko 2.13 Hitsatun profiilin nurjahduskäyrän valinta [3,4,5,23,24]

Rajat Nurjahdusakselin suhteen

Nurjahduskäyrä

S235-S420 S460 ja S500-S700

Hitsatut I-poikkileikkauksettf ≤ 40 mm

tf > 40 mm

y-yz-z

y-yz-z

bc

cd

bc

cd

Hitsatut kotelopoikkileikkaukset yleensä kaikki b b

paksut hitsit:

a > 0,5 t f

bf /t f < 30

h /tw < 30

a)

kaikki c c

a) Eurocoden ko. kohdan tulkinta: Hitsit luetaan paksuiksi, kun kaikki esitetyt ehdot toteutuvat.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3

a0abcd

Muunnettu hoikkuus λ

Pie

nenn

yste

kijä

χ

z

z

y y

z

z

t f t f

z

z

y y

bf

h

t f

tw



114

Esimerkki 2.4

Lasketaan kotelopilarin WB500-15-15×450/25 puristuskestävyys, kun pilarin pituus on12,0 m. Materiaalina käytetään terästä S355J2.

fy = 355 N/mm2

γM0 = 1,0 (taulukko 2.5) γM2 = 1,25 (taulukko 2.5)

Poikkileikkausluokitus, kun hitsien vaikutusta ei oteta huomioon (taulukko 2.9):

Laippa:

Uuma:

Poikkileikkaus kuuluu vähintään poikkileikkausluokkaan 3.

z

y

tw

bf

b

hh w

12 0

00

t f

FsdFEd

btf---

37015--------- 24 7 26 8 ,≤, poikkileikkausluokka 1⇒= =

hw

tw------

47015--------- 31 3 34 2 ,≤, poikkileikkausluokka 3⇒= =



115

Poikkileikkaussuureet:

Poikkileikkauksen lujuuteen perustuva kestävyys:

Sauvan taivutusnurjahduskestävyys:

⇒ kotelopoikkileikkauksen leveys ja korkeus suhteessa ainepaksuuksiin on riittävän suuri,että voidaan käyttää nurjahduskäyrää b kaikkiin suuntiin vaikka hitsien a -mittaa ei olemääritelty (taulukko 2.13)

Nurjahdus y-akselin suhteen:

Aw twhw 15 470⋅ 7050 mm2 (uuman pinta-ala)= = =

Af tf bf 15 450⋅ 6750 mm2 (laipan pinta-ala)= = =

A 2Af 2A+ w 2 6750 2 7050⋅+⋅ 27600 mm2 (kokonaispinta-ala)= = =

Iy2tw hw

3

12--------------

2bf tf3

12------------ 2Af

h2---

tf

2---–⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

+ +=

2 15 4703⋅ ⋅

12-----------------------------= 2 450 15

3⋅ ⋅12

------------------------------ 2 6750 5002

---------152------–⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2⋅ ⋅+ + 1054 10

6 mm

4⋅=

Iz2tf bf

3

12-------------

2hw tw3

12--------------- 2Aw

b2---

tw

2----+⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

+ +=

2 15 4503⋅ ⋅

12-----------------------------= 2 470 15

3⋅ ⋅12

------------------------------ 2 7050 3702

---------152------+⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2⋅ ⋅+ + 750 6, 10

6 mm

4⋅=

Nc.RdAfy

γ M0---------

27600 355⋅1 0,

---------------------------- 9798 kN= = =

bf

tf----

45015--------- 30 0 , h

tw----

50015--------- 33 3,= =,= =

Lcr.y 12000 mm (nurjahduspituus) , α 0 34,==

Ncr.yπ2

EIy

Lcr.y2

--------------π2

210000 1054 106⋅ ⋅ ⋅

120002

--------------------------------------------------------- 15170 kN= = =

λyA fy

Ncr.y-----------

27600 355⋅15170 10

3⋅---------------------------- 0 8037 0 2,>,= = =

Φy 0 5 1 α λy 0 2,–( ) λy2

+ +[ ]⋅, 0 5 1 0 34 0 8037, 0 2,–( )⋅, 0 80372,+ +[ ]⋅, 0 9256,= = =

χy1

Φy Φy2 λy

2–+

---------------------------------= 1

0 9256, 0 9256, 20 8037, 2–+

-------------------------------------------------------------------------- 0 7222 1 0,≤,= =

Nb.y.Rdχy A fy

γ M1-------------- 0 7222 27600 355⋅

1 0,----------------------------⋅, 7076 kN= = =



116

Nurjahdus z-akselin suhteen:

Sauvan nurjahduskestävyys on määräävin (pienin) eri suuntien nurjahduskestävyyksien ar-voista, tässä siis 6152 kN.

2.7 Taivutusmomentin kuormittaman profiilin kestävyys

Taivutusmomentin kuormittaman poikkileikkauksen mitoitusehto on [3,4,5]:

missä MEd on taivutusmomentin mitoitusarvo murtorajatilassa

Mc.Rd on poikkileikkauksen taivutuskestävyyden mitoitusarvo

Poikkileikkauksen taivutuskestävyyden mitoitusarvo Mc.Rd lasketaan eri poikkileikkausluokis-sa seuraavasti.

2.7.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2

Poikkileikkausluokissa 1 ja 2 poikkileikkaukseen voi kehittyä plastisuusteorian mukainen suo-rakaiteen muotoinen jännitysjakauma, jossa jännitys saavuttaa myötölujuuden mitoitusarvonfyd = fy /γM0 (kuva 2.11). Venymät jakautuvat kuitenkin poikkileikkauksen yli lineaarisesti kim-moteorian mukaan. Poikkileikkauksen taivutuskestävyyden Mc.Rd määrää poikkileikkauksenplastinen taivutuskestävyys Mpl.Rd [3,4,5]:

Lcr.z 12000 mm (nurjahduspituus) , α 0 34,==

Ncr.zπ2

EIz

Lcr.z2

-------------π2

210000 750 6, 106⋅ ⋅ ⋅

120002

------------------------------------------------------------ 10804 kN= = =

λ zA fy

Ncr.z-----------

27600 355⋅10804 10

3⋅---------------------------- 0 9523 0 2,>,= = =

Φz 0 5 1 α λ z 0 2,–( ) λ z2

+ +[ ]⋅, 0 5 1 0 34 0 9523, 0 2,–( )⋅, 0 95232,+ +[ ]⋅, 1 081,= = =

χz1

Φz Φz2 λ z

2–+

---------------------------------= 1

1 081, 1 081, 20 9523, 2–+

-------------------------------------------------------------------- 0 6279 1 0,≤,= =

Nb.z.Rdχz A fy

γ M1--------------

0 6279, 27600 355⋅ ⋅1 0,

--------------------------------------------------- 6152 kN= = =

MEd Mc.Rd (2.45)≤

Mc.Rd Mpl.Rd

Wpl fy

γ M0------------- (2.46)= =



117

missä Wpl on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen taivutusvastus



Jos poikkileikkauksen plastista taivutusvastusta ei tunneta, plastinen taivutuskestävyys voi-daan laskea seuraavasti, kun poikkileikkaukseen kohdistuu pelkkä taivutus (kuva 2.11):

missä Ai on poikkileikkauksen tarkasteltava pinta-alan osa

ri on tarkasteltavan pinta-alan osan voimaresultantin etäisyys koko

poikkileikkauksen plastisesta neutraaliakselista



Lauseke (2.47) pätee yleisessä tapauksessa, mutta EN 1993-1-1 edellyttää, että PL1:ssä (jol-loin myös voimasuureiden laskenta suoritetaan plastisuusteorian mukaan) poikkileikkauksentulee olla kaksoissymmetrinen, tai yhden akselin suhteen symmetrinen sen tason suhteen jos-sa plastinen kiertyminen tapahtuu.

Kuva 2.11 I-profiilin jännitysjakauma poikkileikkausluokissa 1 ja 2

Lausekkeesta (2.47) saadaan esimerkiksi kaksoissymmetrisen I-profiilin plastiselle taivutus-kestävyydelle seuraava kaava, kun poikkileikkaukseen kohdistuu pelkkä taivutus:

Mpl.Rd Fi ri⋅[ ]∑ fy γ M0⁄( ) ri Ai⋅ ⋅[ ] (2.47)∑= =

fy / γM0

fy / γM0

h w

αh

w

F1

F2

F3

F4

r 1

r 2

r 3

r 4

Puristusta

Vetoa

Plastinenneutraaliakseli

Mpl.Rd Af hw tf+( ) fy γ⁄ M0

Awhw fy γ⁄ M0⋅4

---------------------------------- (2.48)+⋅=



118

missä Af on laipan pinta-ala

tf on laipan paksuus

hw on uuman korkeus

Aw on uuman pinta-ala



Kaavaa (2.48) voidaan käyttää suoraan myös kaksoissymmetriselle koteloprofiilille, kun uumanpinta-alan Aw paikalle sijoitetaan koteloprofiilin uumien yhteenlaskettu pinta-ala.

Lauseketta (2.47) käytettäessä on tunnettava poikkileikkauksen plastisen neutraaliakselinpaikka. Jos poikkileikkaukseen kohdistuu pelkkää taivutusta, plastinen neutraaliakseli sijaitseekohdassa jossa poikkileikkauksen pinta-ala puolittuu (tällöin toteutuu poikkileikkauksen sisäi-nen puristetun osuuden ja vedetyn osuuden keskinäinen voimatasapaino). Jos poikkileikkauk-seen kohdistuu samalla myös normaalivoimaa, plastisen neutraaliakselin paikka voidaanmäärittää kun ensin on laskettu poikkileikkauksen puristetun pinta-alan osuus täysin plastisoi-tuneessa poikkileikkauksessa. Puristetun pinta-alan osuus Ac saadaan yleisessä tapaukses-sa poikkileikkauksen voimatasapainoehdosta Σ F = NEd seuraavasti ( NEd on poikkileikkauk-seen mahdollisesti kohdistuva normaalivoima):

missä Ac on poikkileikkauksen puristetun puolen pinta-ala

Aci on poikkileikkauksen puristetun puolen tarkasteltava pinta-alan osa

A on poikkileikkauksen bruttopinta-ala

NEd on mahdollinen poikkileikkaukseen kohdistuvan normaalivoiman

mitoitusarvo murtorajatilassa (puristus on positiivinen)



Suurilla normaalivoiman NEd arvoilla plastinen neutraaliakseli voi sijaita ääritilanteissa poikki-leikkauksen puristetun tai vedetyn laipan ‘sisällä’.

Plastisen neutraaliakselin paikkaa tarvitaan myös määritettäessä uuman puristetun osanosuutta poikkileikkauksen PL-luokan tarkastamisen yhteydessä (α -kerroin, taulukko 2.7).Poikkileikkauksen voimatasapainoehdosta Σ F = NEd tai suoraan lausekkeesta (2.49) saa-daan hitsatun I-profiilin uuman α -kertoimelle seuraava yksinkertaistettu lauseke, kun profiilinkaulahitsit jätetään huomioon ottamatta, eli kun uuman puristettu osuus yksinkertaistetaan las-kettavaksi kuvan 2.11 mukaisesti heti laipan sisäpinnasta alkaen:

Ac Aci∑ 0 5 ANEd

fy γ M0⁄----------------+ (2.49)⋅,= =



119

missä Aw on uuman pinta-ala

Aft on vedetyn laipan pinta-ala

Afc on puristetun laipan pinta-ala





Lauseke (2.50) pätee symmetriselle ja epäsymmetriselle I-profiilille, kun mahdollinen normaali-voima NEd pysyy lausekkeiden (2.51a) ja (2.51b) mukaisissa rajoissa, jolloin plastinen neut-raaliakseli sijaitsee profiilin uuman alueella (0 ≤ α ≤ 1).

Lausekkeita (2.50) - (2-51) voidaan käyttää suoraan myös koteloprofiilille, kun uuman pinta-alan Aw paikalle sijoitetaan koteloprofiilin uumien yhteenlaskettu pinta-ala.

Muille poikkileikkauksille α -kerroin on määritettävä yleisen lausekkeen (2.49) avulla.

2.7.2 Poikkileikkausluokka 3

Poikkileikkausluokassa 3 koko poikkileikkaus on tehollinen ja poikkileikkauksen jännitysja-kauma on kimmoteorian mukainen. Poikkileikkauksen taivutuskestävyys lasketaan koko poik-kileikkauksen yli lineaarisesti kimmoteorian mukaisesti jakautuneiden venymien perusteella,kuva 2.12. Puristusjännitykset eivät saa ylittää myötölujuuden mitoitusarvoa fyd = fy /γM0 . Josmyötääminen esiintyy ensin poikkileikkauksen vedetyssä reunassa, vedetyn alueen osittaistaplastisoitumista voidaan hyödyntää laskettaessa poikkileikkauksen kestävyyttä. Muussa tapa-uksessa poikkileikkauksen taivutuskestävyyden Mc.Rd määrää poikkileikkauksen kimmoinentaivutuskestävyys Mel.Rd [3,4,5]:

missä Wel on poikkileikkauksen kimmoteorian mukainen taivutusvastus



Wel lasketaan poikkileikkauksen reunassa vaikuttavan itseisarvoltaan suurimman kimmoteo-rian mukaisen jännityksen perusteella [3,4,5].

α 0 5Aw Aft Afc–+

Aw--------------------------------

NEd

Aw fy γ M0⁄-------------------------+ (2.50)⋅,=

NEd Aw Aft Afc–+[ ] fy γ M0⁄ (= max. veto) (2.51a)⋅≤

NEd Aw Aft– Afc+[ ] fy γ M0⁄ (= max. puristus) (2.51b)⋅≤

Mc.Rd Mel.Rd

Wel fy

γ M0------------- (2.52)= =



120

Poikkileikkauksen taivutusvastus voidaan laskea myös erikseen puristetulle reunalle ja vede-tylle reunalle seuraavilla kaavoilla:

missä Wel.c on poikkileikkauksen taivutusvastus puristetun puolen suhteen

Wel.t on poikkileikkauksen taivutusvastus vedetyn puolen suhteen

I on (brutto)poikkileikkauksen neliömomentti

ec on poikkileikkauksen neutraaliakselin ja puristetun laipan

ulomman reunan välinen etäisyys

et on poikkileikkauksen neutraaliakselin ja vedetyn laipan

ulomman reunan välinen etäisyys

Kuva 2.12 I-profiilin venymä- ja jännitysjakauma poikkileikkausluokassa 3

Kun poikkileikkaukseen vaikuttaa pelkkä taivutus, poikkileikkauksen neutraaliakseli sijaitseepainopisteessä, jonka paikka voidaan laskea seuraavasti:


zi on tarkasteltavan pinta-alan osan painopisteen z-koordinaatti

Wel.cIec---- (2.53)=

Wel.tIet---- (2.54)=

Wel min Wel.c Wel.t,[ ] (2.55)=

Puristusta

Vetoa

e ce t

Kimmoinenneutraaliakseli

σ2 (≤ fy / γM0)

σ1 (≤ fy / γM0)

ε

z0

Ai zi∑Ai∑

---------------- (2.56)=



121

Kun neutraaliakselin paikka tunnetaan, poikkileikkauksen neliömomentti voidaan laskea Stei-nerin säännöllä:


ri on tarkasteltavan pinta-alan osan painopisteen etäisyys koko

poikkileikkauksen neutraaliakselista

I0i on tarkasteltavan pinta-alan osan neliömomentti oman painopisteensä

suhteen (suorakaiteen muotoisella poikkileikkauksen osalla I0i = ab3/12 ,

missä a on suorakaiteen leveys ja b on suorakaiteen korkeus)

2.7.3 Poikkileikkausluokka 4

Kuten poikkileikkausluokassa 3, myös poikkileikkausluokassa 4 poikkileikkauksen jännityksetja venymät jakautuvat lineaarisesti kimmoteorian mukaisesti. Taivutuskestävyys rajoitetaan sii-hen arvoon, jolloin laipan uloin osa saavuttaa myötölujuuden mitoitusarvon fyd = fy /γM0 kuvan2.13 mukaisesti. Lommahtaminen täytyy ottaa huomioon poikkileikkauksen osien tehollisten le-veyksien avulla kohdassa 2.4 esitetyn mukaisesti. Poikkileikkauksen taivutuskestävyydenMc.Rd määrää tällöin poikkileikkauksen tehollinen taivutuskestävyys Meff.Rd [3,4,5]:

missä Weff on poikkileikkauksen tehollinen taivutusvastus



Poikkileikkaussuureet lasketaan kuten kohdassa 2.7.2 on esitetty poikkileikkausluokalle 3, mut-ta nyt pohjautuen teholliseen poikkileikkaukseen, jolloin tehottomat alueet jätetään huomioonottamatta ikään kuin ne olisivat poikkileikkauksessa olevia ‘reikiä’ (kuva 2.13):

missä Weff.c on tehollisen poikkileikkauksen taivutusvastus puristetun puolen suhteen

Weff.t on tehollisen poikkileikkauksen taivutusvastus vedetyn puolen suhteen

Ieff on tehollisen poikkileikkauksen neliömomentti

ec on tehollisen poikkileikkauksen puristetun laipan ulomman reunan ja

I I0i Airi2+[ ] (2.57)∑=

Mc.Rd Meff.Rd

Weff fy

γ M0-------------- (2.58)= =

Weff.c

Ieff

ec------- (2.59)=

Weff.t

Ieff

et------- (2.60)=

Weff min Weff.c Weff.t,[ ] (2.61)=



122

tehollisen poikkileikkauksen neutraaliakselin välinen etäisyys

et on tehollisen poikkileikkauksen vedetyn laipan ulomman reunan ja

tehollisen poikkileikkauksen neutraaliakselin välinen etäisyys

Kuva 2.13 I-profiilin jännitysjakauma poikkileikkausluokassa 4

Jos ainoastaan profiilin uuma kuuluu poikkileikkausluokkaan 4, ja sauvan jännevälin tarkastel-tavassa kohdassa profiili on varustettu jäykistein, jotka ko. kohdassa käytännössä samallamyös estävät normaalijännityksistä aiheutuvan uuman lommahtamisen (yleensä uuman pysty-jäykisteet tai sauvan päähän ympärihitsattu päätylevy), poikkileikkauksen taivutuskestävyydenriittävyys vaikuttavalle momentille MEd voidaan tarkastaa jäykisteiden kohdalla bruttopoikki-leikkauksen perusteella kuten poikkileikkausluokassa 3. Tällöin tulee kuitenkin lisäksi tarkastaateholliseen poikkileikkaukseen perustuva taivutuskestävyyden riittävyys kyseisten jäykisteidenvieressä kuvan 2.14 mukaisesti etäisyydellä 0,4a tai 0,5b vaikuttavalle momentille, jolloin käy-tetään pienempää ko. etäisyyksistä [12,13]. Tässä mitta a on levykentän pituus ja mitta b onlevykentän korkeus (kuva 2.14). Jos uuma on jaettu yhdellä tai useammalla pitkittäisjäykisteelläosakenttiin, b on korkeimman osakentän korkeus [31].

Tehollisen poikkileikkauksen neutraaliakseli

Bruttopoikkileikkauksen neutraaliakseli

Uuman tehoton alue

Laipan tehoton alue

e ce t

Vetoaσ2 (≤ fy / γM0)

σ1 (≤ fy / γM0)Puristusta



123

Kuva 2.14 Poikkileikkaukselle käytettävät taivutuskestävyydet jäykisteiden kohdalla ja vieressä, kun ainoastaan profiilin uuma kuuluu PL-luokkaan 4

Kun poikkileikkaukseen vaikuttaa pelkkä taivutus, tehollisen poikkileikkauksen neutraaliakselisijaitsee tehollisen (eli ‘reijällisen’) poikkileikkauksen painopisteessä. Taivutusmomentti aiheut-taa poikkileikkausluokassa 4 neutraaliakselin siirtymisen myös kaksoissymmetrisellä profiililla.Neutraaliakselin paikka voidaan laskea seuraavasti, kun poikkileikkaukseen vaikuttaa pelkkätaivutus (muussa tapauksessa neutraaliakselin paikka on määritettävä poikkileikkauksenvoimatasapainoehdosta Σ F = NEd ):

missä Ai on poikkileikkauksen tarkasteltava pinta-alan osa,

vain teholliset alueet otetaan huomioon

zi on tarkasteltavan pinta-alan osan painopisteen z-koordinaatti

Kun tehollisen poikkileikkauksen neutraaliakselin paikka tunnetaan, tehollinen neliömomenttivoidaan laskea Steinerin säännöllä:

missä Ai on poikkileikkauksen tarkasteltava pinta-alan osa,

vain teholliset alueet otetaan huomioon

ri on tarkasteltavan pinta-alan osan painopisteen etäisyys koko

tehollisen poikkileikkauksen neutraaliakselista

I0i on tarkasteltavan pinta-alan osan neliömomentti oman painopisteensä

suhteen, vain teholliset alueet otetaan huomioon

(suorakaiteen muotoisella poikkileikkauksen osalla I0i = ab3/12 ,

missä a on suorakaiteen leveys ja b on suorakaiteen korkeus)

a

min[0,4a ; 0,5b] min[0,4a ; 0,5b]

b Mel.Rd Mel.RdMeff.Rd

z0

Ai zi∑Ai∑

---------------- (2.62)=

Ieff I0i Airi2+[ ] (2.63)∑=



124

Poikkileikkausluokan 4 sauvoissa puristava normaalivoima aiheuttaa tehollisen poikkileikkauk-sen neutraaliakselin paikan siirtymisen, jos poikkileikkaus on epäsymmetrinen tai yhden akse-lin suhteen symmetrinen. Tästä aiheutuu lisämomentti, joka on otettava laskelmissa huomioon.Poikkileikkauksen painopisteessä vaikuttava puristava normaalivoima ei vaikuta kaksoissym-metrisen profiilin tehollisen poikkileikkauksen neutraaliakselin paikkaan.

Esimerkki 2.5

Lasketaan esimerkin 2.2 profiilin WI1000-6-16×300 taivutuskestävyys y-akselin suhteen.Profiili kuuluu poikkileikkausluokkaan 4 ja sen mitat on esitetty esimerkissä 2.2. Teräslajion S355J2H.

fy = 355 N/mm2

γM0 = 1,0 (taulukko 2.5)

Tehollisen neliömomentin arvoksi on laskettu esimerkissä2.2:

Teholliset taivutusvastukset lasketaan seuraavasti:

Taivutuskestävyys:

Taivutusvastuksen arvona käytetään pienempää edellä lasketuista arvoista:

My.Sd

z

yMy.Ed

Ieff.y 2691 106 mm

4⋅=

Weff.y.cIeff.y

ec----------

2691 106⋅

522 2,------------------------ 5153 10

3 mm

3⋅= = =

Weff.y.tIeff.y

et----------

2691 106⋅

477 8,------------------------ 5632 10

3 mm

3⋅= = =

Mc.y.Rd M= eff.y.Rd Weff.y.c

fy

γ M0--------- 5153 10

3 3551 0,---------⋅ ⋅ 1829 kNm= = =



125

2.7.4 Reikien vaikutus taivutuskestävyyteen

Vedetyssä laipassa olevia kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huomioon, jos laipan nettopoikki-leikkauksen murtumiskestävyyden mitoitusarvo on vähintään yhtäsuuri kuin laipan bruttopoik-kileikkauksen plastisuusteorian mukainen kestävyyden mitoitusarvo [3,4,5]:

missä Af.net on vedetyn laipan nettopinta-ala

fu on materiaalin nimellinen murtolujuus

γM2 on kestävyyden osavarmuusluku murtumisen suhteen (taulukko 2.5)

Af on vedetyn laipan bruttopinta-ala


γM0 on kestävyyden osavarmuusluku myötäämisen suhteen (taulukko 2.5)

Lauseke (2.64) voidaan esittää myös seuraavassa muodossa (vrt. ehto (2.22) ):

Ehto takaa ns. hallitun plastisoitumisen mitoitusperiaatteen mukaisen toiminnan, vrt. kohta2.6.1.

Jos ehto ei täyty, vedetyn laipan poikkipinta-alaa pienennetään laskelmissa niin paljon, että eh-to täyttyy. Vaihtoehtoisesti voidaan varmalla puolella olevana yksinkertaistuksena käyttää las-kelmissa nettopoikkileikkaukselle pienennettyä taivutuskestävyyttä seuraavasti:

missä Mc.Rd on poikkileikkauksen taivutuskestävyyden mitoitusarvo

bruttopoikkileikkaukselle

Uuman vedetyllä alueella olevia kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huomioon, jos vastaava ve-dettyä aluetta koskeva ehto (2.64) on voimassa koko vedetyllä alueella. Vedetty alue koostuuvedetystä laipasta ja uuman vedetystä osasta.

Puristetulla alueella olevia kiinnittimien reikiä, mikäli kiinnitin on reijässä, ei tarvitse ottaa huo-mioon elleivät reiät ole standardin EN 1090 mukaisia ylisuuria tai pidennettyjä reikiä [3,4,5,34].

0 9A, f.net fu

γ M2--------------------------

Af fy

γ M0---------- (2.64)≥

Af.net

Af-----------

10 9,---------

γ M2

γ M0---------

fy

fu---- (2.65)⋅ ⋅≥

Mnet.c.Rd knet Mc.Rd (2.66)⋅=

knet 0 9,γ M0

γ M2---------

fu

fy----

Af.net

Af----------- mutta knet 1 0 (2.67),≤⋅ ⋅ ⋅=



126


EN 1993-1-12 ei anna erikseen ohjetta vedetyn laipan reikien vaikutuksesta, joten sovelletaan nettoleikkauksen vetokestävyydelle kohdassa 2.6.1 lujuusluokkien S500-S700 te- räksille esitettyä ohjetta. Tällöin lausekkeissa (2.64) ja (2.65) kestävyyden osavarmuusluku γM2 korvataan osavarmuusluvulla γM12 , jonka arvo voidaan esittää kansallisessa liit- teessä. Eurocoden suositusarvo on taulukon 2.5 mukaisesti γM12 = γM2 = 1,25 [23,24].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-12 [25]: Käytetään arvoa:

Sijoittamalla lausekkeeseen (2.65) Suomen kansallisen liitteen mukainen osavarmuusluvun lauseke (2.68), saadaan lujuusluokilla S500-S700 reijällisen vedetyn laipan ehto (Suomessa) seuraavaan muotoon:

Nähdään, että S500-S700 teräksillä ei saada vaadittuja ehtoja toteutumaan ilman, että päädytään aina pienentämään vedetyn laipan pinta-alaa laskelmissa.

Lauseketta (2.68) käyttämällä kaava (2.67) saadaan Suomessa S500-S700 teräksille seuraavaan muotoon:

2.7.5 Taivutuskestävyys kahden akselin suhteen

2.7.5.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2

Kun leikkausvoimaa ja normaalivoimaa ei ole, mitoitusehto kahden akselin suhteen tapahtu-vassa taivutuksessa on poikkileikkausluokissa 1 ja 2 [3,4,5]:

missä α = 2,0 ( I-profiilit)

β = 1,0 ( I-profiilit)

EN 1993-1-1 ei anna α - ja β -tekijöiden arvoa erikseen kotelopoikkileikkauksille. Varmallapuolella oleva tulos saadaan käyttämällä sekä I- että kotelopoikkileikkauksille arvoja α = β =1,0 .

γ M12

fu

fy---- γ M0 (2.68)⋅=

Af.net

Af-----------

10 9,--------- (2.69)≥

knet 0 9,Af.net

Af----------- (2.70)⋅=

My.Ed

Mpl.y.Rd-----------------

α Mz.Ed

Mpl.z.Rd-----------------

β+ 1 0 (2.71),≤



127

2.7.5.2 Poikkileikkausluokka 3

Kun leikkausvoimaa ei ole, aksiaalinen jännitys σx.Ed ei saa ylittää myötölujuuden mitoitusar-voa poikkileikkauksen missään kohdassa [3,4,5]:

missä fy on materiaalin nimellinen myötölujuus


Kiinnittimien reijät otetaan tarvittaessa huomioon, ks. kohta 2.7.4.

Varmalla puolella olevana likimääräistyksenä voidaan käyttää hyväksikäyttöasteiden lineaaris-ta summaamista [3,4,5]:



missä fy on materiaalin nimellinen myötölujuus


Aksiaalinen jännitys σx.Ed määritetään poikkileikkausluokassa 4 tehollisen poikkileikkauksenperusteella. Kiinnittimien reijät otetaan tarvittaessa huomioon, ks. kohta 2.7.4.

σx.Ed

fy

γ M0--------- (2.72)≤

My.Ed

Mel.y.Rd-----------------

Mz.Ed

Mel.z.Rd-----------------+ 1 0 (2.73),≤

σx.Ed

fy

γ M0--------- (2.74)≤



128

2.7.6 Laipan taipumisesta johtuva lommahdus

Jos profiilin uuma on tarpeeksi hoikka, puristettu laippa voi lommahtaa uuman tasossa. Tämäjohtuu siitä, että hoikka uuma ei pysty tukemaan laippaa riittävästi. Pilareina käytettävien pro-fiilien uumat ovat yleensä tarpeeksi vahvoja estämään lommahduksen. Sen sijaan ohutuuma-palkin mitoituksessa ilmiöön on syytä kiinnittää huomiota. Lommahtamisen estämiseksi seu-raavan ehdon on toteuduttava [12,13]:

missä hw on uuman korkeus

tw on uuman paksuus

k on: 0,3 poikkileikkausluokan 1 laipoille

0,4 poikkileikkausluokan 2 laipoille

0,55 poikkileikkausluokkien 3 ja 4 laipoille


Afc on puristetun laipan tehollinen pinta-ala

E on kimmokerroin

fyf on puristetun laipan nimellinen myötölujuus

Jos kyseessä on kaareva kannatin, jossa puristettu laippa on koveralla puolella, uuman hoik-kuus hw / tw valitaan siten, että seuraava ehto täyttyy [12,13]:

missä r on puristetun laipan kaarevuussäde.

Lausekkeet (2.75) ja (2.76) on tarkoitettu kaksoissymmetriselle I-profiilille. Lausekkeita voidaansoveltaa myös kaksoissymmetriselle kotelopoikkileikkaukselle, jolloin kaavoihin sijoitetaan ko-teloprofiilin uumien yhteenlaskettu pinta-ala.

Lausekkeita (2.75) ja (2.76) voidaan käyttää myös hybridipalkeille.

hw

tw------ k E

fyf-----

Aw

Afc------- (2.75)≤

hw

tw------

k Efyf-----

Aw

Afc-------

1hw E

3 r fyf------------+

-------------------------- (2.76)≤



129

Kuva 2.15 Laipan taipumisesta aiheutuvan lommahduksen raja-arvokäyrät ehdon (2.75) mukaisesti ( fy = 355 N/mm2)

Esimerkki 2.6

Tarkastetaan, että edellisen esimerkin poikkileikkauksen laippa täyttää ehdon (2.75):

⇒ ehto toteutuu.

Tämä voidaan todeta myös käyrästöltä (kuva 2.15):

3,6

3,2

2,8

2,4

2

1,6

1,2

0,8

0,4

030 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

Aw

/Afc

hw/tw

PL1

PL2

PL3-4

fy = 355 N/mm2

Sallittu alue on käyrän yläpuolella.

Aw

/Afc

hw / tw

k 0 55 (poikkileikkausluokan 3 laippa ),=

Afc A= f 4800 mm2=

hw

tw------

9686

---------= 161 3 k Efyf-----

Aw

Afc------- 0 55 210000

355------------------

58084800------------⋅ ⋅, 357 9,= =<,=

Aw

Afc-------

58084800------------= 1 210,=

leikkauspiste hw

tw-------

Aw

Afc-------; on käyrän PL3-4 yläpuolella⇒



130

2.7.7 Hybridipalkin taivutuskestävyys

Hybridipalkissa laipat ovat lujempaa materiaalia kuin uuma. Hybridipalkin ominaisuudet ovatparhaimmillaan nimenomaan taivutettuna rakenneosana, jolloin laippojen korkeasta materiaa-lilujuudesta saadaan eniten hyötyä.

EN 1993-1-5 rajoittaa hybridipalkin laippojen materiaalilujuutta suhteessa uuman lujuuteenseuraavan lausekkeen mukaisesti [12,13]:

missä fyf on hybridipalkin laipan materiaalin nimellinen myötölujuus

fyw on hybridipalkin uuman materiaalin nimellinen myötölujuus

ϕh on laipan ja uuman lujuuksien suhdetta rajoittava tekijä

Laippojen lujuutta rajoittavan tekijän ϕh arvo voidaan esittää kansallisessa liitteessä. Euroco-den suositusarvo on ϕh = 2,0.

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-5 [14]: Käytetään Eurocoden suositusarvoa.

Jos siis uuman materiaaliksi valitaan lujuusluokan S235 teräs, voidaan laipoissa käyttää mak-simissaan lujuusluokan S460 terästä. Vastaavasti jos uuman lujuusluokaksi valitaan S355teräs, voidaan laipoissa hyödyntää Eurocoden korkeinta lujuusluokkaa S700.

Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaisesti poikkileikkausluokan ja tehollisen poikkileikkauksenmäärittäminen suoritetaan poikkileikkauksen puristettuina olevien osien korkeimman myötölu-juuden perusteella, eli puristetun laipan myötölujuutta käytetään tällöin myös uumalle [12,13].Eurocoden tekstissä kyseistä ohjetta ei ole kohdistettu nimenomaan puristettujen poik-kileikkauksen osien korkeimpaan myötölujuuteen, mutta tätä Eurocoden ohje tarkoittaa. Muiltaosin laskelmat perustuvat kunkin poikkileikkauksen osan omaan myötölujuuteen.


Venymät jakautuvat poikkileikkauksen yli lineaarisesti kimmoteorian mukaisesti kuten tavallisil-la palkeillakin. Täysin plastisoituneessa poikkileikkauksessa laipan jännitys on laipan myötölu-juuden mitoitusarvon suuruinen ja uuman jännitys on uuman myötölujuuden mitoitusarvonsuuruinen kuvan 2.16 mukaisesti.

fy f ϕh fyw (2.77)⋅≤



131

Poikkileikkauksen plastinen taivutuskestävyys lasketaan kohdassa 2.7.1 esitettyä lauseketta(2.47) vastaten hybridipalkilla seuraavasti, kun poikkileikkaukseen kohdistuu pelkkä taivutus(kuva 2.16):


ri on tarkasteltavan pinta-alan osan voimaresultantin etäisyys koko

poikkileikkauksen plastisesta neutraaliakselista

fyi on poikkileikkauksen tarkasteltavan osan materiaalin nimellinen

myötölujuus


Kuva 2.16 Kaksoissymmetrisen hybridipalkin jännitysjakauma poikkileikkausluokissa 1 ja 2

Lausekkeesta (2.78) saadaan kaksoissymmetrisen I-profiilin plastiselle taivutuskestävyydellehybridipalkilla seuraava kaava, kun poikkileikkaukseen kohdistuu pelkkä taivutus (vrt. lauseke(2.48)):

missä Af on laipan pinta-ala


hw on uuman korkeus


fyf on laipan materiaalin nimellinen myötölujuus

Mpl.Rd Fi ri⋅[ ]∑ fyi γ M0⁄( ) ri Ai⋅ ⋅[ ] (2.78)∑= =

Plastinenneutraaliakseli

h w

αh

w

tw

t ft f

F1

F1

F2

F2

r 1

r 2

fyfd fywd

fyfd = fyf / γM0

fywd = fyw / γM0

Mpl.Rd Af hw tf+( ) fyf γ⁄ M0

Awhw fyw γ⁄ M0⋅4

------------------------------------- (2.79)+⋅=



132

fyw on uuman materiaalin nimellinen myötölujuus


Kaavaa (2.79) voidaan käyttää suoraan myös kaksoissymmetriselle koteloprofiilille, kun uumanpinta-alan Aw paikalle sijoitetaan koteloprofiilin uumien yhteenlaskettu pinta-ala.

Plastisen neutraaliakselin paikan määrittämistä varten poikkileikkauksen puristetun osanosuus lasketaan poikkileikkauksen voimatasapainoehdosta Σ F = NEd hybridipalkilla yleises-sä muodossa seuraavasti (NEd on poikkileikkaukseen mahdollisesti kohdistuva normaali-voima) :

missä Aci on poikkileikkauksen puristetun puolen tarkasteltava pinta-alan osa

fyi on tarkasteltavan pinta-alan osan Aci materiaalin nimellinen myötölujuus

Atj on poikkileikkauksen vedetyn puolen tarkasteltava pinta-alan osa

fyj on tarkasteltavan pinta-alan osan Atj materiaalin nimellinen myötölujuus




Poikkileikkauksen voimatasapainoehdosta Σ F = NEd tai suoraan lausekkeesta (2.80) saa-daan hitsatun I-profiilin uuman α -kertoimelle seuraava yksinkertaistettu lauseke, kun profiilinkaulahitsit jätetään huomioon ottamatta, eli kun uuman puristettu osuus yksinkertaistetaan las-kettavaksi kuvan 2.16 mukaisesti heti laipan sisäpinnasta alkaen (vrt. lausekkeet (2.50) -(2.51) ):

missä Aw on uuman pinta-ala

Aft on vedetyn laipan pinta-ala

Afc on puristetun laipan pinta-ala

fyf on laipan materiaalin nimellinen myötölujuus

fyw on uuman materiaalin nimellinen myötölujuus


ϕh on laipan ja uuman myötölujuuksien suhde (ϕh = fyf / fyw )



Aci fyi γ M0⁄[ ]∑ Atj fyj γ M0⁄[ ]∑ N+ Ed (2.80)=

α 0 5Aw ϕh Aft ϕh Afc–+

Aw-----------------------------------------------

NEd

Aw fyw γ M0⁄----------------------------+ (2.81)⋅,=

NEd Aw fyw γ M0⁄ Aft fyf γ M0⁄ Afc fyf γ M0⁄–+[ ] (= max. veto) (2.82a)≤

NEd Aw fyw γ M0⁄ Aft fyf γ M0⁄– Afc fyf γ M0⁄+[ ] (= max. puristus) (2.82b)≤



133

Lauseke (2.81) pätee symmetriselle ja epäsymmetriselle I-profiilille, kun mahdollinen normaali-voima NEd pysyy lausekkeiden (2.82a) ja (2.82b) mukaisissa rajoissa, jolloin plastinen neut-raaliakseli sijaitsee profiilin uuman alueella (0 ≤ α ≤ 1).

Lausekkeita (2.81) - (2.82) voidaan käyttää suoraan myös koteloprofiilille, kun uuman pinta-alan Aw paikalle sijoitetaan koteloprofiilin uumien yhteenlaskettu pinta-ala.

Muille poikkileikkauksille α -kerroin on määritettävä yleisen lausekkeen (2.80) avulla.


Venymät jakautuvat poikkileikkauksen yli lineaarisesti kimmoteorian mukaisesti kuten tavallisil-la palkeillakin. Poikkileikkausluokan 3 profiilien taivutuskestävyys rajoitetaan siihen arvoon, jol-loin laipan uloin osa saavuttaa myötölujuuden mitoitusarvon fyfd = fyf /γM0 . Uuman jännityksetrajoitetaan uuman myötölujuuden mitoitusarvoon fywd = fyw /γM0 . Tällöin hybridipalkilla osauumasta on jo plastisoitunut kuvan 2.17 mukaisesti [35].

Kuva 2.17 Kaksoissymmetrisen hybridipalkin venymä- ja jännitysjakauma poikkileikkausluokassa 3

Neutraaliakselin paikka saadaan poikkileikkauksen voimatasapainoehdosta Σ F = NEd ja tai-vutuskestävyys Mel.Rd lasketaan summaamalla poikkileikkauksen yksittäisten osien sisäisetmomentit kuvassa 2.17 esitetyn jännitysjakauman mukaisesti samaan tapaan kuin poikkileik-kausluokissa 1 ja 2:

missä ri on tarkasteltavan pinta-alan osan voimaresultantin etäisyys koko

poikkileikkauksen neutraaliakselista (kuva 2.17, huomaa uuman

kimmoisan alueen kolmion muotoisen jännitysjakauman voimaresultantin

sijainti kyseisen kolmion painopisteessä)

Fi

ri

ε

neutraaliakseli

fyfd fywd

fyfd = fyf / γM0

fywd = fyw / γM0

Mel.Rd Fi ri⋅[ ] (2.83)∑=



134


Venymät jakautuvat poikkileikkauksen yli lineaarisesti kimmoteorian mukaisesti kuten tavallisil-la palkeillakin. Lommahtaminen täytyy ottaa huomioon poikkileikkausluokan 4 profiileilla tehol-lisen poikkileikkauksen avulla. Taivutusmomentin vaikuttaessa tämä aiheuttaa neutraaliakselinsiirtymisen myös kaksoissymmetrisillä profiileilla. Tehollinen poikkileikkaus määritetään poikki-leikkausluokan 4 hybridipalkilla poikkileikkauksen puristettuina olevien osien korkeimman myö-tölujuuden perusteella myös uumalle.

Poikkileikkausluokan 4 profiilien taivutuskestävyys rajoitetaan siihen arvoon, jolloin laipan uloinosa saavuttaa myötölujuuden mitoitusarvon fyfd = fyf /γM0 . Uuman jännitykset rajoitetaan uu-man myötölujuuden mitoitusarvoon fywd = fyw /γM0 . Vaikka kyseessä on poikkileikkausluokan4 profiili, osa hybridipalkin uumasta on tällöin jo plastisoitunut kuvan 2.18 mukaisesti [35].

Neutraaliakselin paikka saadaan poikkileikkauksen voimatasapainoehdosta Σ F = NEd ja tai-vutuskestävyys Meff.Rd lasketaan summaamalla poikkileikkauksen yksittäisten osien sisäisetmomentit kuvassa 2.18 esitetyn jännitysjakauman mukaisesti samaan tapaan kuin poikkileik-kausluokan 3 hybridipalkeilla (lauseke 2.83), mutta tehottomat alueet jätetään huomioon otta-matta.

Kuva 2.18 Kaksoissymmetrisen hybridipalkin venymä- ja jännitysjakauma poikkileikkausluokassa 4

ε

neutraaliakseli

Uuman tehoton alue

Laipan tehoton alue

fyfd fywd

fyfd = fyf / γM0

fywd = fyw / γM0

Fi

ri



135

Esimerkki 2.7

Lasketaan oheisen kuvan mukaisen hybridipalkin taivutuskestävyys. hw = 800 mm tw = 20 mm bf = 500 mm tf = 40 mm a = 8 mm (kaulahitsin a-mitta)

fyf = 460 N/mm2

fyw = 355 N/mm2


Poikkileikkausluokitus laipan myötö- lujuuden perusteella (taulukko 2.9):

Laippa:

Uuma:

Laipan ja uuman myötölujuuksien mitoitusarvot:

Plastinen taivutuskestävyys:

��

fyfd

fywd

420

20080

040

40500

20

ctf---

0 5 500 20–( )⋅, 2 8⋅–40

------------------------------------------------------------ 5 7 6 4 poikkileikkausluokka 1⇒,≤,= =

bw

tw------

800 2 2 8⋅ ⋅–20

------------------------------------- 38 9 51 5 ,≤, poikkileikkausluokka 1⇒= =

fyfdfyf

γ M0---------= 460

1 0,--------- 460 N/mm

2= =

fywdfyw

γ M0---------= 355

1 0,--------- 355 N/mm

2= =

Mpl.Rd Af hw tf+( ) fyfdAw hw fywd

4------------------------+=

500 40 800 40+( ) 460 800 20 800 355⋅ ⋅ ⋅4

----------------------------------------------+⋅ ⋅ ⋅= 8864 kNm=



136

Esimerkki 2.8

Lasketaan oheisen kuvan mukaisen hybridipalkin taivutuskestävyys. hw = 800 mm tw = 12 mm bf = 550 mm tf = 30 mm a = 5 mm (kaulahitsin a-mitta)

fyf = 460 N/mm2

fyw = 355 N/mm2


Poikkileikkausluokitus laipan myötölujuuden perusteella (taulukko 2.9):

Laippa:

Uuma:


Kimmoteorian mukainen taivutuskestävyys:

��

fyfd

fywd

365,

93 221,

23800

3030

550

12

415

331,

85

68,1

5

403,59 N/mm2 444,0 N/mm2

ctf---

0 5 550 12–( )⋅, 2 5⋅–30

------------------------------------------------------------ 8 7 10 0,≤ poikkileikkausluokka 3⇒,= =

bw

tw------

800 2 2 5⋅ ⋅–12

------------------------------------- 65 5 88 6 ,≤, poikkileikkausluokka 3⇒= =

fyfdfyf

γ M0---------= 460

1 0,--------- 460 N/mm

2= =

fywdfyw

γ M0---------= 355

1 0,--------- 355 N/mm

2= =

Mel.Rd

2 331⋅ 85 12 0 5, 355 221 23,⋅ ⋅ ⋅ ⋅, 2 68⋅ 15 12 355 365 93,⋅ ⋅ ⋅,+

2 550 30 444 0 415⋅,⋅ ⋅ ⋅+⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

6606 kNm==



137

Esimerkki 2.9

Lasketaan oheisen kuvan mukaisen hybridipalkin taivutuskestävyys.

hw = 1400 mm tw = 12 mm bf = 550 mm tf = 30 mm a = 5 mm (kaulahitsin a-mitta)

fyf = 460 N/mm2

fyw = 355 N/mm2


Poikkileikkausluokitus laipan myötölujuuden perusteella (taulukko 2.9):

Laippa:

Uuma:


Uuman tehollinen poikkileikkaus laipan myötölujuuden perusteella:

��

yyyyy

708,

52

292,

7470

0

3030

550

12

1400

195,

16

21,4

8

z

tehoton alue

4

5

3

2

1

222,

832

3,5

700

15,4

714,

6

ctf---

0 5 550 12–( )⋅, 2 5⋅–30

------------------------------------------------------------ 8 7 10 0,≤ poikkileikkausluokka 3⇒,= =

bw

tw------

1400 2 2 5⋅ ⋅–12

---------------------------------------- 115 5 88 6 ,>, poikkileikkausluokka 4⇒= =

fyfdfyf

γ M0---------= 460

1 0,--------- 460 N/mm

2= =

fywdfyw

γ M0---------= 355

1 0,--------- 355 N/mm

2= =

ψ 1 – , kσ 23 9,= =

λpbw tw⁄

28 4ε kσ,-------------------------

1386 12⁄28 4, 235 460⁄ 23 9,⋅ ⋅--------------------------------------------------------------- 1 164,= = =

λp 1 164 0 5 0 085 0 055ψ,–,+,>, 0 5 0 085 0 055 1–( )⋅,–,+, 0 8742,= = =

ρ λp 0 055 3 ψ+( ),–

λp2

---------------------------------------------1 164 0 055 2⋅,–,

1 164 2,------------------------------------------- 0 7779 1 0,≤,= = =



138

Uuman puristettu ja vedetty alue ovat yhtä suuria bruttopoikkileikkauksen perusteella:

Tehottoman alueen korkeus:

Neutraaliakselin paikan muutos:

Hybridipalkilla neutraaliakselin paikka tulisi määrittää poikkileikkauksen voimatasapai-noehdosta Σ F = 0 . Käytännössä tämä johtaisi kohtuuttoman pitkiin laskelmiin, joten yksin-kertaistetaan laskentaa olettamalla, että neutraaliakseli sijaitsee lähellä tehollisen poikki-leikkauksen painopistettä (tästä aiheutuva virhe on marginaalinen). Määritetään paino-pisteen paikka:


1

2

3

4

5

550,012,012,012,0

550,0

30,0700,0323,5222,8

30,0

16500,08400,03882,02673,6

16500,0

15,0380,0891,8

1318,71445,0

247500,03192000,03461967,63525676,3

23842500,0

3712500,01212960000,03087382705,7

464930936334452412500,0

1237500,03430000000,0

33855002,911059756,4

1237500,0

Σ 47955,6 34269643,9 43405777068,9 390389759,2

beff ρbw 2⁄ 0 7780, 13862

------------⋅ 539 2 mm,= = =

be1 0 4, b⋅ eff 0 4, 539 2,⋅ 215 7 mm,= = =

be2 0 6, b⋅ eff 0 6, 539 2,⋅ 323 5 mm,= = =

bnegbw

2------ be1– be2– 1386

2------------ 215 7 323 5,–,– 153 8 mm,= = =

��

579,

95

751,

48

736,

48

562,

07

526,

32

314,

22

418,18 N/mm2409,83 N/mm2

292,88 N/mm2

174,86 N/mm2

322,73 N/mm2

385,93 N/mm2

394,27 N/mm2

629,

24

678,

5255

3,14

579,

95

650,

72

721,

48

322,73 N/mm2

tehoton alue

708,

52

693,

52

745,

471

4,6

699,

673

0,4

550,

1

499,

7

345,

9

575,

2

629,

9

684,

653

7,5

575,

3

645,

4

715,

4

460,0 N/mm2

308,3 N/mm2

450,7 N/mm2

355,0 N/mm2

213,4 N/mm2

355,0 N/mm2

431,7 N/mm2

441,0 N/mm2

et z0ΣAizi

ΣAi-------------

34269643 9,47955 6,

------------------------------ 714 6 mm,= = = =



139

Neutraaliakseli laskee:

Voimien resultanteiksi saadaan:

vetopuolella:

puristuspuolella:

Veto- ja puristuspuolen voimien resultanttien ero on 0,4 %. Ero hyväksytään tässä esimer-kissä.

Koska osa poikkileikkauksesta on tehoton ja neutraaliakseli siirtyi, myös poikkileikkauksenjännitysjakauma muuttuu (ψ = -1 → -0,9565). Näin ollen tehollinen poikkileikkaus pitäisimäärittää iteratiivisesti uudelleen. Jännitysjakauman muutos ja sen vaikutus on kuitenkintässä niin vähäinen, että iterointia ei kannata suorittaa (vrt. esimerkki 2.2).

Tehollisen poikkileikkauksen taivutuskestävyys:

vetopuolen momenttisumma:

puristuspuolen momenttisumma:

730 714 6 15 4 mm,=,–

ΣFT 12 575 2 0 5, 355 12 684 6 575 2,–,( ) 355 550 30 431 7,⋅ ⋅+⋅ ⋅+⋅ ⋅,⋅[ ]=

8814 kN=

ΣFC

12 345 9 0 5, 213⋅ 4,⋅ 12 575 3 499 7,–,( ) 308 3,⋅ ⋅+,⋅ 12 575 3 499 7,–,( ) 0 5, 355 308 3,–( )⋅ ⋅ ⋅+

12 715 4 575– 3,,( ) 355 550 30 450 7,⋅ ⋅+⋅ ⋅+⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

=

8777 kN=

M∑ T

12 575 2 0 5, 355 23--- 575 2,⋅ ⋅ ⋅ ⋅,⋅

12 684 6 575 2,–,( ) 355 629 9,⋅ ⋅ ⋅+

550 30 431 7 699 6,⋅,⋅ ⋅+⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

=

5747 kNm=

M∑ C

+ 12 345 9 0 5, 213⋅ 4 23--- 345 9,⋅ ⋅,⋅,⋅

12 575 3 499 7,–,( ) 308 3 537 5,⋅,⋅ ⋅+

12 575 3 499 7,–,( ) 0 5, 355 308 3,–( ) 550 1,⋅⋅ ⋅ ⋅+

12 715 4, 575 3,–( ) 355 645 4,⋅ ⋅ ⋅+

550 30 450 7 730 4,⋅,⋅ ⋅+⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

=

6081 kNm=



140

koko tehollisen poikkileikkauksen taivutuskestävyys:

Jos myös uuman myötöraja olisi 460 N/mm2, taivutuskestävyydeksi saataisiin:

Hybridipalkin ja ‘tasalujan’ palkin taivutuskestävyyksien välinen ero on tässä esimerkissä0,7 %. Eli vaihtamalla tasalujan S460 palkin uumaan halvempi S355 teräs taivutuskestä-vyys pienenee vain kyseisen 0,7 %.

2.7.8 Kiepahduskestävyys

Taivutettaessa sauvaa vahvemman akselin suhteen puristettu laippa saattaa menettää stabii-liutensa nurjahtamalla sivusuuntaan, jolloin sauva samalla kiertyy pituusakselinsa ympäri (ku-va 2.19). Ilmiötä kutsutaan kiepahdukseksi (lateral torsional buckling).

Hoikat ja korkeat I-profiilit ovat kiepahdusalttiita. Koteloprofiililla kiepahdus ei yleensä määrää nii-den taivutuskestävyyttä profiilin suuren vääntöjäykkyyden ansiosta. Kiepahdukseen vaikuttavatsauvan pituus, kuormitus, profiilin poikkileikkausarvot, sauvan tuenta ja materiaaliominaisuudet.Mitä suurempi suhde Iy /Iz on, sitä helpommin palkki kiepahtaa. Heikomman akselin suhteen tai-vutettu sauva ei kiepahda. Kuormituksista määräävimmän tapauksen antaa vakiomomentti.

Sauvat, joiden puristettu laippa on riittävästi tuettu sivusuunnassa, eivät ole alttiita kiepahduk-selle. Tällöin kiepahduskestävyyden laskeminen voidaan korvata sivusuuntaisen tuennan riittä-vyyden tarkastamisella. Asiaa käsitellään kohdassa 2.7.9.

Kuva 2.19 I-profiilin kiepahdus, kun puristettua laippaa ei ole tuettu, ja poikkileikkauksen muodon vaikutus

Meff.Rd MT MC∑+∑ 5747 6081+ 11828 kNm= = =

Ieff ΣIi ΣAizi2

z02ΣAi–+ 390389759 2 43405777068 9 714 6

247955 6,⋅,–,+,= =

19307 106 mm

4⋅=

Meff.Rd fyd

Ieff

ec-------⋅ 460 19307 10

6⋅745 4,

---------------------------⋅ 11915 kNm= = =

y1

y2y3

Iy1

Iz1

z1 z2 z3

Iy2

Iz2

Iy3

Iz3> >



141

Seuraavassa esitetyt ohjeet soveltuvat sauvoille, joiden poikkileikkaus on vakio. Muuttuvapoik-kileikkauksisen sauvan stabiiliutta käsitellään Eurocoden osassa EN 1993-1-1: kohta 6.3.4.

Taivutetun sauvan mitoitusehto kiepahdukselle on [3,4,5]:


Mb.Rd on kiepahduskestävyyden mitoitusarvo

Eurocoden osa EN 1993-1-1 antaa kaksi eri menetelmää kiepahduskestävyyden laskemiseksi.Tässä esitetään niistä ns. yleinen tapaus (ks. EN 1993-1-1: 6.3.2.2), joka antaa enemmän var-malla puolella olevia tuloksia ja soveltuu myös uumaltaan tai laipoiltaan hoikille profiileille [36]:

Kiepahduskestävyyttä ei tarvitse määrittää (eli kiepahdus ei alenna taivutuskestävyyttä), jossauvan muunnettu hoikkuus kiepahdukselle on ≤ 0,2 tai jos MEd / Mcr ≤ 0,04 [3,4,5].Muunnetun hoikkuuden ja kimmoteorian mukaisen kriittisen kiepahdusmomentin Mcrlaskeminen esitetään jäljempänä.

Kiepahduskestävyyden mitoitusarvo Mb.Rd lasketaan vahvemman akselin suhteen taivutetullesivusuunnassa tukemattomalle sauvalle seuraavasti [3,4,5]:

missä Wy = Wpl.y poikkileikkausluokissa 1 ja 2

Wy = Wel.y poikkileikkausluokassa 3

Wy = Weff.y poikkileikkausluokassa 4

χLT on kiepahduskestävyyden pienennystekijä



Taivutusvastusta laskettaessa sauvan päissä olevia kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huo-mioon [3,4,5].

MEd Mb.Rd (2.84)≤

λLTλLT

Mb.Rd Wy

χLT fy

γ M1------------- (2.85)=



142

Kiepahduskestävyyden pienennystekijä χLT lasketaan seuraavasti, vrt. nurjahduskestävyydenlaskenta kohdassa 2.6.3 [3,4,5]:

missä αLT on sovellettavan kiepahduskäyrän mukainen

epätarkkuustekijä (taulukko 2.14)

on sauvan muunnettu hoikkuus kiepahdukselle

Kiepahduskäyrä ja sitä vastaava epätarkkuustekijä αLT voidaan valita kansallisessa liitteessä.Taulukoissa 2.14 ja 2.15 on esitetty Eurocoden suositukset hitsatuille profiileille [3,4,5].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-1 [6]: Noudatetaan Eurocodessa esitettyjä taulukoiden 2.14 ja 2.15 mukaisia suosituksia.

Teräksen lujuusluokka (S235-S700) ei siis vaikuta kiepahduskäyrän valintaan.

Lausekkeissa (2.86) - (2.87) tarvittava sauvan muunnettu hoikkuus lasketaan seuraavasti[3,4,5]:

missä Wy on poikkileikkausluokan mukainen taivutusvastus (ks. lauseke 2.85)


Mcr on kimmoteorian mukainen kriittinen kiepahdusmomentti

Taulukko 2.14 Kiepahduskäyrien epätarkkuustekijä [3,4,5]

Taulukko 2.15 Hitsatun profiilin kiepahduskäyrän valinta [3,4,5]

Kiepahduskäyrä a b c d

Epätarkkuustekijä αLT 0,21 0,34 0,49 0,76

Poikkileikkaus Rajat Kiepahduskäyrä

Hitsatut I -profiilit h / bf ≤ 2h / bf > 2

cd

Muut hitsatut profiilit − d

χLT 1 0 kun λLT 0 2 (2.86a),≤,=

χLT1

ΦLT ΦLT2 λ

2LT–+

----------------------------------------------- 1 0 kun λLT 0 2 (2.86b),>,≤=

ΦLT 0 5 1 αLT λLT 0 2,–( ) λ2LT+ +[ ] (2.87)⋅,=

λLT

λLT

λLTWy fy

Mcr------------ (2.88)=



143

Kimmoteorian mukainen kriittinen kiepahdusmomentti Mcr lasketaan heikomman pääjäy-hyysakselin suhteen symmetriselle profiilille seuraavasti, kun sauvaan ei kohdistu primääristäeikä sekundääristä vääntömomenttia. Poikkileikkauksen ominaisuudet määritetään kaikillapoikkileikkausluokilla bruttopoikkileikkauksen mukaan [3,4,5,37]:

missä C1 , C2 ja C3 ovat vakioita, jotka riippuvat kuormituksesta (taulukko 2.17)

Iz on neliömomentti heikomman akselin suhteen

It on vääntöneliömomentti

Iω on käyristymisjäyhyys

E on kimmokerroin

G on liukukerroin

L on sauvan pituus sivusuunnassa tuettujen pisteiden välillä

(kiepahdustukien väli)

k ja kω ovat teholliseen pituuteen liittyviä tekijöitä (taulukko 2.16)

zg = za - zs

za on kuorman vaikutuspisteen koordinaatti (kuva 2.20)

zs on vääntökeskiön (eli leikkauskeskiön) koordinaatti

Kaavassa (2.89) oletetaan, että sauvan kumpikin pää on tuettu siten, että sivusiirtymä ja kier-tymä pituusakselin suhteen on estetty (ns. haarukkatuenta). Muihin tuentaehtoihin ja kuormi-tukseen (taivutusmomenttipinnan muotoon) liittyvät vaikutukset otetaan kaavassa (2.89)huomioon siinä esiintyvien eri parametrien avulla (ks. taulukot 2.16 ja 2.17).

Kuva 2.20 Heikomman akselin suhteen symmetrisen profiilin merkinnät

Mcr C1

π2EIz

kL( )2-------------

kkω-----⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2 Iω

Iz-----⋅

kL( )2GIt

π2EIz

---------------------- C2 zg C3 zj–( )2+ + C2 zg C3 zj–( )– (2.89)=

zj zs

0 5, y2

z2+( ) z Ad∫

Iy------------------------------------------- (2.90)–=

z a

z

z s

z g

vääntökeskiö

painopiste

y

h f

F



144

Kuormituksen etäisyys vääntökeskiöstä on positiivinen niille kuormille, jotka vaikuttavat vään-tökeskiötä kohti. Esimerkiksi ylälaipalla vaikuttavalle alaspäin suuntautuvalle kuormitukselle zgon positiivinen. Jos samansuuntainen kuormitus vaikuttaa alalaipalla, zg on negatiivinen.

Heikomman akselin suhteen symmetriselle poikkileikkaukselle zj voidaan laskea likimääräi-sesti seuraavassa esitettävällä tavalla. Käyristymisjäyhyys lasketaan kaavasta [37]:

missä Ifc on puristetun laipan neliömomentti heikomman pääjäyhyysakselin suhteen

Ift on vedetyn laipan neliömomentti heikomman pääjäyhyysakselin suhteen

hf on laippojen painopisteiden välinen etäisyys (kuva 2.20)

Kaksoissymmetriselle profiilille zj = 0. Lisäksi kaksoissymmetriselle profiilille käyristymisjäy-hyyden kaava voidaan esittää seuraavassa muodossa:

Poikkileikkauksen vääntöneliömomentti saadaan I-poikkileikkaukselle kaavasta [11]:

missä bi on tarkasteltavan levyosan leveys

ti on tarkasteltavan levyosan paksuus

Iω βf 1 βf–( ) Iz hf2 (2.91)=

βf Ifc Ifc Ift+( )⁄ (2.92)=

zj 1 0 2βf 1–( )hf

2---- kun βf 0 5 (2.93a),≤⋅,=

zj 0 8 2βf 1–( )hf

2---- kun βf 0 5 (2.93b),>⋅,=

Iω 0 25hf2Iz (2.94),=

It13--- biti

3 (2.95)

i 1=

3

∑=



145

Taulukko 2.16 Tehollisen pituuden kertoimet eri tuentatapauksille [37,38]

Taulukossa 2.16 tekijä k liittyy sauvan pään kiertymiseen xy-tasossa ja tekijä kω sauvan päänkäyristymiseen.

Taulukko 2.17 Tekijöiden C1, C2 ja C3 arvot, jotka vastaavat tehollisen pituuden kerrointa k [37]

Tuentatapaukset sauvan päissä pystyakselin ympäri tapahtuvan kiertymän suhteen

Poikkipinnan käyristy-minen estetty sauvan molemmissa päissä

Poikkipinta voi käyris-tyä sauvan molemmis-sa päissä

Poikkipinnan käyristy-minen estetty sauvan toisessa päässä, toinen pää voi käyristyä

Kiertymä estetty sauvan molemmissa päissä

k = 0,5kω = 0,5

k = 0,5kω = 1,0

k = 0,5kω = 0,7

Kiertymä vapaa sauvan molemmissa päissä

k = 1,0kω = 0,5

k = 1,0kω = 1,0

k = 1,0kω = 0,7

Kiertymä estetty sauvan toisessa päässä, toinen pää voi kiertyä vapaasti

k = 0,7kω = 0,5

k = 0,7kω = 1,0

k = 0,7kω = 0,7

Kuormitus ja tukiehdot Taivutusmomenttipinnan muoto k Tekijöiden arvotC1 C2 C3

1,0 1,132 0,459 0,5250,5 0,972 0,304 0,980

1,0 1,285 1,562 0,7530,5 0,712 0,652 1,070

1,0 1,365 0,553 1,7300,5 1,070 0,432 3,050

1,0 1,565 1,267 2,6400,5 0,938 0,715 4,800

1,0 1,046 0,430 1,1200,5 1,010 0,410 1,890

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

L

L/4 L/4 L/4 L/4



146

2.7.9 Kiepahduksen estäminen sauvan sivusuuntaisella tuennalla

2.7.9.1 Tuentaväli heikomman akselin suhteen symmetrisellä I-profiililla

Puristetusta laipasta pistemäisesti sivusuunnassa tuettuja sauvoja ei tarvitse tarkastaa kiepah-duskestävyyden suhteen, jos sivuttaistukien välin Lc perusteella laskettu ekvivalentin puriste-tun laipan muunnettu hoikkuus täyttää seuraavan ehdon [3,4,5]:

missä My.Ed on suurin taivutusmomentin mitoitusarvo sivuttaistukien välillä

Wy on PL-luokan mukainen poikkileikkauksen taivutusvastus

puristetun laipan suhteen



kc on sivuttaistukien välisen momenttipinnan muodon huomioon ottava

hoikkuuden korjaustekijä (taulukko 2.18)

if.z on ekvivalentin puristetun laipan hitaussäde poikkileikkauksen heikomman

akselin suhteen. Ekvivalentti puristettu laippa muodostuu puristetusta

laipasta ja 1/3 -osasta uuman puristetusta alueesta (kuva 2.21)

on em. ekvivalentin puristetun laipan muunnetun hoikkuuden raja-arvo

Muunnetun hoikkuuden raja-arvo voidaan esittää kansallisessa liitteessä. Eurocoden suo-situsarvo on , joka kohdassa 2.7.8 esitettyä yleistä tapausta käytettäessäjohtaa lukuarvoon = 0,3 [3,4,5].


Käytetään Eurocoden suositusarvoa .

λ f

λ fkc Lc

if.z λ1

------------ λc0Mc.Rd

My.Ed------------- (2.96)≤=

Mc.Rd Wy

fy

γ M1---------=

λc0

λ1 π Efy---=

λc0

λc0 λLT.0 0 1,+=λc0

λc0 λLT.0 0 1,+=



147

Kuva 2.21 Ekvivalentti puristettu laippa kiepahdukselle

Ekvivalentin puristetun laipan hitaussäteen if.z arvo lasketaan poikkileikkausluokassa 4 kaa-vasta [3,4,5]:

missä Ieff.f on poikkileikkauksen heikomman akselin suhteen laskettu puristetun

laipan tehollinen neliömomentti

Aeff.f on puristetun laipan tehollinen pinta-ala

Aeff.w.c on puristetun uuman tehollinen pinta-ala

hwc

hwt

1/3 hwc

Puristusta

Vetoa

if.z

Ieff.f

Aeff.f13---Aeff.w.c+

------------------------------------- (2.97)=



148

Taulukko 2.18 Korjaustekijä kc [3,4,5]

2.7.9.2 Sivusuuntainen tuenta, kun rakenne sisältää plastisia niveliä

Rakenteen kokonaisanalyysi voidaan suorittaa plastisuusteoriaan perustuen edellyttäen, ettäkehän osien kiepahdus estetään seuraavilla tavoilla [3,4,5]:

• sijoitetaan sivuttaistuet ‘kiertyneisiin’ plastisiin niveliin, ja

• todennetaan että em. sivuttaistukien ja muiden sivuttaistukien välinen etäisyys on enintään stabiilin pituuden Lm mittainen. Stabiilin pituuden Lm määrittäminen esitetään jäljempänä.

Jos voidaan osoittaa, että millään murtorajatilan kuormayhdistelyllä plastinen nivel ‘ei kierry’,sivuttaistukia ei tarvita kyseisessä nivelessä [3,4,5].

Muussa tapauksessa sauvat tuetaan plastisen nivelen kohdalla seuraavasti [3,4,5]:

• sauvat, joihin kohdistuu joko momentti tai momentti ja aksiaalinen voima, tuetaan sivusuunnassa molemmista laipoista. Tämä voidaan toteuttaa tukemalla yksi laippa sivusuunnassa ja käyttämällä vääntötukea, joka estää vedetyn ja puristetun laipan välisen sivusuuntaisen siirtymisen, kuva 2.22

Momenttipinnan muoto kc

ψ = 1

-1 ≤ ψ ≤ 1

1 0,

11 33 0 33 ψ,–,---------------------------------

0 94,

0 90,

0 91,

0 86,

0 77,

0 82,



149

• sauvat, joihin kohdistuu joko vain momentti tai momentti ja aksiaalinen veto, ja kun puristuslaippa tukeutuu laattaan, voidaan tukea käyttäen laattaa puristetun laipan sivuttais- ja vääntötukena (esim. kiinnittämällä puristettu laippa laattaan, kuva 2.23). Poikkileikkausten, jotka kuuluvat PL-luokkaan 1 mutta ovat hoikempia kuin valssatut I- ja H-profiilit, muodon vääristyminen estetään plastisen nivelen kohdalla (esim. käyttämällä uumajäykisteitä, jotka kiinnitetään myös puristettuun laippaan siten, että saadaan aikaan jäykkä liitos puristetun laipan ja laatan välille).

Kuva 2.22 Jäykkä vääntötuki [3,4,5]

Kuva 2.23 Laatan hyödyntäminen sivuttais- ja vääntötukena [3,4,5]

Jos sivuttaistukea ei ole käytännöllistä sijoittaa juuri plastisen nivelen kohdalle, sen saa sijoittaaenintään etäisyydelle h /2 plastisesta nivelestä sauvan akselin suunnassa mitattuna, missä hon sauvan kokonaiskorkeus plastisen nivelen kohdalla [3,4,5].

Sivusuuntaisen tuennan tarkempi suunnittelu on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-1.

Sivuttaistukien välinen stabiili pituus Lm lasketaan kaksoissymmetriselle PL-luokkaan 1 kuu-luvalle I-profiilille seuraavasti [3,4,5]:

Puristettu laippa

Lm

38iz

157 4,------------

NEd

A---------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 1

756C12

---------------Wpl.y

2

AIt------------

fy

235---------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

+

--------------------------------------------------------------------------------------------- (2.98)=

C11

kc2

----- (2.99)=



150

missä iz on poikkileikkauksen hitaussäde heikomman akselin suhteen

NEd on sauvan puristusvoiman mitoitusarvo [N]

A on sauvan poikkipinta-ala [mm2]

kc on sauvan momenttipinnan muodosta riippuva tekijä (taulukko 2.18)

Wpl.y on sauvan plastinen taivutusvastus vahvemman akselin suhteen


fy on materiaalin nimellinen myötölujuus [N/mm2]

Lausekkeessa (2.98) on korjattu Eurocoden osan EN 1993-1-1:2005 suomenkielisessä kään-nöksessä [3] kyseisessä kaavassa oleva painovirhe.

Lausekkeesta (2.99) saatava parametri C1 on sama tekijä, joka esiintyy jo kriittisen kiepahdus-momentin kaavassa (2.89) ja vastaa taulukossa 2.17 esitettyjä arvoja reunaehdolla k = 1,0 (elikiertymä estetty pystyakselin ympäri sauvan molemmissa päissä). Taulukosta 2.17 saataviatekijän C1 arvoja eri kuormitustilanteille ja reunaehdoille voi siis myös käyttää lausekkeessa(2.98). Erot tekijän C1 lukuarvoissa johtuvat eroista kyseisen tekijän laskentatavoissa.

Esimerkki 2.10

Lasketaan esimerkin 2.5 poikkileikkauksen WI1000-6-16×300 kiepahduskestävyys, kunpalkin jänneväli on 10,0 m. Palkki on vapaasti tuettu molemmista päistä haarukkatuennal-la ja kuormituksena on tasainen kuorma ylälaipalla. Teräslaji on S355J2. Poikkileikkauskuuluu PL-luokkaan 4.

fy = 355 N/mm2


Kiepahdusmomentin ja kiepahduskestä-vyyden laskemiseksi tarvitaan aiemminlaskettujen poikkileikkaussuureiden li-säksi käyristymisjäyhyys, vääntöneliö-momentti sekä z-akselin suhteen laskettuneliömomentti.

Neliömomentti z-akselin suhteen:

Käyristymisjäyhyys:

laippojen keskilinjan väli on hf = h - tf = 1000 - 16 = 984 mm

10 000

gk + qk

Iz 2tf bf

3

12-----------⋅

h 2tf–( ) tw3

12-------------------------- 2 16 300

3⋅12

---------------------⋅ 1000 2 16⋅–( ) 63⋅

12---------------------------------------------- 7202 10

4 mm

4⋅=+=+=

Iω 0 25hf2Iz, 0 25 984

27202 10

4⋅ ⋅⋅, 17433 109 mm

6⋅= = =



151

Vääntöneliömomentti:

Kiepahdustukien välinen etäisyys on 10,0 m. Koska kuormitus vaikuttaa ylälaipalla, zg =500 mm. Sauvan päiden kiertymää ja poikkileikkauksen käyristymistä ei ole estetty, joten k= kω = 1,0 (taulukko 2.16). Tasaisen kuormituksen kertoimet C1 = 1,132 ja C2 = 0,459saadaan taulukosta 2.17. Kyseessä on kaksoissymmetrinen profiili, joten zj = 0.

Kiepahdusmomentti:

Kiepahduskestävyys:

It13--- 2bf tf

3h 2tf–( )tw

3+[ ] 13--- 2 300 16

3⋅ ⋅ 1000 2 16⋅–( ) 63⋅+[ ] 888 9,== 10

3 mm

4⋅=

Mcr C1

π2EIz

kL( )2-------------

kkω-----⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2 Iω

Iz-----⋅

kL( )2GIt

π2EIz

---------------------- C2 zg C3 zj–( )2+ + C2 zg C3 zj–( )–=

1 132, π2210000 7202 10

4⋅ ⋅ ⋅10000

2--------------------------------------------------------- ⋅ ⋅=

17433 109⋅

7202 104⋅

-------------------------10000

281000 888 9, 10

3⋅ ⋅ ⋅π2

210000 7202 104⋅ ⋅ ⋅

--------------------------------------------------------------- 0 459, 500 0–⋅( )2+ + 0 459, 500 0–⋅( )–

Mcr 601 8 kNm,=

λLTWeff.y fy

Mcr--------------------

5153 103

355⋅ ⋅601 8, 10

6⋅----------------------------------- 1 743 0 2 kiepahduskestävyys pitää laskea⇒,>,= = =

h b⁄ 1000 300⁄ 3 3 2 kiepahduskäyrä d (taulukko 2.15)⇒>,= =

αLT 0 76,=

ΦLT 0 5 1 αLT λLT 0 2,–( ) λ2LT+ +[ ]⋅, 0 5, 1 0 76, 1 743 0 2,–,( ) 1 743

2,+⋅+[ ]⋅ 2 605,= = =

χLT1

ΦLT ΦLT2 λ

2LT–+

-----------------------------------------------1

2 605 2 6052

1 7432,–,+,

------------------------------------------------------------------ 0 2202 1 0,≤,= = =

Mb.Rd Wy

χLT fy

γ M1------------- Weff.y

χLT fy

γ M1------------- 5153 10

3 0 2202, 355⋅1 0,

-------------------------------⋅ ⋅ 402 8 kNm,= = = =


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

152

2.8 Leikkausvoiman kuormittaman profiilin kestävyys

2.8.1 Leikkauskestävyys

Tässä esitetyt ohjeet on tarkoitettu palkkirakenteiden leikkauskestävyyden määrittämiseen.Leikkauskestävyys liittyen palkki-pilariliitoksiin tai ristikkoliitoksiin; ks. Eurocoden osa EN 1993-1-8.

Leikkauskestävyyden arvo riippuu siitä, lasketaanko se plastisuusteorian vai kimmoteorian mu-kaan. Plastisuusteorian mukaisessa tarkastelussa kimmoteorian mukainen leikkausjännityk-sen paikallinen maksimi ei rajoita kestävyyttä, vaan poikkileikkaus voi ottaa vastaan lisääkuormaa kunnes koko leikkausta kantavan pinta-alan keskimääräinen leikkausjännitys on saa-vuttanut leikkauslujuuden mitoitusarvon. Eurocoden osa EN 1993-1-1 sallii leikkauskestävyy-den määrittämisen plastisuusteorian mukaan kaikissa poikkileikkausluokissa (leikkauslom-mahduskestävyys tarkastetaan erikseen, ks. kohta 2.8.2).

Leikkauskestävyyden

V

c.Rd

mitoitusehto voidaan tällöin esittää muodossa [3,4,5]:

missä

V

Ed

on leikkausvoiman mitoitusarvo murtorajatilassa

V

pl.Rd

on plastinen leikkauskestävyys

Kun vääntöä ei ole, plastisuusteorian mukainen leikkauskestävyys

V

pl.Rd

lasketaan kaavasta[3,4,5]:

missä

A

V

on leikkauspinta-ala

f

y

on materiaalin nimellinen myötölujuus

γ

M0

on kestävyyden osavarmuusluku (taulukko 2.5)

Leikkauspinta-ala voidaan laskea hitsaamalla valmistetuille I- ja kotelopoikkileikkauksille seu-raavasti [3,4,5]:

missä

A

on sauvan poikkileikkauksen pinta-ala

η

on muokkauslujittumisen huomioon ottava tekijä taulukon 2.19 mukaisesti

h

w

on uuman korkeus

t

w

on uuman paksuus

VEd Vpl.Rd (2.100)≤

Vpl.Rd AV

fy 3⁄γ M0

--------------- (2.101)⋅=

AV η hwtw( ) kun kuormitus on uuman suuntainen (2.102)∑=

AV A hwtw( ) kun kuormitus on laippojen suuntainen (2.103)∑–=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

153

Tekijän

η

arvo voidaan esittää kansallisessa liitteessä. Eurocoden suositusarvot on esitettytaulukossa 2.19. Varmalla puolella olevana arvona voidaan aina käyttää arvoa

η

= 1,00 [12,13].


Käytetään Eurocodessa suositeltuja taulukon 2.19 mukaisia arvoja kun teräksen lämpötila on enintään

400 ºC

. Kun teräksen lämpötila on suurempi kuin

400 ºC

käytetään arvoa

η

= 1,00 .

Taulukko 2.19

Tekijän

η

arvot leikkauskestävyydelle [12,13,14]

Kuva 2.24

Leikkauspinta-alan määrittäminen

Lähtökohtana on siis, että kuormituksen suuntaiset osat poikkileikkauksesta kantavat koko leik-kausvoiman. Muokkauslujittuminen (

η

-tekijä) voidaan hyödyntää uuman suuntaiselle leikkaus-kestävyydelle, mutta ei laippojen suuntaiselle.

Muokkauslujittumista ei hyödynnetä, jos lasketaan kimmoteorian mukaista keskimääräistäleikkausjännitystä

τ

Ed

, joten tällöin leikkauspinta-alaa laskettaessa valitaan

η

= 1,0 [3,4,5].

Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaan kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huomioon leikkaus-kestävyyden laskemisessa lukuun ottamatta leikkauskestävyyden laskemista liitosalueilla osanEN 1993-1-8 mukaan [3,4,5]. Osassa EN 1993-1-8 ei ole kuitenkaan esitetty yleisiä ohjeita rei-kävähennyksen huomioon ottamiseksi leikkauskestävyyttä laskettaessa. Tässä käsikirjassasuositellaan, että reikävähennyksen suhteen noudatetaan seuraavaa menettelyä:

S235-S460:

η

= 1,20 S500-S700:

η

= 1,00

- Taulukossa on esitetty Eurocoden osan EN 1993-1-5 suositusar vot. - Varmalla puolella olevana arvona voidaan aina käyttää arvoa

η

= 1,00. - Suomen kansallinen liite: Käytetään Eurocon suositusarvoja kun teräksen lämpötila on enintään 400 ºC. Kun teräksen lämpötila on suurempi kuin 400 ºC käytetään arvoa

η

= 1,00.

��

yyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyy

F

F b

AvAv

tw

h w

t f1t f2

Kuormitus uuman suuntainen

Kuormitus laippojen suuntainen

bf


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

154

Kiinnittimien reikien kohdalla kaavat (2.102) ja (2.103) korvataan seuraavilla kaavoilla:

missä

A

on sauvan poikkileikkauksen pinta-ala

η

on muokkauslujittumisen huomioon ottava tekijä taulukon 2.19 mukaisesti

h

w

on uuman korkeus

t

w

on uuman paksuus

t

f

on laipan paksuus

d

0

on reijän halkaisija leikkauskuorman kantavassa levyosassa

Jos uuman hoikkuusraja ei edellytä profiilin varustamista poikittaisjäykisteillä tukien kohdalla(ks. kohta 2.8.2), täytyy päätytuella tarkastaa jäykistämättömän uuman kestävyys tukireaktiollekohdan 2.12 mukaisesti.

2.8.2 Leikkauslommahduskestävyys

Jos profiilin uuma on tarpeeksi hoikka, se voi lommahtaa leikkausvoiman vaikutuksesta ennenkuin plastinen leikkauskestävyys saavutetaan. Leikkauslommahduskestävyys joudutaan yleen-sä tarkastamaan ohutuumapalkkia mitoitettaessa.

Leikkauslommahduskestävyyttä voidaan parantaa uuman poikittaisjäykisteillä ja pituussuuntai-silla jäykisteillä. Poikittaisjäykisteitä kutsutaan myös pystyjäykisteiksi. Poikittaisjäykisteet toimi-vat lyhyinä vertikaalisauvoina uuman toimiessa vetokenttäteorian mukaan, ja ne ottavat vas-taan vetokentästä tulevat vaakavoimat ns. jäykän päätyjäykisteen tapauksessa. Lisäksi ne vah-vistavat uumaa pistekuorman ja tuen kohdalla ja antavat mahdollisille pitkittäisjäykisteille niidennurjahdustarkastelun edellyttämän tuennan. Poikittaisjäykisteiden käyttö on ensisijainen uu-man jäykistämistapa.

Pelkät poikittaisjäykisteet yksinään eivät kuitenkaan aina riitä estämään lommahdusta, koskauuman ‘lommot’ voivat syntyä jäykisteiden välille. Tehokkaimmin uuman lommahduskestävyyttävoidaan parantaa käyttämällä yhtäaikaa sekä poikittais- että pitkittäisjäykisteitä, jolloin poikit-taisjäykisteet lyhentävät pitkittäisjäykisteiden nurjahduspituuksia. Pitkittäisjäykiste toimii kah-della tavalla: se parantaa sekä uuman leikkauslommahduskestävyyttä, että myös taivutetun ja/tai puristetun PL4-uuman tehollisuutta normaalijännitysten aiheuttaman lommahduksen suh-teen. Pitkittäinen jäykiste kannattaa sijoittaa kohtaan, jossa lommon amplitudi on suurin. Silloinjäykisteeseen sitoutuu eniten muodonmuutostyötä. Kotelopalkin puristuslaippaan laitettava yk-si jäykiste sijoitetaan sen mukaan keskelle laippaa. Uumalevyssä pitkittäisjäykiste sen sijaansijoitetaan puristetusta reunasta mitaten etäisyydelle (0,2...0,25)

×

h

w

[32].

Palkkien varustaminen jäykisteillä lisää suunnittelu- ja valmistuskustannuksia kuitenkin helpostienemmän, kuin mitä uuman ainepaksuuden ohenemisesta saadaan materiaalikustannuksissasäästöjä. Siksi pienillä ja keskisuurilla palkeilla käytetään lähinnä pelkästään poikittaisjäykistei-tä, ja pitkittäisjäykisteiden käyttö rajoittuu käytännössä tyypillisesti suuriin siltapalkkeihin. Pe-

AV η hwtw( ) d0 tw( )∑–∑[ ] kun kuormitus on uuman suuntainen (2.104)=

AV A hwtw( ) d0 tf( ) kun kuormitus on laippojen suuntainen (2.105)∑–∑–=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

155

rusohjeena on esitetty, että vasta yli 3...4 m korkeat I-profiilit kannattaa varustaa pitkittäis-jäykisteillä [35,40].

Leikkauslommahduskestävyys lasketaan levyrakenteita koskevan Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaisesti. Menetelmä pätee sekä lyhyille että pitkille vetokentille, ja se ottaa huomioon se-kä poikittaiset että pituussuuntaiset jäykisteet.

Tässä esitetyt säännöt leikkauslommahduskestävyyden määrittämiseksi pätevät, kun seuraa-vat ehdot ovat voimassa [12,13]:

• levykentät ovat suorakaiteen muotoisia ja laipat ovat samansuuntaiset kohdassa 2.4 esitettyjen rajojen mukaisesti • jos käytetään jäykisteitä, ne ovat joko pitkittäisiä ja/tai poikittaisia ja täyttävät kohdassa 2.13.4 jäykisteille esitetyt vaatimukset • avoimet reijät tai aukot ovat pieniä, ks. kohta 2.4 • sauvojen poikkileikkaus on vakio.

Leikkauslommahduskestävyys pitää tarkastaa, jos seuraavat ehdot toteutuvat [12,13]:

missä

h

w

on uuman korkeus

t

w

on uuman paksuus

f

y


η

on muokkauslujittumisen huomioon ottava tekijä (taulukko 2.19)

k

τ

on leikkauslommahduskerroin jäljempänä esitetyn mukaisesti

Jos edellä olevat ehdot toteutuvat, profiili on varustettava poikittaisjäykisteillä tukienkohdalla [12,13].

Kuva 2.25

Jäykistämätön ja jäykistetty uuma

hw

tw------

72εη

--------- jäykistämättömälle uumalle (2.106)>

hw

tw------

31εη

--------- kτ poikittaisjäykisteillä jäykistetylle uumalle (2.107)>

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =

Jäykistämätön uuma Jäykistetty uuma


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

156

Leikkauslommahduskestävyyden mitoitusehto on [12,13]:

missä

V

Ed

on leikkausvoiman mitoitusarvo murtorajatilassa mukaan lukien

mahdollisesta väännöstä aiheutuva leikkaus

V

b.Rd

on leikkauslommahduskestävyys

Jäykistämättömien ja jäykistettyjen uumien leikkauslommahduskestävyys

V

b.Rd

lasketaanseuraavasta kaavasta [12,13]:

missä

V

bw.Rd

on uuman osuus leikkauslommahduskestävyydestä

V

bf.Rd

on laippojen osuus leikkauslommahduskestävyydestä

η on muokkauslujittumisen huomioon ottava tekijä (taulukko 2.19)

hw on uuman korkeus

tw on uuman paksuus

fyw on uuman nimellinen myötölujuus


Uuman osuus Vbw.Rd lasketaan seuraavasti [12,13]:

missä χw on uuman osuuden pienennystekijä.

Uuman osuuden pienennystekijä χw määritetään taulukosta 2.20 uumille joissa on pystyjäy-kisteet vain tuilla, ja uumille joissa on joko poikittaiset välijäykisteet tai pitkittäiset jäykisteet taimolemmat. Taulukko perustuu luokitteluun ‘jäykkä päätyjäykiste’ ja ‘ei-jäykkä päätyjäykiste’, jot-ka esitetään kohdassa 2.13.4.4.1. Taulukon tapausta ‘jäykkä päätyjäykiste’ sovelletaan myösjatkuvan palkin välituen viereisille levykentille [12,13].

Leikkauslommahduskerroin kτ lasketaan Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaisesti seuraavis-ta kaavoista. Osan EN 1993-1-5 kaavat leikkauslommahduskertoimelle soveltuvat ainoastaansellaisille levykentille, joiden jäykistämiseen käytetyt poikittaisjäykisteet ovat ns. jäykkiä poikit-taisjäykisteitä (jäykkä poikittaisjäykiste ja ei-jäykkä poikittaisjäykiste, ks. kohta 2.13.4.4.2). Joskäytetään ei-jäykkiä poikittaisjäykisteitä, leikkauslommahduskerroin voidaan määrittää varmal-la puolella yksinkertaistaen siten, että ei-jäykät poikittaisjäykisteet ajatellaan poistetuiksi, jaleikkauslommahduskerroin määritetään näin muodostuneiden levykenttien perusteella.

η3

VEd

Vb.Rd------------ 1 0 (2.108),≤=

Vb.Rd Vbw.Rd Vbf.Rd

η fyw hw tw

3 γ M1

------------------------ (2.109)≤+=

Vbw.Rd

χw fyw hw tw

3 γ M1

---------------------------- (2.110)=



157

Levyille joissa on jäykät poikittaisjäykisteet eikä pitkittäisiä jäykisteitä, ja levyille joissa on jäykätpoikittaisjäykisteet ja vähintään kolme pitkittäistä jäykistettä, leikkauslommahduskerroin kτlasketaan seuraavasti [12,13]:


a on poikittaisjäykisteiden välinen etäisyys (kuva 2.26)

kτ sl on pitkittäisjäykisteiden vaikutus leikkauslommahduskertoimeen

(jos pitkittäisiä jäykisteitä ei ole, kτ sl = 0 )

Kuva 2.26 Uuma, jossa on poikittaisjäykisteet ja pituussuuntaiset jäykisteet. Levykenttien a-mitat ja h-mitat mitataan levykenttien sisämittana ottamatta huomioon jäykisteidenhitsejä. Varmalla puolella olevana arvona voidaan käyttää jäykistelevyjen keskilin-joja

Pitkittäisjäykisteiden vaikutus kτ sl leikkauslommahduskertoimeen lasketaan seuraavasti[12,13]:

missä Isl on jäykisteen ja sillä jäykistetyn levykaistan muodostaman systeemin yhteinen neliö-momentti. Neliömomentti lasketaan systeemin painopisteen kautta kulkevan z-z-akselin suh-teen, kuva 2.26. Jos uumassa on useampi kuin yksi jäykiste, Isl on niillä jäykistettyjensysteemien neliömomenttien summa (jäykisteiden ei tarvitse sijaita tasavälein).

kτ 5 34 4 00hw

a------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

kτsl kun a / hw 1 (2.111a)≥+,+,=

kτ 4 00 5 34hw

a------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

kτsl kun a / hw 1 (2.111b)<+,+,=

h w2

h w1

h w

z

z

z

zt s

15εt

w15

εtw

30

εtw

+ t

s

a a

kτsl 9hw

a------⎝ ⎠

⎛ ⎞2 I∑ sl

tw3

hw

-----------3 4⁄

kuitenkin vähintään: (2.112a)=

kτsl2 1,tw

---------I∑ sl

hw-----------⎝ ⎠

⎛ ⎞1 3⁄ (2.112b)≥



158

Kaavoja (2.111a) ja (2.111b) sovelletaan myös levyille joissa on jäykkien poikittaisjäykisteidenlisäksi yksi tai kaksi pitkittäisjäykistettä, edellyttäen että sivusuhde α = a / hw täyttää ehdonα ≥ 3. Levyille, joissa on jäykkien poikittaisjäykisteiden lisäksi yksi tai kaksi pitkittäisjäykistettäja sivusuhde on α < 3, leikkauslommahduskerroin lasketaan kaavasta [12,13]:

Taulukko 2.20 Uuman osuus leikkauslommahduskestävyydestä. Pienennystekijä χw [12,13]

Taulukossa 2.20 tarvittava uuman muunnettu hoikkuus lasketaan seuraavasti [12,13]:

Kimmoteorian mukainen uuman kriittinen leikkauslommahdusjännitys τcr lasketaan kaavasta:

missä fyw on uuman nimellinen myötölujuus

kτ on leikkauslommahduskerroin (kaavat (2.111) - (2.113) )

E on kimmokerroin

ν on Poissonin vakio

hw on uuman korkeus

tw on uuman paksuus

Jäykkä päätyjäykiste a) Ei-jäykkä päätyjäykiste

< 0,83 /η η η

0,83 /η ≤ < 1,08 0,83 / 0,83 /

≥ 1,08 1,37 / (0,7+ ) 0,83 / a) Tätä tapausta sovelletaan myös jatkuvan rakenteen välituen viereisille levykentille.

Tekijä η on esitetty taulukossa 2.19.

kτ 4 1

6 3 0 18I∑ sl

tw3

hw

-----------,+,

a hw⁄( )2

---------------------------------------- 2 2I∑ sl

tw3

hw

-----------1 3⁄

(2.113),+ +,=

λw

λw λw λw

λw λw λw

λw

λwfyw 3⁄

τcr------------------- 0 76

fyw

τcr------- (2.114),= =

τcr kτ σ⋅ E (2.115)=

σEπ2

E

12 1 ν2–( )-------------------------- tw hw⁄( )2

190000 tw hw⁄( )2 (2.116)⋅= =



159

Pitkillä levykentillä leikkauslommahduskerroin lähenee arvoa kτ = 5,34 (kaava (2.111a) ). Ot-tamalla lisäksi huomioon kaavat (2.115) ja (2.116) saadaan uuman muunnetulle hoikkuu-delle kaavasta (2.114) seuraavat lausekkeet:

Uumille joissa on pituussuuntaiset jäykisteet, muunnetun hoikkuuden arvoksi tulee kuiten-kin ottaa vähintään [12,13]:

missä hwi ja kτ i tarkoittavat osakenttää, jonka muunnettu hoikkuus on suurin, jolloin ote-taan huomioon tarkasteltavan uumakentän kaikki osakentät (kuva 2.26). Kerroin kτ i lasketaantällöin siten, että leikkauslommahduskertoimen kaavoissa asetetaan pitkittäisjäykisteidenvaikutukselle kτ sl = 0.

Laippojen vaikutus Vbf.Rd leikkauslommahduskestävyyteen voidaan ottaa huomioon lausek-keessa (2.109) jos laipan kestävyyttä ei hyödynnetä täysin poikkileikkauksen taivutuskestävyyt-tä laskettaessa ( MEd < Mf.Rd ) . Laippojen vaikutus lasketaan tällöin seuraavasti [12,13]:

missä bf ja tf ovat sen laipan leveys ja paksuus, joka antaa pienimmän aksiaalisen

kestävyyden ja

bf saa olla enintään 15ε tf uuman molemmin puolin

a on poikittaisjäykisteiden välinen etäisyys (kuva 2.26)

fyf on laipan nimellinen myötölujuus



hw on uuman korkeus

tw on uuman paksuus

MEd on poikkileikkaukseen vaikuttavan taivutusmomentin

mitoitusarvo murtorajatilassa

λw

λwhw tw⁄86 4ε,--------------- kun jäykisteinä on ainoastaan poikittaisjäykisteet tuella (2.117)=

λwhw tw⁄

37 4ε kτ,------------------------

kun käytetään em. tukijäykisteiden lisäksi

pitkittäis- ja / tai poikittaisjäykisteitä (2.118)=

λw

λwhwi tw⁄

37 4ε kτ i,-------------------------- (2.119)=

λw

Vb f.Rd

bf tf2

fyf

c γ M1----------------- 1

MEd

Mf.Rd------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2– (2.120)=

c a 0 251 6 bf tf

2fyf⋅,

tw hw2

fyw

--------------------------------+, (2.121)⋅=



160

Kuva 2.27 Tekijän Mf.Rd määrittäminen

Mf.Rd on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyyden mitoitusarvo, kunvain teholliset laipat otetaan huomioon, kuva 2.27 [12,13,31]:

missä Af1.eff ja Af2.eff ovat laippojen teholliset pinta-alat (vedettynä oleva laippa

on aina täysin tehollinen)

hf on laippojen painopisteiden välinen etäisyys (kuva 2.27)

fyf1 ja fyf2 ovat laippojen nimelliset myötölujuudet


Jos normaalivoima vaikuttaa samanaikaisesti taivutusmomentin kanssa, laippojen taivutuskes-tävyytenä käytetään pienennettyä arvoa MN.f.Rd . Eurocoden osassa EN 1993-1-5 esitetyt oh-jeet ovat tältä osin tulkinnanvaraiset [12,13]. Tässä käsikirjassa suositellaan, että noudatetaanseuraavaa menettelyä:

missä Af1 ja Af2 ovat laippojen teholliset pinta-alat, kun vain normaalivoima vaikuttaa

fyf on laipan nimellinen myötölujuus


NEd on normaalivoiman mitoitusarvo murtorajatilassa

1 2

, 1 2

0 0

min ,yf yf

f Rd f f f f

M M

f fM h A h A

A , ff1 y f1

A , ff2 y f2

hfhf

Af1.eff , fy.f1

Af2.eff , fy.f2

Mf.Rd min hf Af1.eff

fy.f1

γ M0--------- ; hf Af2.eff

fy.f2

γ M0---------⋅ ⋅⋅ ⋅=


fyf1

γ M0--------- hf Af2.eff

fyf2

γ M0---------⋅;⋅ (2.122)=

MN. f.Rd Mf.Rd 1NEd

Af1.eff Af2.eff+( ) fyf⋅ γ M0⁄-------------------------------------------------------------– (2.123)=



161

Esimerkki 2.11

Jatketaan edellisiä esimerkkejä ja lasketaan profiilin WI1000-6-16×300 leikkauskestävyys,kun a) samanaikainen taivutusmomentti My.Ed = 0 kNm, b) samanaikainen taivustusmo-mentti murtorajatilassa on My.Ed = 1600 kNm. Pitkittäisjäykisteitä ei ole, poikittaisjäykis-teiden välinen etäisyys on 1,0 m. Oletetaan tässä, että poikittaisjäykisteet täyttävätjäykkyysehdot, jolloin niitä voidaan käsitellä jäykkinä.Hitsien vaikutusta ei oteta huomioon.Teräslaji on S355J2.

Leikkauspinta-ala:

Plastinen leikkauskestävyys:

a) Poikkileikkaukseen ei vaikuta taivutusmomentti samanaikaisesti

Leikkauslommahduskerroin:

⇒ leikkauslommahduskestävyys pitää tarkastaa

Uuman hoikkuus:

bftfhwhftwakτslfyηγM0γM1

= 300 mm = 16 mm = 968 mm = 984 mm = 6 mm = 1000 mm = 0 (ei pitkittäisjäykisteitä) = 355 N/mm2

= 1,20 (taulukko 2.19) = 1,0 (taulukko 2.5) = 1,0 (taulukko 2.5)

1000

AV η hwtw( )∑ 1 20 968 6⋅( )⋅, 6970 mm2= = =

Vpl.Rd AV

fy 3⁄γ M0

---------------⋅ 6970 355 3⁄1 0,

--------------------⋅ 1429 kN= = =

hw

tw------

9686

--------- 161 3,= = 31εη

--------- kτ> 31 235 355⁄⋅1 20,

------------------------------------ 9 088,⋅ 63 36,= =

kτ 5 34, 4 00hw

a------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

, kτsl+ + 5 34, 4 00 9681000------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2⋅, 0+ + 9 088,= = =

λwhw tw⁄

37 4ε kτ,------------------------

968 6⁄37 4 235 355⁄ 9 088,⋅ ⋅,------------------------------------------------------------------ 1 759 1 08,≥,= = =



162

Uuman osuus leikkauslommahduskestävyyteen (tekijä χw määritetään taulukosta 2.20):

Laippojen osuus leikkauslommahduskestävyyteen:

Uuman ja laippojen yhteisvaikutus:

Profiilin leikkauslommahduskestävyydeksi saadaan siis 763,5 kN.

b) Poikkileikkaukseen vaikuttaa samanaikaisesti taivutusmomentti My.Ed = 1600 kNm

Tarkastetaan puristetun laipan tehollisuus:

Puristuslaippa on siis täysin tehollinen.

Kummankin laipan tehollinen pinta-ala on:

Laippojen ottama taivutusmomentti:

χw1 37,

0 7, λw+---------------------

1 37,0 7, 1 759,+------------------------------ 0 5571,= = =

Vbw.Rdχw fyw hw tw

3 γ M1

----------------------------0 5571, 355 968 6⋅ ⋅ ⋅

3 1 0,⋅---------------------------------------------------- 663 2 kN,= = =

bf 300 2 15⋅ εtf tw+≤ 2 15 235 355⁄ 16⋅ ⋅( ) 6+⋅ 396 5 mm,= = =

c a 0 251 6 bf tf

2fyf⋅,

tw hw2

fyw

--------------------------------+,⋅ 1000 0 25 1 6 300 162

355⋅ ⋅ ⋅,6 968

2355⋅ ⋅

------------------------------------------------+,⋅ 271 9,= = =

Vb f.Rd

bf tf2

fyf

c γ M1----------------- 1

MEd

Mf.Rd------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2– 300 16

2355⋅ ⋅

271 9, 1 0,⋅----------------------------------- 1 0

2–[ ] 100 3 kN,= = =

Vb.Rd Vbw.Rd Vbf.Rd+ 663 2 100 3,+, 763 5η fyw hw tw

3 γ M1

------------------------≤, 1 20, 355 968 6⋅ ⋅ ⋅3 1 0,⋅

---------------------------------------- 1428 kN= = = = =

ctf---

300 6–( ) 2⁄16

----------------------------- 9 2 11≤ 4, poikkileikkausluokka 3⇒,= =

Af.eff bf tf 300 16⋅ 4800 mm2= = =


fyf1

γ M0--------- hf Af2.eff

fyf2

γ M0---------⋅;⋅ 984 4800 355

1 0,---------⋅ ⋅ 1677 kNm 1600 kNm>= = =



163

Laippoja voidaan siis osittain hyödyntää leikkauslommahduskestävyydessä:

Uuman ja laippojen yhteisvaikutus:

Profiilin leikkauslommahduskestävyydeksi saadaan siis 672,2 kN.

2.9 Hitsatun profiilin vääntökestävyys

2.9.1 Yleistä

Vääntörasitusta aiheutuu poikkileikkauksiin, joilla kuormitus ei kulje vääntökeskiön kautta. Nor-maalisti on suositeltavaa estää vääntörasitusten muodostuminen rakenteellisesti, jolloin pääs-tään yksinkertaisempaan mitoitukseen. Myös asennusaikaisten tilanteiden aiheuttama vääntö-rasitus on otettava huomioon (esim. välipohjalaatan aiheuttama toispuoleinen kuormitus väli-pohjapalkille).

Vääntöilmiöt voidaan jakaa kolmeen tyyppiin:

• vapaa vääntö (eli Saint Venantin vääntö) • estetty vääntö (eli Vlasovin teorian mukainen vääntö, warping torsion) • yhdistetty vääntö

Kahdesta viimemainitusta tyypistä käytetään myös yhdessä nimitystä estetty vääntö. Tässä kä-sikirjassa estetyllä väännöllä ja yhdistetyllä väännöllä tarkoitetaan eri tapauksia, kuten jäljem-pänä luokitellaan.

Vapaassa väännössä vääntömomentin kuormittamaan poikkileikkaukseen syntyy pelkästäänvapaan väännön aiheuttamia leikkausjännityksiä. Estetty vääntö aiheuttaa poikkileikkaukseenestetyn väännön leikkausjännitysten lisäksi normaalijännityksiä. Tämä johtuu siitä, että poikki-leikkauksen pinta ei pääse käyristymään. Käyristyminen (warping) estyy esimerkiksi sauvanpäässä, jos sauva on hitsattu paksuun päätylevyyn joka omalla jäykkyydellään estää sauvanpoikkileikkauksen pinnan pituussuuntaiset muodonmuutokset, kuva 2.28. Yhdistetyn väännöntapauksessa poikkileikkaukseen syntyy kaikki edellä mainitut jännitykset.

Vb f.Rd

bf tf2

fyf

c γ M1----------------- 1

MEd

Mf.Rd------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2– 300 16

2355⋅ ⋅

271 9, 1 0,⋅----------------------------------- 1 1600

1677------------⎝ ⎠

⎛ ⎞2– 9 0 kN,= = =

Vb.Rd Vbw.Rd Vbf.Rd+ 663 2 9 0,+, 672 2η fyw hw tw

3 γ M1

------------------------≤, 1 20, 355 968 6⋅ ⋅ ⋅3 1 0,⋅

---------------------------------------- 1428 kN= = = = =



164

Kuva 2.28 Sauvan vapaa vääntö (a) ja estetty vääntö (b)

Eri vääntötapauksia arvioitaessa voidaan käyttää apuna seuraavaa parametria:

missä L on sauvan pituus



G on liukukerroin

E on kimmokerroin

Vääntöilmiöt voidaan luokitella tällöin seuraavasti [41]:

• jos kL > 15 , kyseessä on vapaa vääntö • jos kL ≤ 0,7 , kyseessä on estetty vääntö • jos 0,7 < kL ≤ 15 , kyseessä on yhdistetty vääntö.

Analysoinnissa voidaan käyttää hyväksi vääntösauvan ja taivutuspalkin analogiaa, jota voidaanhyödyntää käsinlaskennassa. Analogian käytössä on kiinnitettävä huomiota siihen, että analo-gisen taivutuspalkin reunaehdot vastaavat vääntösauvan reunaehtoja. Analogiaa käsitelläänlähteessä [41].

MxMx

Mx

a)

b)

kL LGIt

EIω--------- (2.124)⋅=



165

Väännön yleinen differentiaaliyhtälö on:

missä ϕ on vääntökulma

m on jakautunut vääntömomenttikuorma pituusyksikköä kohti

E on kimmokerroin

G on liukukerroin

It on vapaan väännön (Saint Venant) vääntöneliömomentti


Ratkaisemalla differentiaaliyhtälö ja ottamalla reunaehdot huomioon saadaan vääntökulmanjakautuminen pitkin sauvaa. Yhtälön (2.125) ensimmäinen termi edustaa estetyn väännönosuutta ja toinen termi vapaan väännön osuutta.

Vääntökulman differentiaaliyhtälön (2.125) yleinen ratkaisu on:

missä ϕ0(x) on yksityisratkaisu.

Vääntökulman avulla saadaan:

missä Mt on vapaan väännön osuus kokonaisvääntömomentista

B on bimomentti

Mω on estetyn väännön osuus kokonaisvääntömomentista

ϕ0 on eräs yksityisratkaisu

C1, C2, C3 ja C4 ovat integrointivakioita

Kokonaisvääntömomentti saadaan kaavasta:

EIωϕ′′′′ GItϕ′′– m dMdx-------- (2.125)–= =

ϕ x( ) C1 C2 x C3 kx( ) C4 kx( ) ϕ0 x( ) (2.126)+cosh+sinh+ +=

Mt GItϕ′ GIt C2 C3 k kx( ) C4 k kx( ) ϕ′0+sinh+cosh+[ ] (2.127)= =

B E– Iωϕ′′ G– It C3 kx( ) C4 kx( ) 1

k2

----- ϕ′′0+cosh+sinh (2.128)= =

Mω B′ E– Iωϕ′′′ G– It C3 k kx( ) C4 k kx( ) 1

k2

----- ϕ′′′0+sinh+cosh (2.129)= = =

Mx Mt Mω+ GIt C2 ϕ′01

k2

----- ϕ′′′0–+ (2.130)= =



166

Sauvan kumpaankin päähän saadaan kaksi reunaehtoa, joiden avulla vääntökulman lausek-keen vakiot voidaan ratkaista. Tavallisimmat reunaehdot ovat:

1. Kiertymä vääntöakselin ympäri estetty ϕ = 0 2. Poikkipinnan käyristyminen estetty ϕ ’ = 0 ⇒ Mt = 0 3. Poikkipinnan käyristyminen vapaa ϕ ‘’ = 0 ⇒ B = 0 4. Vääntömomentti M0 annettu Mx = M0 5. Bimomentti B0 annettu B = B0

Seuraavassa on muutama differentiaaliyhtälön ratkaisemiseksi tarvittava yksityisratkaisu:

1. Tasan jakaantunut vääntömomentti m(x) = m0 :

2. Lineaarisesti jakaantunut vääntömomentti m(x) = m0 x /L :

3. Pistemäinen vääntömomentti M0 kohdassa x = a :

4. Pistemäinen bimomentti B0 kohdassa x = a :

2.9.2 Vääntökestävyyden ja jännitysten laskenta

Vääntökestävyyden Mx.Rd mitoitusehto on:

missä Mx.Ed on kokonaisvääntömomentin mitoitusarvo murtorajatilassa

lausekkeen (2.130) mukaisesti

Mx.Rd on vääntökestävyys

ϕ0 x( )m0

2------

1GIt-------- x

2 (2.131)–=

ϕ0 x( )m0

6L------

1GIt-------- x

3 (2.132)–=

ϕ0 x( ) 0 kun x a (2.133a)≤=

ϕ0 x( )M0

kGIt----------- k x a–( ) k x a–( )–sinh[ ] kun x a (2.133b)>=

ϕ0 x( ) 0 kun x a (2.134a)≤=

ϕ0 x( )B0

GIt-------- k x a–( ) 1–cosh[ ] kun x a (2.134b)>=

Mx.Ed Mx.Rd (2.135)≤



167

Eurocodessa ei anneta kaavaa vääntökestävyyden laskemiseksi, vaan edellä esitetyn mitoitus-ehdon toteutuminen joudutaan tarkastamaan poikkileikkauksen jännitystarkasteluna. Jännitys-tarkastelun mitoitusehdot ovat kaikille poikkileikkausluokille bruttopoikkileikkauksen kaikissapisteissä [3,4,5,11]:

Kokonaisvääntömomentista Mx.Ed aiheutuvat jännitykset saadaan seuraavista yhtälöistä [41]:

missä on sektoriaalinen koordinaatti

on sektoriaalinen staattinen momentti

τt.Ed on leikkausjännitys vapaasta väännöstä

τω.Ed on leikkausjännitys estetystä väännöstä

σω.Ed on poikkileikkauksen käyristymisestä aiheutuva normaalijännitys

τtot.Ed

fy 3⁄γ M0

--------------- (2.136)≤

σω .Ed

fy

γ M0--------- (2.137)≤

σω .Ed2

3τtot.Ed2+

fy

γ M0--------- (2.138)≤

τt.Ed

Mt.Ed

It------------ t (2.139)±=

τω .Ed

Mω .Ed

Iω t-------------- Sω (2.140)=

τtot.Ed τt.Ed τω .Ed (2.141)+=

σω .Ed

BEd

Iω-------- ω (2.142)=

ω r sds∫=

Sω ω AdA∫=



168

Kuva 2.29 Vääntömomentista aiheutuvat jännitykset kaksoissymmetrisessä I-poikkileikkauksessa

Vääntötehtävän laskennassa tarvittavien poikkileikkaussuureiden laskentaa käsitellään mm.lähteissä [11,42,43].

Eurocoden osa EN 1993-1-1 sallii yksinkertaistaa laskelmia siten, että avoimilla poikkileikkauk-silla (kuten I-poikkileikkaukset) voidaan olettaa koko ulkoisen momentin välittyvän pelkästäänestettynä vääntönä (eli voidaan jättää huomioon ottamatta vapaan väännön osuudet kokonais-vääntömomentissa ja jännityksissä). Vastaavasti suljetuilla poikkileikkauksilla (kuten WQ-pro-fiili) voidaan olettaa koko ulkoisen momentin välittyvän pelkästään vapaana vääntönä (elivoidaan jättää huomioon ottamatta estetyn väännön osuudet kokonaisvääntömomentissa jajännityksissä) [3,4,5]:

a) Vapaan väännönaiheuttamaleikkausjännitys

b) Estetyn väännönaiheuttamaleikkausjännitys

c) Bimomentin aiheuttamanormaalijännitys

h f

στv ττv τω

y y y

x x x

z z

z

MD

MD

B = MD hf

ri on elementin i kohtisuora etäisyysorigosta (tässä tapauksessavääntökeskiöstä)

sit i

r i

y

z

x

vääntökeskiö

elementti i r i

sit i

τtτt

MD

Mx.Ed Mω .Ed avoimilla poikkileikkauksilla (2.143)=

Mx.Ed Mt.Ed suljetuilla poikkileikkauksilla (2.144)=



169

Edellä esitetty yksinkertaistus on sopusoinnussa kohdassa 2.9.1 esitetyn parametriin kLperustuvan luokittelun kanssa: avoimilla poikkileikkauksilla on pieni vapaan väännön vääntö-jäykkyys, jolloin lausekkeessa (2.124) neliöjuuri saa pienen arvon ja vääntö välittyy pääasiassaestettynä vääntönä. Vastaavasti suljetuilla poikkileikkauksilla on pieni poikkileikkauksen käyris-tymisjäykkyys, jolloin neliöjuuri saa suuren arvon ja vääntö välittyy pääasiassa vapaana vään-tönä.

Esimerkki 2.12

Tarkastetaan profiilin WI350-10-15×200 vääntökestävyys. Profiilin pituus on 5,0 m ja siihenvaikuttaa pistemäinen vääntömomenttikuormitus profiilin pituusakselin ympäri 12,0 kNmkeskellä profiilia. Profiili on tuettu haarukkatuennalla molemmista päistä. Teräslaji onS355J2.

Koska kyseessä on avoin poikkileikkaus, Eurocoden mukaan laskentaa saataisiin yksinker-taistaa jättämällä vapaan väännön osuus huomioon ottamatta. Käsitellään tässä kuitenkinesimerkin vuoksi sekä vapaan väännön osuus että estetyn väännön osuus.


Neliömomentti z-akselin suhteen:

Käyristymisjäyhyys:

Vääntöneliömomentti:

h bf tf tw hwhf c fyγM0

= 350 mm= 200 mm= 15 mm= 10 mm= 320 mm= 335 mm= 95 mm= 355 N/mm2

= 1,0 (taulukko 2.5)

L = 5000

MxDET.

DET. Haarukkatuenta Mx.Ed

Iz2tf bf

3

12--------------

hw tw3

12-----------

2 15 2003⋅ ⋅

12-----------------------------

320 103⋅

12--------------------- 2 003, 10

7 mm

4⋅=+=+=

Iω 0 25hf2Iz, 0 25 335

22 003, 10

7⋅ ⋅⋅, 5 620, 1011

mm6⋅= = =

It13--- 2bf tf

3hwtw

3+( ) 13--- 2 200 15

3320 10

3⋅+⋅ ⋅( )⋅ 5 567, 105 mm

4⋅= = =



170

Sektoriaalinen koordinaatti ja sektoriaalinen staattinen momentti esitetään oheisessa ku-vassa.

Vääntötehtävän luokittelu:

⇒ kyseessä on yhdistetty vääntö

Vääntökulman lausekkeessa esiintyvät integrointivakiot ratkaistaan seuraavien reunaeh-tojen avulla:

1. ϕ(0)=0 3. ϕ(5000)=0 2. B(0)=0 4. B(5000)=0

Integrointivakioiksi saadaan:

Sijoittamalla integrointivakiot vääntökulman lausekkeeseen ja ottamalla huomioon yksityis-ratkaisu saadaan ratkaistua vääntökulma ja vääntömomentit.

+ +

+

+

–+

–+ +

335 +

200

s

15

15

10 s

Sω

symm.

ω t

ω1 = 167,5·100·0,5·2= 16750 mm2

ω2 = -16750 mm2

Sω = 12562,5·103 mm31

2

kL LGIt

EIω---------⋅ 5000

81000 5 567, 105⋅ ⋅

210000 5 620, 1011⋅ ⋅

----------------------------------------------------⋅ 3 1,= = =

C1 0=

C2M0

2GIt-----------=

C3 M0 2500k( )sinh

kGIt 5000k( )sinh------------------------------------------–=

C4 0=



171

0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000

-5·106

0

5·106

-5·109

0

5·109

1·1010

Vapaan väännön momentti Bimomentti

0 1000 2000 3000 4000 5000

Estetyn väännön momentti

0 1000 2000 3000 4000 5000

Kokonaisvääntömomentti

0 1000 2000 3000 4000 5000

Vääntökulma

-1·107

-5·106

0

5·106

1·107

Mv(x)

B(x)

Mω(x)

ϕ(x)

Mv(0) = 3,55 kNmMv(2500) = 0 kNm

-1·107

-5·106

0

5·106

1·107

Mx(x)

B(0) = 0 kNm2

B(2500) = 8,87 kNm2

Mω(0) = 2,45 kNm

Mω(2500) = 6,00 kNm

Mx(0) = 6,00 kNmMx(2500) = 6,00 kNm

ϕ(0) = 0 ϕ(2500) = 0,136

x x

x x

x

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

Mt(x)

Mt(0)Mt(2500)

Mω(x) Mx(x)

B(x)



172

Lasketaan väännöstä aiheutuvat jännitykset sauvan päässä sekä keskellä.

Sauvan pää:

Estetystä väännöstä aiheutuva normaalijännitys σω (0) on nolla sauvan päässä, koska poik-kipinnan käyristymistä ei ole estetty (bimomentti B(0) = 0).

jännitys laippojen pinnoilla:

jännitys laipoissa profiilin keskilinjalla:

jännitys laipoissa profiilin keskilinjalla (ylälaipan yläpinnassa ja alalaipan alapinnassa):

Uuman jännitys aiheutuu ainoastaan vapaasta väännöstä, koska sektoriaalinen koordi-naatti ω on nolla uumassa:

jännitys koko uumassa on pienempi kuin laipassa

Havaitaan, että sauvan päässä määrääväksi muodostuu (vapaan) väännön aiheuttamatleikkausjännitykset.

Sauvan keskikohta:

Uuman jännitys τ t(2500) vapaasta väännöstä sauvan keskellä on nolla.

jännitys laippojen pinnoilla:

τt 0( )Mt 0( )

It-------------- tf

3 55, 106⋅

5 567 105⋅,

--------------------------- 15⋅ 95 65 N/mm2,= = =

τω 0( )Mω 0( )

Iω tf----------------Sω

2 45, 106⋅

5 620, 1011

15⋅ ⋅---------------------------------------- 12562 5, 10

3⋅ ⋅ 3 65 N/mm2,= = =

τtot 0( ) τt 0( ) τω 0( ) 95 65 3 65,+,=+ 99 30 N/mm2,= =

τtot 0( )

fy 3⁄( ) γ M0⁄---------------------------------

99 30,355 3⁄( ) 1 0,⁄

-------------------------------------- 0 4845 1 0 laippa OK,≤,= =

τt 0( )Mt 0( )

It-------------- tw

3 55, 106⋅

5 567 105⋅,

--------------------------- 10⋅ 63 77 N/mm2,= = =

τt 2500( )Mt 2500( )

It----------------------- tf

0

5 567 105⋅,

--------------------------- 15⋅ 0 N/mm2= = =



173

jännitys laipoissa profiilin keskilinjalla:

jännitys laipoissa profiilin keskilinjalla (ylälaipan yläpinnassa ja alalaipan alapinnassa):

jännitys laipan kärjessä:

Kootaan sauvan keskellä (x = 2500 mm) saadut tulokset yhteen ja suoritetaan tarvittavatyhteisvaikutustarkastelut:

laipan kärjessä:

laipoissa profiilin keskilinjalla (ylälaipan yläpinnassa ja alalaipan alapinnassa):

τω 2500( )Mω 2500( )

Iω tf-------------------------Sω

6 00, 106⋅

5 620, 1011

15⋅ ⋅---------------------------------------- 12562 5, 10

3⋅ ⋅ 8 94 N/mm2,= = =

τtot 2500( ) τt 2500( ) τω 2500( ) 0 8 94,+=+ 8 94 N/mm2,= =

σω 2500( ) B 2500( )Iω

--------------------ω 8 87, 109⋅

5 620, 1011⋅

------------------------------ 16750⋅= 264 4 N/mm2,= =

τt 2500( ) 0 (Mt 0 )= =

τω 2500( ) 0 (Sω 0 )= =

τtot 2500( ) τt 2500( ) τω 2500( )+ 0 0+ 0= = =

σω 2500( ) 264 4 N/mm2,=

σω2

3τtot2+ 264 4

20+, 264 4 N/mm

2 fy

γ M0---------≤, 355

1 0,--------- 355 N/mm

2 OK= = = =

τt 2500( ) 0 (Mt 0 )= =

τω 2500( ) 8 94 N/mm2,=

τtot 2500( ) τt 2500( ) τω 2500( ) 0 8 94,+=+ 8 94 N/mm2,= =

σω 2500( ) 0 (ω 0 )= =

σω2

3τtot2+ 0 8 94

2,+ 8 94 N/mm2 fy

γ M0---------≤, 355

1 0,--------- 355 N/mm

2 OK= = = =



174

uumassa:

Havaitaan, että sauvan keskellä uuman kaikki jännitykset ovat nollia. Sauvan keskellä mää-rääväksi muodostuu estetyn väännön normaalijännitys laipan kärjessä.

2.10 Hitsatun profiilin poikkileikkauksen kestävyys voimasuureyhdistelmille, kun sauvan nurjahdus ja kiepahdus on estetty

Pistekuormakestävyys ja sen yhteisvaikutus muiden voimasuureiden kanssa käsitellään myö-hemmin kohdassa 2.12.

2.10.1 Jännitysten rajoittaminen

2.10.1.1 Myötöehto (von Mises)

Kimmoteorian mukainen kestävyyden todentaminen on aina sallittua kaikissa poikkileikkaus-luokissa edellyttäen, että poikkileikkausluokassa 4 käytetään tehollisen poikkileikkauksen omi-naisuuksia [3,4,5].

Jos yhteisvaikutusten tarkastamiseksi ei ole annettu muuta soveltuvaa kaavaa, kimmoteorianmukaisessa mitoituksessa kestävyyden todentamiseen voidaan käyttää seuraavaa vonMisesin vertailujännitykseen perustuvaa myötöehtoa poikkileikkauksen kriittisessä pisteessä[3,4,5]:

missä σx.Ed on pituussuuntaisen jännityksen mitoitusarvo tarkasteltavassa kohdassa

(puristus on positiivinen)

σz.Ed on poikittaisen jännityksen mitoitusarvo tarkasteltavassa kohdassa

(puristus on positiivinen)

τEd on leikkausjännityksen mitoitusarvo tarkasteltavassa kohdassa



τt 2500( ) 0 (Mt 0 )= =

τω 2500( ) 0 (ω 0 )= =

τtot 2500( ) τt 2500( ) τω 2500( ) 0 0+=+ 0= =

σω 2500( ) 0 (ω 0 )= =

σx.Ed

fy γ M0⁄-----------------

2 σz.Ed

fy γ M0⁄-----------------

2 σx.Ed

fy γ M0⁄-----------------

σz.Ed

fy γ M0⁄-----------------– 3

τEd

fy γ M0⁄-----------------

21 0 (2.145),≤+ +



175

Lausekkeen (2.145) mukainen tarkastelu voi olla varmalla puolella, koska siinä ei oteta huo-mioon osittaista plastisoitumista, joka sallitaan myös kimmoteorian mukaisessa mitoituksessatietyissä tilanteissa. Tämän takia tätä menetelmää kannattaa käyttää vain, kun yhteisvaikutustaei voida tarkastella yksittäisten kestävyyksien NRd , MRd ja VRd perusteella [3,4,5].

2.10.1.2 Uuman jännitysten rajoittaminen (uuman hengittäminen)

Väsytyskuormitetuissa palkeissa voi olla tarpeen estää kuorman vaihtelusta aiheutuva uumanns. hengittäminen (web breathing) väsymisvaurioiden välttämiseksi. Sekä EN 1993-2 (Terässil-lat) että EN 1993-6 (Nostureita kannattavat rakenteet) rajoittavat uuman hoikkuutta tämän takiaseuraavan ehdon mukaisesti [27,28]:

missä σx.Ed.ser ja τ x.Ed.ser ovat levykentän käyttörajatilan jännityksiä

EN 1990 tavallisen kuormayhdistelmän mukaisesti (ks. kohta 7.3.2.1)

σE lasketaan kaavan (2.11) mukaisesti

b on pienempi arvoista a ja b (ks. kuva 2.30)

kσ määritetään taulukosta 2.10

kτ lasketaan kaavoista (2.111) - (2.113)

Kuva 2.30 Levykentän jännitykset

Jos jännitykset eivät ole vakioita levykentässä, jännitysten arvoiksi otetaan jännitykset etäi-syyksillä 0,4a tai 0,5b , jolloin käytetään pienempää etäisyyttä. Ko. mitta lasketaan levykentänsiinä päässä, jolla ehdon (2.146) vasemmalle puolelle saadaan suurin arvo [12,13,27].

σx.Ed.ser

kσσE------------------

2 1 1τ, x.Ed.ser

kτσE--------------------------

2+ 1 1 (2.146),≤

τ

τa

x

y

b

σx

ψ·σxψ·σx

σx

z



176

2.10.2 Leikkausvoima ja vääntömomentti

Väännön yhteisvaikutus leikkausvoiman kanssa otetaan Eurocoden eri osissa huomioon hie-man eri tavoin. Osan EN 1993-1-1 ohjeita käytetään kun poikkileikkauksen leikkauskestävyyson plastisen leikkauskestävyyden Vpl.Rd suuruinen, ja osan EN 1993-1-5 ohjeita käytetäänkun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä, eli Vb.Rd < Vpl.Rd .

2.10.2.1 Leikkausvoima ja vääntömomentti, kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä

Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaan leikkausvoiman ja vääntömomentin vaikuttaessa sa-manaikaisesti, plastisuusteorian mukainen leikkauskestävyys Vpl.Rd pienennetään arvoonVpl.T.Rd ja leikkausvoiman tulee täyttää seuraava ehto [3,4,5]:

Vääntömomentin pienentämä plastinen leikkauskestävyys Vpl.T.Rd voidaan laskea seuraavis-ta kaavoista [3,4,5]:

missä Vpl.Rd on plastinen leikkauskestävyys kohdan 2.8.1 mukaisesti

τt.Ed on vapaan väännön osuus leikkausjännityksestä kohdan 2.9.2 mukaisesti

poikkileikkauksen tarkasteltavassa osassa (uuma tai laippa, riippuen siitä

tarkastellaanko z-suuntaista vai y-suuntaista leikkauskestävyyttä)



2.10.2.2 Leikkausvoima ja vääntömomentti, kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä

Väännön vaikutukset sisältyvät Eurocoden osassa EN 1993-1-5 leikkauslommahdustarkaste-luihin siten, että mahdollisesta väännöstä aiheutuva leikkaus tulee ottaa huomioon jo määritet-täessä vaikuttavaa leikkausvoimaa VEd (ks. lauseke (2.108) ).

Eurocodessa ei kuitenkaan anneta ohjeita millä tavoin tämä käytännössä suoritetaan. Toisaaltaavoimilla poikkileikkauksilla Eurocode sallii yksinkertaistaa vääntötarkasteluja siten, että vainestetyn väännön vaikutus tarvitsee ottaa huomioon (kohta 2.9.2), jolloin estetyn väännönleikkausjännitys τω voidaan muuntaa vastaavaksi leikkausvoimaksi ΔVEd (ks. esim. kuva2.29b). Kotelopoikkileikkauksilla Eurocode sallii puolestaan yksinkertaistaa vääntötarkastelujasiten, että vain vapaan väännön vaikutus tarvitsee ottaa huomioon, jolloin vapaan väännön

VEd Vpl.T.Rd (2.147)≤

Vpl.T.Rd 1τt.Ed

1 25 fy 3⁄( ) γ M0⁄,---------------------------------------------– Vpl.Rd I-poikkileikkauksille (2.148)⋅=

Vpl.T.Rd 1τt.Ed

fy 3⁄( ) γ M0⁄---------------------------------– Vpl.Rd kotelopoikkileikkauksille (2.149)⋅=



177

leikkausjännitys τt voidaan helposti muuntaa kyseisessä levyosassa vastaavaksi leikkaus-voimaksi ΔVEd .

2.10.3 Taivutusmomentti ja leikkausvoima

Ohjeet samanaikaisen taivutuksen ja leikkauksen yhteisvaikutukselle on esitetty Eurocodenosissa EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-5. Osan EN 1993-1-1 ohjeita käytetään kun poikkileikkauk-sen leikkauskestävyys on plastisen leikkauskestävyyden Vpl.Rd suuruinen, ja osan EN 1993-1-5 ohjeita käytetään kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä, eli Vb.Rd <Vpl.Rd .

2.10.3.1 Taivutusmomentti ja leikkausvoima, kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä

Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaan leikkausvoiman vaikutus taivutuskestävyyteen täytyy ot-taa huomioon, jos leikkausvoima ylittää puolet plastisesta leikkauskestävyydestä, eli VEd >0,5Vpl.Rd . Tällöin poikkileikkausluokan mukaista taivutuskestävyyttä pienennetään käyttämällätarkasteltavan suunnan mukaiselle leikkauspinta-alalle pienennettyä myötölujuutta (1-ρ) fy ,missä ρ on [3,4,5]:

missä VEd on leikkausvoiman mitoitusarvo tarkasteltavassa suunnassa

Vpl.Rd on plastinen leikkauskestävyys tarkasteltavassa suunnassa

kohdan 2.8.1 mukaisesti

Myötölujuuden pienentämisen sijasta voidaan vaihtoehtoisesti pienentää poikkileikkauksenvastaavan osan paksuutta käyttämällä kyseiselle osalle paksuutta (1-ρ) t [3,4,5].

Leikkausvoiman takia pienennetty taivutuskestävyyden mitoitusarvo voidaan vaihtoehtoisestilaskea kaikilla poikkileikkausluokilla plastisen taivutuskestävyyden pienennettynä arvona seu-raavista kaavoista, mutta tällöin tulee lopuksi tarkastaa, että ei ylitetä poikkileikkauksen todel-lisen PL-luokan mukaista kohdan 2.7 mukaisesti laskettua taivutuskestävyyttä Mc.Rd [3,4,5]:

• I-poikkileikkaukselle (kaikki PL-luokat):

• kotelopoikkileikkaukselle (kaikki PL-luokat):

ρ2VEd

Vpl.Rd------------- 1–

2 (2.150)=

MV.y.Rd Wpl.yρAw

2

4tw----------–

fy

γ M0---------⎝ ⎠

⎛ ⎞ mutta MV.y.Rd Mc.y.Rd (2.151)≤=

MV.y.Rd Wpl.yρAw

2

8tw----------–

fy

γ M0---------⎝ ⎠

⎛ ⎞ mutta MV.y.Rd Mc.y.Rd (2.152)≤=



178

missä Aw = hw tw ja ρ lasketaan lausekkeen (2.150) mukaisesti. Lausekkeet (2.151) - (2.152)pätevät y-akselin suhteen symmetriselle I-poikkileikkaukselle ja kotelopoikkileikkaukselle, kunkyseessä on taivutus y-akselin suhteen ja leikkausvoima vaikuttaa z-akselin suunnassa.

Kahden akselin suhteen tapahtuvalle taivutukselle ja samanaikaisille leikkausvoimille eiesitetä Eurocoden osassa EN 1993-1-1 (eikä sitä edeltävässä esistandardissa ENV 1993-1-1)valmista yhteisvaikutusehtoa, vaan ainoastaan yleisen tason periaatteellinen ohjeistus. Euro-coden ohjeita on tältä osin tulkittu eri lähteissä hieman eri tavoin. Tulkintojen perusteella voi-daan esittää seuraavat yhteisvaikutusehdot [44,45]:

• poikkileikkausluokat 1 ja 2:

missä tekijät α ja β saadaan kohdan 2.7.5.1 mukaisesti.

• poikkileikkausluokat 3 ja 4:

Kaikki edellä esitetyt (M+V) yhteisvaikutustarkastelut voidaan PL-luokilla 3 ja 4 vaihto-ehtoisesti korvata von Misesin myötöehtoon perustuvalla jännitystarkastelulla kohdan2.10.1.1 mukaisesti (jolloin ei tehdä leikkausvoimista aiheutuvia laskennallisia pienen-nyksiä paksuuksiin tai lujuuksiin, ja jännitykset - ja poikkileikkausluokan 4 tapauksessayksi tehollinen poikkileikkaus - lasketaan kaikkien voimasuureiden vaikuttaessa saman-aikaisesti).

2.10.3.2 Taivutusmomentti ja leikkausvoima, kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä

Ohjeet yhteisvaikutuksen tarkastamiseksi on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-5 [12,13].

Jos poikkileikkaus on mitoitettu niin, että laipat pystyvät yksinään kantamaan vaikuttavan taivu-tusmomentin (eli MEd ≤ Mf.Rd), taivutuksen ja leikkauksen yhteisvaikutusta ei tarvitse ottaahuomioon.

Muussa tapauksessa taivutuksen ja leikkauslommahduksen yhteisvaikutus täytyy ottaa huomi-oon, jos z-akselin suuntainen leikkausvoima ylittää puolet kohdan 2.8.2 mukaisesta leikkaus-lommahduskestävyyden uuman osuudesta, eli jos VEd > 0,5Vbw.Rd [3,4,5,12,13].

My.Ed

MV.y.Rd----------------

α Mz.Ed

MV.z.Rd----------------

β+ 1 0 (2.153),≤

My.Ed

MV.y.Rd----------------

Mz.Ed

MV.z.Rd----------------+ 1 0 (2.154),≤



179

Taivutuksen ja leikkauksen yhteisvaikutusehto on I-profiililla ja kotelopoikkileikkauksella tällöin[12,13]:


Mf.Rd on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyyden

mitoitusarvo, kun vain teholliset laipat otetaan huomioon (kohta 2.8.2)

Mpl.Rd on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyyden

mitoitusarvo, kun poikkileikkaus koostuu poikkileikkausluokan mukaisesti

tehollisista laipoista ja poikkileikkausluokasta riippumatta täysin tehollisesta

uumasta

VEd on leikkausvoiman mitoitusarvo murtorajatilassa mukaan lukien

mahdollisesta väännöstä aiheutuva leikkaus

Vbw.Rd on uuman osuus poikkileikkauksen leikkauslommahduskestävyydestä

(kohta 2.8.2)

Yhteisvaikutusehto (2.155) pätee kaikilla poikkileikkausluokilla. Yhteisvaikutusehtoa ei tarvitsetarkastaa sellaisessa poikkileikkauksessa, joka on enintään hw / 2 etäisyydellä tuesta, jossaon uuman pystyjäykisteet [12,13].

Jos uuma on varustettu pitkittäisjäykisteillä, osakentät tarkastetaan käyttäen osakentän keski-määräistä leikkausjännitystä ja χw määritetään osakentän leikkauslommahduksen perusteellakohdan 2.8.2 mukaisesti olettamalla pitkittäisjäykisteet jäykiksi [12,13].

Kaava (2.155) kuvaa sitä, että pääosin uumaan kohdistuva leikkausrasitus ei vaikuta laippojenkykyyn kantaa taivutusmomenttia. Suuri leikkausrasitus heikentää siten vain uumalevyjenosuutta taivutuskestävyydessä (ensimmäinen sulkulauseke).

Kotelopalkkia laskettaessa mahdollisesta väännöstä tai laipan suuntaisesta leikkausvoimastaaiheutuvalla laipan leikkausjännityksellä on enemmän merkitystä, ja silloin kaavaan (2.157) si-joitetaan uuman leikkauslommahduskestävyyden paikalle laipan kyseeseen tuleva leikkaus-kestävyys (eli plastinen leikkauskestävyys tai leikkauslommahduskestävyys), ja leikkaus-voiman VEd paikalle laipassa vaikuttava leikkausvoima, kuitenkin vähintään puolet laipan leik-kauskestävyydestä. Samalla kaavaan (2.155) sijoitetaan Mf.Rd = 0, ja tekijän arvoksi ote-taan lausekkeen (2.156) sijasta tekijä lausekkeesta [12,13]:

η1 1Mf.Rd

Mpl.Rd--------------– 2η3 1–( ) 2+ 1 0 kun η1

Mf.Rd

Mpl.Rd-------------- (2.155)≥,≤

η1

MEd

Mpl.Rd-------------- (2.156)=

η3

VEd

Vbw.Rd--------------- (2.157)=

η1η1



180

missä Aeff on poikkileikkauksen tehollinen pinta-ala kun vain tasainen puristus

vaikuttaa poikkileikkaukseen

Weff on poikkileikkauksen tehollinen taivutusvastus kun vain momentti vaikuttaa

tarkasteltavan akselin suhteen

eN on neutraaliakselin siirtyminen tarkasteltavaan suuntaan kun

poikkileikkaukseen kohdistuu vain tasainen puristus

Yhteisvaikutusehdosta (2.155) voidaan ratkaista seuraava lauseke poikkileikkauksen pienen-netylle taivutuskestävyydelle y-akselin suhteen, kun leikkausvoima vaikuttaa vain z-suunnas-sa:

Lauseke (2.159) pätee samoin edellytyksin kuin lauseke (2.155).

Lausekkeen (2.159) taivutuskestävyys muodostuu laippojen taivutuskestävyyden ja pienenne-tyn uuman osuuden summasta. Vertaamalla lausekkeita (2.159) - (2.160) aikaisemmin kohdas-sa 2.10.3.1 esitettyihin ohjeisiin nähdään, että jos poikkileikkauksen uuman hoikkuus on riittä-vän pieni jotta Vbw.Rd → Vpl.Rd , lauseke (2.159) muistuttaa Eurocoden osassa EN 1993-1-1esitettyä ohjetta jonka mukaan poikkileikkausluokan mukaista taivutuskestävyyttä pienenne-tään käyttämällä leikkauspinta-alalle pienennettyä myötölujuutta (1-ρ) fy . Osien EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-5 ohjeiden samannäköisyydestä huolimatta lopputulokset poikkeavat kuitenkintoisistaan lähinnä siksi, että osan EN 1993-1-5 ohjetta sovelletaan kaikille poikkileikkausluokil-le, kun taas osassa EN 1993-1-1 lähtökohtana on poikkileikkausluokan mukaisen taivutuskes-tävyyden pienentäminen. Myös kaavoissa käytettyjen termien määritelmät poikkeavat hiemantoisistaan.

2.10.4 Taivutusmomentti, leikkausvoima ja vääntömomentti

Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaan väännön vaikutus taivutuskestävyyteen otetaan huo-mioon jos leikkausvoima ylittää puolet väännön pienentämästä plastisesta leikkauskestävyy-destä, eli VEd > 0,5Vpl.T.Rd . Pienentynyt taivutuskestävyys lasketaan tällöin kohdan 2.10.3.1mukaisesti, mutta ρ lasketaan kaavasta [3,4,5]:

missä Vpl.T.Rd lasketaan kohdan 2.10.2.1 mukaisesti.

η1NEd

Aeff fy γ M0⁄----------------------------=

My.Ed NEd eNy+

Weff.y fy γ M0⁄-------------------------------------

Mz.Ed NEd eNz+

Weff.z fy γ M0⁄------------------------------------- 1 0 (2.158),≤+ +

MV.y.Rd Mf.Rd Mpl.Rd Mf.Rd–( ) 1 ρbw–( ) (2.159)+=

ρbw2Vz.Ed

Vbw.Rd--------------- 1–

2 (2.160)=

ρ2VEd

Vpl.T.Rd----------------- 1–

2 (2.161)=



181

Osan EN 1993-1-1 ohjeet väännön yhteisvaikutukselle on tarkoitettu kohdan 2.10.3.1 mukai-sesti tilanteelle, jossa leikkauslommahdus ei pienennä plastista leikkauskestävyyttä. Jos sensijaan leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä, yhteisvaikutustarkastelut tehdäänkohdan 2.10.3.2 mukaisesti, jolloin mahdollisen väännön vaikutukset tulee ottaa huomioonvaikuttavassa leikkausvoimassa VEd (väännön vaikutus leikkausvoimassa VEd , ks. kohta2.10.2.2) [12,13].

2.10.5 Taivutusmomentti ja normaalivoima

Taivutusmomentin ja normaalivoiman yhteisvaikutuksen tarkastaminen perustuu poikkileik-kauksen kestävyyden tarkastamiseen, kun sauvan nurjahdusta ja kiepahdusta ei oteta huo-mioon. Poikkileikkausluokan määrittäminen riippuu poikkileikkauksen jännitysjakaumasta.Poikkileikkausluokka voidaan yksinkertaisuuden vuoksi määrittää pelkästään puristusrasituk-sen perusteella, jolloin ollaan varmalla puolella.


Taivutetussa poikkileikkauksessa samanaikainen normaalivoima aiheuttaa jännitysjakaumanmuuttumisen ja neutraaliakselin paikan siirtymisen. Plastisuusteorian mukaisessa mitoitukses-sa (PL-luokat 1 ja 2) neutraaliakselin siirtyminen vaikuttaa poikkileikkausluokkien rajoihin α -kertoimen kautta (ks. taulukot 2.7 ja 2.8). α -kertoimen määrittäminen samanaikaisesti vaikut-tavan taivutuksen ja normaalivoiman tapauksessa on esitetty kohdassa 2.7.1.

Poikkileikkauksen taivutuskestävyys pienenee normaalivoiman vaikutuksesta. Mitoitusehto ontällöin muotoa [3,4,5]:


MN.Rd on normaalivoiman vaikutuksesta pienentynyt poikkileikkauksen

taivutuskestävyys

Plastisuusteorian mukaisen pienentyneen taivutuskestävyyden mitoitusarvo riippuu poikkileik-kauksen muodosta. Eri poikkileikkausten kestävyydet voidaan laskea seuraavista kaavoista[3,4,5]:

Kaksoissymmetriset I-profiilit, kun kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huomioon:

• taivutus y-akselin suhteen:

muulloin:

MEd MN.Rd (2.162)≤

MN.y.Rd Mpl.y.Rd kun NEd

0 5Aw fy,γ M0

-------------------- ja NEd 0 25Npl.Rd (2.163a),≤≤=

MN.y.Rd Mpl.y.Rd1 n–

1 0 5aw,–----------------------- mutta MN.y.Rd Mpl.y.Rd (2.163b)≤=



182

• taivutus z-akselin suhteen:

muulloin:

missä n = NEd / Npl.Rd

aw = Aw / A mutta a ≤ 0,5

Aw = hwtw

Kaksoissymmetriset kotelopoikkileikkaukset, kun kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaahuomioon:

• taivutus y-akselin suhteen:

muulloin:

• taivutus z-akselin suhteen:

muulloin:

missä n = NEd / Npl.Rd aw = Aw / A mutta aw ≤ 0,5

af = Af / A mutta af ≤ 0,5

Aw = 2hw tw

Af = 2bf tf

Kahden akselin suhteen tapahtuvassa taivutuksessa yhteisvaikutusehto on [3,4,5]:

MN.z.Rd Mpl.z.Rd kun NEd

Aw fy

γ M0----------- (2.164a)≤=

MN.z.Rd Mpl.z.Rd 1n aw–

1 aw–---------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2– mutta MN.z.Rd Mpl.z.Rd (2.164b)≤=

MN.y.Rd Mpl.y.Rd kun NEd

0 5Aw fy,γ M0

-------------------- ja NEd 0 25Npl.Rd (2.165a),≤≤=

MN.y.Rd Mpl.y.Rd1 n–

1 0 5aw,–----------------------- mutta MN.y.Rd Mpl.y.Rd (2.165b)≤=

MN.z.Rd Mpl.z.Rd kun NEd

0 5Af fy,γ M0

------------------- ja NEd 0 25Npl.Rd (2.166a),≤≤=

MN.z.Rd Mpl.z.Rd1 n–

1 0 5af,–--------------------- mutta MN.z.Rd Mpl.z.Rd (2.166b)≤=

My.Ed

MN.y.Rd-----------------

α Mz.Ed

MN.z.Rd----------------

β+ 1 0 (2.167),≤



183

Tekijöiden α ja β arvoiksi voidaan ottaa varmalla puolella oleva arvo α = β = 1 tai ne voidaanlaskea seuraavasti [3,4,5]:

I-poikkileikkaukset: α = 2 ja β = 5n, mutta

Kotelopoikkileikkauksille ei ole annettu erikseen tekijöiden arvoja, joten arvoiksi on otettavaα = β = 1 (vrt. taivutuskestävyyden laskenta).

Varmalla puolella olevana likimääräistyksenä voidaan käyttää seuraavaa hyväksikäyttöastei-den lineaariseen summaamiseen perustuvaa yhteisvaikutusehtoa, jota voidaan käyttää myösepäsymmetrisille profiileille [3,4,5]:


Kimmoteorian mukaisessa mitoituksessa taivutetun poikkileikkauksen neutraaliakselin siirtymi-nen samanaikaisen normaalivoiman vaikutuksesta muuttaa poikkileikkauksen reunajännitys-ten suhdetta ψ , jolloin poikkileikkausluokkien rajat muuttuvat taulukoissa 2.7 ja 2.8 esitetynmukaisesti.


Kiinnittimien reijät otetaan tarvittaessa huomioon, ks. kohdat 2.6.1 ja 2.7.4.

Varmalla puolella olevana likimääräistyksenä voidaan käyttää (myös epäsymmetrisille profiileil-le) hyväksikäyttöasteiden lineaarista summaamista [3,4,5]:



β 1 0,≥

NEd

A fy γ M0⁄----------------------

My.Ed

Wpl.y fy γ M0⁄-------------------------------

Mz.Ed

Wpl.z fy γ M0⁄------------------------------- 1 0 (2.168),≤+ +

σx.Ed

fy

γ M0--------- (2.169)≤

NEd

A fy γ M0⁄----------------------

My.Ed

Wel.y fy γ M0⁄-------------------------------

Mz.Ed

Wel.z fy γ M0⁄------------------------------- 1 0 (2.170),≤+ +

σx.Ed

fy

γ M0--------- (2.171)≤



184

Aksiaalinen jännitys σx.Ed määritetään poikkileikkausluokassa 4 tehollisen poikkileikkauksenperusteella. Kiinnittimien reijät otetaan tarvittaessa huomioon, ks. kohdat 2.6.1 ja 2.7.4.

Vaihtoehtona ehdolle (2.171) voidaan tarkastaa seuraava yhteisvaikutusehto [3,4,5,12,13]:







Suureiden NEd , My.Ed , Mz.Ed ja ΔMi = NEd × eNi etumerkit riippuvat vaikuttavien aksiaalistenjännitysten yhdistelmästä.

Jos ainoastaan profiilin uuma kuuluu poikkileikkausluokkaan 4, ja sauvan jännevälin tarkastel-tavassa kohdassa profiili on varustettu jäykistein, jotka ko. kohdassa käytännössä samallamyös estävät normaalijännityksistä aiheutuvan uuman lommahtamisen (yleensä uuman pysty-jäykisteet tai sauvan päähän ympärihitsattu päätylevy), poikkileikkauksen kestävyyden riittä-vyys vaikuttavalle momentin MEd ja normaalivoiman NEd yhdistelmälle voidaan tarkastaabruttopoikkileikkauksen perusteella kuten poikkileikkausluokassa 3. Tällöin tulee kuitenkin li-säksi tarkastaa teholliseen poikkileikkaukseen perustuvan kestävyyden riittävyys kyseisten jäy-kisteiden vieressä kuvan 2.14 mukaisesti etäisyydellä 0,4a tai 0,5b vaikuttavalle momentin janormaalivoiman yhteisvaikutukselle, jolloin käytetään pienempää ko. etäisyyksistä [12,13]. Täs-sä mitta a on levykentän pituus ja mitta b on levykentän korkeus (ks. kuva 2.14). Jos uuma onjaettu yhdellä tai useammalla pitkittäisjäykisteellä osakenttiin, b on korkeimman osakentän kor-keus [31].

2.10.6 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima

Kuten taivutusmomentin ja leikkausvoiman yhteisvaikutuksessa (kohta 2.10.3), myös (M+N+V)yhteisvaikutuksen tarkastaminen on jaettu Eurocodessa osiin EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-5 riip-puen siitä, pienentääkö leikkauslommahdus poikkileikkauksen plastista leikkauskestävyyttä.Osan EN 1993-1-1 ohjeita käytetään kun poikkileikkauksen leikkauskestävyys on plastisenleikkauskestävyyden Vpl.Rd suuruinen, ja osan EN 1993-1-5 ohjeita käytetään kun leikkaus-lommahdus pienentää leikkauskestävyyttä, eli Vb.Rd < Vpl.Rd .

η1NEd

Aeff fy γ M0⁄----------------------------=

My.Ed NEd eNy+

Weff.y fy γ M0⁄-------------------------------------

Mz.Ed NEd eNz+

Weff.z fy γ M0⁄------------------------------------- 1 0 (2.172),≤+ +



185

2.10.6.1 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima, kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä

Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaan leikkausvoiman vaikutusta taivutuskestävyyteen ei tar-vitse ottaa huomioon, jos leikkausvoima on korkeintaan puolet plastisesta leikkauskestävyy-destä, eli VEd ≤ 0,5Vpl.Rd . Tällöin riittää, että tarkastetaan taivutusmomentin ja normaali-voiman yhteisvaikutus kohdan 2.10.5 mukaisesti.

Muussa tapauksessa taivutusmomentin ja normaalivoiman yhteisvaikutuksen mukaisia kestä-vyyksiä (kohta 2.10.5) pienennetään vielä lisää käyttämällä tarkasteltavan suunnan mukaiselleleikkauspinta-alalle (eli leikkausvoiman suuntaisille taso-osille) pienennettyä myötölujuutta(1-ρ) fy , missä ρ lasketaan kohdan 2.10.3.1 mukaisesti [3,4,5].

Myötölujuuden pienentämisen sijasta voidaan vaihtoehtoisesti pienentää poikkileikkauksenvastaavan osan paksuutta käyttämällä kyseiselle osalle paksuutta (1-ρ) t [3,4,5].

Varmalla puolella olevana yksinkertaistuksena voidaan koko poikkileikkaukselle käyttää pie-nennettyä myötölujuutta (1-ρ) fy tai vaihtoehtoisesti pienennettyä paksuutta (1-ρ) t .

2.10.6.1.1 Poikkileikkausluokat 1 ja 2

Neutraaliakselin siirtyminen tapahtuu kuten samanaikaisen taivutuksen ja normaalivoiman ta-pauksessa (ks. kohta 2.10.5.1).

Samanaikaisen taivutusmomentin, normaalivoiman ja leikkausvoiman mitoitusehto on muotoa[3,4,5]:


MN.V.Rd on normaalivoiman ja leikkausvoiman vaikutuksesta pienentynyt

poikkileikkauksen taivutuskestävyys

Plastisuusteorian mukaisen pienentyneen taivutuskestävyyden mitoitusarvo riippuu poikkileik-kauksen muodosta.

Eri poikkileikkausten kestävyydet voidaan laskea seuraavista kaavoista. Kaavat ovat perusra-kenteeltaan pitkälti samoja kuin (M+N) yhteisvaikutuskaavat kohdassa 2.10.5.1, mutta nyt ote-taan lisäksi huomioon leikkausvoiman pienentävä vaikutus leikkausta kulloinkin kantavienpoikkileikkauksen osien kestävyyksissä (pinta-aloissa) ja sitä kautta koko poikkileikkauksessa[3,4,5,45]:

Kaksoissymmetriset I-profiilit, kun kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaa huomioon:

• taivutus y-akselin suhteen (NEd ja Vz.Ed ja M y.Ed ):

MEd MN.V.Rd (2.173)≤

MN.V.y.Rd MV.y.Rd kun NEd

0 5Aw.red fy,γ M0

--------------------------- ja NEd 0 25NV.Rd (2.174a),≤≤=



186

muulloin:

missä nV = NEd / NV.Rd

aV = Aw.red / Atot.red mutta aV ≤ 0,5

Aw.red = (1-ρ z) hw tw

Atot.red = A - ρ z hwtw NV.Rd = Atot.red fy / γM0

ρz ja MV.y.Rd lasketaan kohdan 2.10.3.1 mukaisesti

• taivutus z-akselin suhteen (NEd ja Vy.Ed ja Mz.Ed ):

muulloin:


aV = Aw / Atot.red mutta aV ≤ 0,5

Aw = hwtw

Atot.red = A - 2ρybf tf NV.Rd = Atot.red fy / γM0

ρy ja MV.z.Rd lasketaan kohdan 2.10.3.1 mukaisesti

Kaksoissymmetriset kotelopoikkileikkaukset, kun kiinnittimien reikiä ei tarvitse ottaahuomioon:

• taivutus y-akselin suhteen (NEd ja Vz.Ed ja My.Ed ):

muulloin:


aV = Aw.red / Atot.red mutta aV ≤ 0,5

Aw.red = 2(1-ρ z) hw tw Atot.red = A - 2ρ z hw tw NV.Rd = Atot.red fy / γM0

ρz ja MV.y.Rd lasketaan kohdan 2.10.3.1 mukaisesti

MN.V.y.Rd MV.y.Rd

1 nV–

1 0 5aV,–----------------------- mutta MN.V.y.Rd MV.y.Rd (2.174b)≤=

MN.V.z.Rd MV.z.Rd kun NEd

Aw fy

γ M0----------- (2.175a)≤=

MN.V.z.Rd MV.z.Rd 1nV aV–

1 aV–------------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2– mutta MN.V.z.Rd MV.z.Rd (2.175b)≤=

MN.V.y.Rd MV.y.Rd kun NEd

0 5Aw.red fy,γ M0

--------------------------- ja NEd 0 25NV.Rd (2.176a),≤≤=

MN.V.y.Rd MV.y.Rd

1 nV–

1 0 5aV,–----------------------- mutta MN.V.y.Rd MV.y.Rd (2.176b)≤=



187

• taivutus z-akselin suhteen (NEd ja Vy.Ed ja Mz.Ed):

muulloin:

missä nV = NEd / NV.Rd aV = Af.red / Atot.red mutta aV ≤ 0,5

Af.red = 2(1-ρ y) bf tf Atot.red = A - 2ρ y bf tf NV.Rd = Atot.red fy / γM0

ρy ja MV.z.Rd lasketaan kohdan 2.10.3.1 mukaisesti

Kahden akselin suhteen tapahtuvalle taivutukselle ja samanaikaisille leikkausvoimille eiesitetä Eurocoden osassa EN 1993-1-1 (eikä sitä edeltävässä esistandardissa ENV 1993-1-1)valmista yhteisvaikutusehtoa, vaan ainoastaan yleisen tason periaatteellinen ohjeistus. Euro-coden ohjeita on tältä osin tulkittu eri lähteissä hieman eri tavoin. Tulkintojen perusteella voi-daan esittää seuraava yhteisvaikutusehto [44,45]:

missä tekijät α ja β saadaan kohdan 2.10.5.1 mukaisesti, kuitenkin sillä erolla että lasketta-essa I-poikkileikkaukselle β tekijää käytetään tekijän n sijasta nyt tekijää nV , jonka laskemi-nen y-suuntaisen leikkausvoiman tapauksessa on esitetty lausekkeen (2.175) selitteissä ja z-suuntaisen leikkausvoiman tapauksessa lausekkeen (2.174) selitteissä. Kotelopoikkileikkauk-selle käytetään kohdan 2.10.5.1 mukaisesti arvoja α = β = 1.

Varmalla puolella olevana likimääräistyksenä voidaan käyttää seuraavaa hyväksikäyttöastei-den lineaariseen summaamiseen perustuvaa yhteisvaikutusehtoa, jota voidaan käyttää myösepäsymmetrisille profiileille [3,4,5]:

missä poikkileikkaussuureet A ja Wpl lasketaan käyttäen leikkauspinta-alalle pienennettyälujuutta (1-ρ) fy tai vaihtoehtoisesti pienennettyä paksuutta (1-ρ) t kohdassa 2.10.6.1.2 esitet-tävien periaatteiden mukaisesti.

MN.V.z.Rd MV.z.Rd kun NEd

0 5Af.red fy,γ M0

------------------------- ja NEd 0 25NV.Rd (2.177a),≤≤=

MN.V.z.Rd MV.z.Rd

1 nV–

1 0 5aV,–----------------------- mutta MN.V.z.Rd MV.z.Rd (2.177b)≤=

My.Ed

MN.V.y.Rd--------------------

α Mz.Ed

MN.V.z.Rd--------------------

β+ 1 0 (2.178),≤

NEd

A fy γ M0⁄----------------------

My.Ed

Wpl.y fy γ M0⁄-------------------------------

Mz.Ed

Wpl.z fy γ M0⁄------------------------------- 1 0 (2.179),≤+ +



188

2.10.6.1.2 Poikkileikkausluokat 3 ja 4

Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaan poikkileikkausluokissa 3 ja 4 leikkausvoiman yhteisvai-kutus otetaan huomioon käyttämällä pienennettyä lujuutta (1-ρ) fy leikkauspinta-alalle, kunlasketaan kestävyyksiä ja poikkileikkaussuureita. Pienennetty lujuus voidaan vaihtoehtoisestiottaa huomioon siten, että tehollisen poikkipinnan ja poikkileikkaussuureiden laskennassa leik-kauspinta-alan paksuutena käytetään pienennettyä paksuutta (1-ρ) t. Tekijä ρ lasketaan koh-dan 2.10.3.1 mukaisesti.

Yhteisvaikutuskaavat voidaan esittää seuraavissa muodoissa:

• poikkileikkausluokka 3:

• poikkileikkausluokka 4:

missä A, Aeff , Wel ja Weff lasketaan käyttämällä pienennettyä paksuutta (1-ρ) t leikkaus-voiman suuntaisille taso-osille. Neutraaliakselin paikan muutosta ei lasketa uudelleen. Poikki-leikkaussuureet määritetään kullekin voimasuureelle NEd , My.Ed ja Mz.Ed erikseen vain leik-kausvoimien ja ao. voimasuureen vaikuttaessa (vrt. lauseke (2.172) ). Jos esimerkiksikoteloprofiilissa vaikuttaa leikkausvoima sekä y- että z-suuntiin, profiilin (tehollisen) pinta-alanlaskennassa pienennetään samanaikaisesti sekä uumien että laippojen paksuuksia, jolloin uu-mien paksuutta pienennetään kertoimella (1-ρz) ja laippojen paksuutta kertoimella (1-ρy).Paksuutta pienennetään vain silloin, kun leikkausvoiman mitoitusarvo ylittää puolet plastisestaleikkauskestävyydestä kyseessä olevan taso-osan suunnassa.

Varmalla puolella olevana yksinkertaistuksena voidaan koko poikkileikkaukselle käyttää pie-nennettyä paksuutta (1-ρ) t tai pienennettyä lujuutta (1-ρ) fy . Jälkimmäisessä tapauksessaehtoyhtälöt saadaan muotoon, jossa niiden vasen puoli lasketaan normaalisti ilman pienennyk-siä, ja ehtoyhtälön oikea puoli korvataan termillä (1-ρ). Jos leikkausvoima vaikuttaa samanai-kaisesti sekä y- että z-suuntiin, sijoitetaan termin (1-ρ) paikalle määräävä (eli pienin) termeistä(1-ρy) tai (1-ρz).

Edellä esitetyt (M+N+V) yhteisvaikutustarkastelut voidaan PL-luokilla 3 ja 4 vaihtoehtoi-sesti korvata von Misesin myötöehtoon perustuvalla jännitystarkastelulla kohdan2.10.1.1 mukaisesti (jolloin ei tehdä leikkausvoimista aiheutuvia laskennallisia pienen-nyksiä paksuuksiin tai lujuuksiin, ja jännitykset - ja poikkileikkausluokan 4 tapauksessayksi tehollinen poikkileikkaus - lasketaan kaikkien voimasuureiden vaikuttaessa saman-aikaisesti).

NEd

A fy γ M0⁄----------------------

My.Ed

Wel.y fy γ M0⁄-------------------------------

Mz.Ed

Wel.z fy γ M0⁄------------------------------- 1 0 (2.180),≤+ +

NEd

Aeff fy γ M0⁄----------------------------

My.Ed NEd eNy+

Weff.y fy γ M0⁄-------------------------------------

Mz.Ed NEd eNz+

Weff.z fy γ M0⁄------------------------------------- 1 0 (2.181),≤+ +



189

2.10.6.2 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima, kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä

Jos poikkileikkaukseen vaikuttaa taivutusmomentin ja leikkausvoiman lisäksi myös normaali-voima, yhteisvaikutus tarkastetaan kuten kohdassa 2.10.3.2 on esitetty taivutuksen ja leik-kauksen yhteisvaikutukselle, kuitenkin sillä erotuksella että [12,13]:

• Mpl.Rd korvataan kohdan 2.10.5.1 perusteella lasketulla pienennetyllä taivutuskestävyyden mitoitusarvolla MN.Rd (käyttäen lähtökohtana kohdassa 2.10.3.2 esitetyn mukaisesti poikkileikkausta, joka koostuu poikkileikkausluokan mukaisesti tehollisista laipoista ja poikkileikkausluokasta riippumatta täysin tehollisesta uumasta)

• Mf.Rd korvataan lausekkeen (2.123) mukaisella laippojen pienennetyllä taivutuskestävyyden arvolla MN.f.Rd

Jos normaalivoima on niin suuri että I-profiilin tai kotelopoikkileikkauksen koko uuma on puris-tettu, ei tehdä edellä kuvattuja pienennyksiä, vaan taivutusmomentin, normaalivoiman ja leik-kausvoiman yhteisvaikutus tarkastetaan suoraan kohdan 2.10.3.2 mukaisella lausekkeella(2.155), mutta laippojen taivutuskestävyyden arvoksi asetetaan nyt Mf.Rd = 0 ja tekijän ar-voksi otetaan lausekkeen (2.156) sijasta tekijä lausekkeesta (2.158) [12,13].

Kotelopalkkia laskettaessa, jos laipassa vaikuttaa mahdollisesta väännöstä tai laipan suuntai-sesta leikkausvoimasta aiheutuva leikkausjännitys, yhteisvaikutus tarkastetaan kohdassa2.10.3.2 kotelopalkille esitetyn erillisohjeen mukaisesti, joka pitää sisällään myös normaalivoi-man yhteisvaikutuksen. Näin toimitaan riippumatta siitä, onko uumat kokonaan puristettuna vaiei [12,13].

Edellä esitetyn (M+N+V) yhteisvaikutustarkastelun lisäksi pitää tarkastaa erikseen myös (M+N)yhteisvaikutus mitoitusehdon (2.172) mukaisesti sekä pelkkä leikkauslommahduskestävyysmitoitusehdon (2.108) mukaisesti [12,13].

2.10.7 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja vääntömomentti

Leikkausvoimasta johtuen yhteisvaikutuksen tarkastaminen jakautuu Eurocodessa jälleenosiin EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-5 riippuen siitä, pienentääkö leikkauslommahdus poikkileik-kauksen plastista leikkauskestävyyttä. Osan EN 1993-1-1 ohjeita käytetään kun poikkileik-kauksen leikkauskestävyys on plastisen leikkauskestävyyden Vpl.Rd suuruinen, ja osanEN 1993-1-5 ohjeita käytetään kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä, eliVb.Rd < Vpl.Rd .

2.10.7.1 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja vääntömomentti, kun leikkauslommahdus ei pienennä leikkauskestävyyttä

Kuten kohdassa 2.10.4, väännön lisävaikutusta ei tarvitse ottaa huomioon, jos leikkausvoimaon korkeintaan puolet kohdan 2.10.2.1 mukaisesta väännön pienentämästä plastisesta leik-kauskestävyydestä, eli VEd ≤ 0,5Vpl.T.Rd . Tällöin riittää että tarkastetaan taivutusmomentin janormaalivoiman yhteisvaikutus kohdan 2.10.5 mukaisesti.

η1η1



190

Muussa tapauksessa yhteisvaikutus tarkastetaan kuten ilman vääntöä (eli kohdan 2.10.6.1 mu-kaisesti), mutta ρ lasketaan ottaen huomioon väännön pienentävä vaikutus kohdan 2.10.4 mu-kaisesti.

2.10.7.2 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja vääntömomentti, kun leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä

Taivutusmomentin, normaalivoiman, leikkausvoiman ja vääntömomentin yhteisvaikutus voi-daan tarkastaa kohdan 2.10.6.2 mukaisesti, sillä kuten aikaisemmin on todettu, Eurocodenosan EN 1993-1-5 mukaisissa tarkasteluissa mahdollisen väännön vaikutukset tulee ottaa huo-mioon vaikuttavassa leikkausvoimassa VEd (väännön vaikutus leikkausvoimassa VEd , ks.kohta 2.10.2.2) [12,13].

Esimerkki 2.13

Tarkastetaan profiilin WI350-10-12×200 kestävyys oheisen kuvan mukaiselle kuormitusyh-distelmälle. Teräslaji on S355J2.

Kuormitus:

Poikkileikkausluokitus pelkän tasaisen puristuksen mukaisesti (= varmalla puolella olevayksinkertaistus), kun hitsien vaikutusta ei oteta huomioon:

⇒ profiili mitoitetaan poikkileikkausluokan 3 mukaisesti

Poikkileikkausarvot:

hw c fyη γΜ0

= 326 mm= 95 mm= 355 N/mm2

= 1,20 (taulukko 2.19) = 1,0 (taulukko 2.5)

My.EdMz.EdNEdVz.Ed

= 85,0 kNm= 10,0 kNm= 900,0 kN (puristusta) = 550,0 kN

A Wel.y Wel.z

= 8060 mm2

= 948,7 ·103 mm3

= 160,3 ·103 mm3

NSd

Vz.Sd

Mz.Sd

My.Sd

x

z

y

Vz.Ed

My.Ed

NEd

.Ed

hw tw 326 10 32 6 34 2 poikkileikkausluokka 3⇒,≤,=⁄=⁄c tf 95 12 7 9 8 1 poikkileikkausluokka 2⇒,≤,=⁄=⁄



191

Tarkastetaan poikkileikkauksen kestävyydet yksittäisille voimasuureille:

poikkileikkauksen puristuskestävyys:

taivutuskestävyys y-akselin suhteen:

taivutuskestävyys z-akselin suhteen:

plastinen leikkauskestävyys:

Leikkauslommahdus (hitsien vaikutusta ei oteta huomioon):

⇒ leikkauslommahdusta ei tarvitse ottaa huomioon

Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima:

⇒ leikkausvoiman vaikutus taivutuskestävyyteen täytyy tarkastaa

Lasketaan uudet poikkileikkausarvot, kun uuman paksuutta pienennetään kertoimella (1-ρz ):

tuloksena saadaan seuraavat pienennetyt poikkileikkausarvot:

Ared Wel.y.red Wel.z.red

= 7604 mm2

= 925,6 ·103 mm3

= 160,2 ·103 mm3

Npl.RdAfy

γ M0---------

8060 355⋅1 0,

------------------------- 2861 kN NEd≥ 900 0 kN OK,= = = =

Mel.y.RdWel.y fy

γ M0----------------

948 7, 103

355⋅ ⋅1 0,

----------------------------------------- 336 8 kNm My.Ed≥, 85 0 kNm OK,= = = =

Mel.z.RdWel.z fy

γ M0---------------

160 3, 103

355⋅ ⋅1 0,

----------------------------------------- 56 9 kNm Mz.Ed≥, 10 0 kNm OK,= = = =

AV ηhwtw 1 20, 326 10⋅ ⋅ 3912 mm2= = =

Vpl.z.Rd AV

fy 3⁄γ M0

---------------⋅ 3912 355 3⁄1 0,

--------------------⋅ 801 8 kN Vz.Ed≥, 550 0 kN OK,= = = =

hw

tw------

32610--------- 32 6 72ε

η--------- 72 0 8136,

1 20,------------------⋅ 48 8,= =≤,==

Vz.Ed 550 0 kN 0 5Vpl.z.Rd,>, 0 5 801 8 400 9 kN,=,⋅,= =

ρz2Vz.Ed

Vpl.z.Rd---------------- 1–

2 2 550 0,⋅801 8,

---------------------- 1–2

0 1383,= = =

tw.red 1 ρz–( )tw 1 0 1383,–( ) 10⋅ 8 6 mm,= = =



192

Leikkausvoiman vaikutus momentin ja normaalivoiman yhteisvaikutuskaavoissa voidaanvaihtoehtoisesti ottaa likimääräisesti huomioon varmalla puolella yksinkertaistaen siten,että käytetään pienennettyä lujuutta koko poikkileikkausalalle seuraavasti:

⇒ myös likimääräisellä menetelmällä poikkileikkauksen kestävyys on riittävä tässä esim-erkissä.

Vaihtoehtoisesti koko (M+N+V) yhteisvaikutustarkastelu olisi voitu suorittaa myös von Mis-esin myötöehtoon perustuen poikkileikkauksen kriittisissä pisteissä (laipan kärki sekä uu-man ja laipan risteyskohta). Myös tällöin poikkileikkauksen kestävyys osoittautuisi tässäesimerkissä riittäväksi, joskin vain juuri ja juuri.

Esimerkki 2.14

Jatketaan edellisiä esimerkkejä ja tarkastetaan esimerkin 2.11 profiilin WI1000-6-16×300kestävyys taivutusmomentin, normaalivoiman ja leikkausvoiman yhdistelmälle. Teräslaji onS355J2.

Kuormitus: My.Ed = 1600 kNm , NEd = 115,0 kN (puristusta) , Vz.Ed = 390,0 kN

Poikkileikkausluokitus:

hf hw c fyη γΜ0γΜ1

= 984 mm = 968 mm = 147 mm = 355 N/mm2

= 1,20 (taulukko 2.19) = 1,0 (taulukko 2.5) = 1,0 (taulukko 2.5)

laipat:uuma:

PL3 esimerkistä 2.2 PL4 esimerkistä 2.2 taivutukselle, samaa voidaan käyttää myös tässä esimerkissä

NEd

A red fy γ M0⁄-------------------------------

My.Ed

Wel.y.red fy γ M0⁄--------------------------------------

Mz.Ed

Wel.z.red fy γ M0⁄-------------------------------------- =+ +

900 0, 103⋅

7604 355 1 0,⁄⋅-------------------------------------

85 0, 106⋅

925 6, 103

355 1 0,⁄⋅ ⋅------------------------------------------------------

10 0, 106⋅

160 2, 103

355 1 0,⁄⋅ ⋅------------------------------------------------------ 0,7679 1 0 OK,≤=+ +

NEd

A fy γ M0⁄-----------------------

My.Ed

Wel.y fy γ M0⁄--------------------------------

Mz.Ed

Wel.z fy γ M0⁄------------------------------- =+ +

900 0, 10

3⋅8060 355 1 0,⁄⋅------------------------------------ 85 0, 10

6⋅948 7, 10

3355 1 0,⁄⋅ ⋅

------------------------------------------------10 0, 10

6⋅160 3, 10

3355 1 0,⁄⋅ ⋅

------------------------------------------------- 0 7427 1 ρz 0 8617,=–≤,=+ +



193

Poikkileikkausarvot:

Poikkileikkaukselle saadaan seuraavat kestävyydet:

Edellä esitetystä nähdään, että leikkauslommahdus pienentää leikkauskestävyyttä.

Taivutusmomentin, normaalivoiman ja leikkausvoiman yhteisvaikutus:

Tarkastetaan täytyykö leikkauksen yhteisvaikutus muiden voimasuureiden kanssa ottaa huo-mioon. Koska leikkauslommahduskestävyys pienentää leikkauskestävyyttä, kriteerinä onleikkauslommahduskestävyyden uuman osuus:

⇒ Leikkauslommahduksen yhteisvaikutus taivutuksen ja normaalivoiman kanssa täytyytarkastaa. Yhteisvaikutusta tarkastettaessa on tiedettävä onko uuma kokonaan puristettu vaiei. Jotta poikkileikkauksen jännitysjakauma saataisiin selville, täytyisi periatteessa ensinmäärittää uusi tehollinen poikkileikkaus vaikuttavan normaalivoiman ja taivutusmomentinyhdistelmälle. Tehtävän alkuarvoina annetuista voimasuureista on kuitenkin helppo pää-tellä ilman tarkempaakin laskentaa, että tässä esimerkissä uuma ei ole kokonaan puristettu(pelkän taivutuksen perusteella tarkasteltuna tehollisen poikkileikkauksen vetopuolen jän-nitys olisi tasoa 280 MPa, johon nähden pelkän normaalivoiman aiheuttama noin 10 MPasuuruinen puristusjännitys jää vaikutuksiltaan vähäiseksi jännitysjakauman ja tehollisenpoikkileikkauksen kannalta).

Koska koko uuma ei ole puristettu, taivutusmomentin, normaalivoiman ja leikkausvoimanyhteisvaikutus tarkastetaan taivutuksen ja leikkauksen yhteisvaikutusehdolla, jossa Mpl.Rdkorvataan normaalivoiman pienentämällä taivutuskestävyyden arvolla MN.Rd ja laippojentaivutuskestävyyden arvo Mf.Rd korvataan sen pienennetyllä arvolla MN.f.Rd .

A Aeff Weff.y

= 15408 mm2

= 11159 mm2

= 5153 ·103 mm3tehollinen pinta-ala, kun pelkkä puristus vaikuttaa esimerkistä 2.5, kun pelkkä taivutus vaikuttaa

Nc.RdMeff.y.Rd Mf.y.Rd Vpl.RdVb.RdVbw.RdVbf.Rd

= 3961 kN = 1829 kNm= 1677 kNm= 1428 kN = 672,2 kN = 663,2 kN = 9,0 kN

tehollisen poikkileikkauksen puristuskestävyys taivutuskestävyys, kun pelkkä taivutus vaikuttaa laipoista koostuvan profiilin taivutuskestävyys (esimerkistä 2.11) plastinen leikkauskestävyys leikkauslommahduskestävyys (esimerkistä 2.11) uuman osuus leikkauslommahduskestävyydestä (esimerkistä 2.11)laippojen osuus leikkauslommahduskestävyydestä (esimerkistä 2.11)

Vz.Ed 390 0 kN 0 5Vbw.Rd,>, 0 5, 663 2,⋅ 331 6 kN,= = =



194

Lasketaan ensin normaalivoiman pienentämä laippojen taivustuskestävyys (laipat ovattäysin teholliset):

⇒ Koska pelkät laipat pystyvät normaalivoiman pienentämälläkin taivutuskestävyydelläänkantamaan koko taivutusmomentin ilman uumaa, ei leikkausvoiman (uuman) yhteisvaiku-tusta tarvitse ottaa huomioon. Em. syystä myöskään ehdon (2.172) mukaista (M+N) yhteis-vaikutusta ei tarvitse tällä kertaa tarkastaa.

Leikkausvoima:

Edellä saaduista tuloksista nähdään, että laipat on käytetty jo lähes kokonaan pelkän(M+N) yhteisvaikutuksen kantamiseen. Laippoja ei näin ollen pystytä käytännössä juuri-kaan hyödyntämään leikkauslommahduskestävyydessä, joten yksinkertaistetaan leikkaus-voiman tarkastelua seuraavasti (varmalla puolella oleva yksinkertaistus):

2.11 Hitsatun profiilin kestävyys voimasuureyhdistelmille, kun sauva voi nurjahtaa tai kiepahtaa

2.11.1 Taivutusmomentti ja normaalivoima

Ellei suoriteta toisen kertaluvun mukaista analyysiä, taivutusmomentin ja normaalivoimankuormittaman sauvan kestävyys tarkastetaan seuraavien ohjeiden mukaisesti kun sauva voinurjahtaa tai kiepahtaa (lisäksi tulee tarkastaa poikkileikkauksen kestävyydet kohdan 2.10 mu-kaisesti sauvan kriittisissä kohdissa). Ohjeet perustuvat Eurocoden osassa EN 1993-1-1 esi-tettyihin ohjeisiin, jotka pätevät vakiopoikkileikkauksiselle kaksoissymmetriselle poikkileikkauk-selle, jos se ei ole altis muodonvääristymiselle [3,4,5]. Osan EN 1993-1-1 ohjeita on jäljempänälisäksi laajennettu lähteen [38] mukaisesti, jolloin ohjeet pätevät myös yhden akselin suhteensymmetriselle poikkileikkaukselle (symmetrinen heikomman akselin suhteen).

Rakennejärjestelmän sauvoille kestävyyden tarkastus voidaan tehdä perustuen yksittäistensauvojen tarkasteluun, jotka ajatellaan irrotetuksi rakenteesta. Sivusiirtyvien rakenteiden toi-sen kertaluvun vaikutukset (P-Δ -vaikutukset) otetaan huomioon joko sauvanpäämomenteissatai käyttämällä tarkoituksenmukaisia nurjahduspituuksia (ks. kohta 7.3.2.4) [3,4,5].

Yhteisvaikutuskaavoihin sisältyy toisen kertaluvun ilmiöiden vaikutus kestävyyteen tarkastelta-van sauvan itsensä osalta. Kaavat perustuvat päistään nivelellisesti ja haarukkalaakerein tue-tun yksiaukkoisen sauvan mallintamiseen (tukien välillä joko on tai ei ole sivuttaista jatkuvaatuentaa), ja sauvaan kohdistuu puristusvoima, sauvanpäämomentit ja/tai poikittaisia kuormia.Mahdollisten poikittaisten kuormien ja niistä aiheutuvan leikkausvoiman yhteisvaikutus tuleeotettua tällöin epäsuorasti huomioon momenttipinnan muodon perusteella määräytyvien ekvi-valentin momentin kertoimien avulla (taulukko 2.24).

MN. f.y.Rd Mf.Rd 1NEd

Af1.eff Af2.eff+( ) fyf⋅ γ M0⁄------------------------------------------------------------– 1677 1 115 0, 10

3⋅4800 4800+( ) 355⋅ 1 0,⁄

----------------------------------------------------------–⋅= =

MN. f.y.Rd 1620 kNm My.Ed≥ 1600 kNm= =

Vb.Rd Vbw.Rd Vbf.Rd+ 663 2 0+, 663 2 kN Vz.Ed 390 0 kN OK,=≥,= = =



195

Yhdistetyn taivutuksen ja aksiaalisen puristuksen kuormittamille sauvoille tarkastetaan seuraa-vat ehdot [3,4,5]:

missä NEd, My.Ed ja Mz.Ed ovat puristusvoiman ja sauvan maksimimomenttien

mitoitusarvot

ΔMy.Ed ja ΔMz.Ed ovat neutraaliakselin siirtymisestä aiheutuvat momentit

(vain poikkileikkausluokalla 4)

NRk, My.Rk ja Mz.Rk ovat poikkileikkauksen PL-luokan mukaiset

puristuskestävyyden ja taivutuskestävyyksien ominaisarvot

(taulukko 2.21)

χy ja χz ovat kohdan 2.6.3 mukaisia taivutusnurjahduksen

pienennystekijöitä

χLT on kohdan 2.7.8 mukainen kiepahduksen pienennystekijä

kyy, kyz , kzy ja kzz ovat yhteisvaikutustekijöitä (taulukot 2.22 ja 2.23)

Kun sauvan poikkileikkaus tai tuenta on sellainen, että sauva ei ole altis vääntömuodonmuu-toksille (esim. suljetut poikkileikkaukset kuten WQ-profiili), χLT :n arvoksi valitaan χLT = 1,0 .

Yhteisvaikutustekijät kyy, kyz , kzy ja kzz on Eurocoden osassa EN 1993-1-1 laadittu kahdellevaihtoehtoiselle menetelmälle. Menetelmä 1 on tarkempi, mutta laskennallisesti työläämpi. Me-netelmä 2 antaa enemmän varmalla puolella olevia tuloksia, mutta on laskennallisesti hiemanyksinkertaisempi. Kansallisessa liitteessä valitaan kumpaa menetelmää käytetään.


Käytetään Menetelmää 2 jos se soveltuu. Myös Menetelmää 1 voidaan käyttää.

Standardissa EN 1993-1-1 annetut Menetelmän 2 mukaiset yhteisvaikutustekijät on esitettytaulukoissa 2.22 ja 2.23. Menetelmän 2 taulukkoarvot on jaettu osassa EN 1993-1-1 tuoteläh-töisesti kahteen ryhmään: I-profiilit (valssatut tai hitsatut) ja suorakaiderakenneputket. Hitsaa-malla valmistetuille kotelomaisille suorakaidepoikkileikkauksille ei ole annettu Menetelmän 2suhteen erikseen ohjeita. Tässä käsikirjassa tulkitaan, että niille voidaan käyttää samoja ohjeitakuin rakenneputkille.

NEd

χy

NRk

γ M1---------

---------------- kyyMy.Ed ΔMy.Ed+

χLT

My.Rk

γ M1-------------

------------------------------------ kyz

Mz.Ed ΔMz.Ed+

Mz.Rk

γ M1------------

------------------------------------++ 1 0 (2.182),≤

NEd

χz

NRk

γ M1---------

---------------- kzyMy.Ed ΔMy.Ed+

χLT

My.Rk

γ M1------------

------------------------------------ kzz

Mz.Ed ΔMz.Ed+

Mz.Rk

γ M1------------

------------------------------------++ 1 0 (2.183),≤



196

Taulukko 2.21 Arvot NRk , Mi.Rk ja ΔMi.Ed eri PL-luokille [3,4,5]

Edellä esitetyt ohjeet soveltuvat myös yhden akselin suhteen symmetriselle poikkileikkaukselleseuraavin lisäohjein, kun [38]:

• poikkileikkaus on symmetrinen heikomman akselin suhteen, ja • laippojen ja uuman materiaalit ovat samaa lujuusluokkaa, ja • uuman ainepaksuus on vakio ja uumassa ei ole systeemiaukotusta, ja • normaalivoima vaikuttaa poikkileikkauksen neutraaliakselin kautta, ja • kuormien aiheuttama taivutusmomentti vaikuttaa ainoastaan vahvemman akselin suhteen (eli Mz.Ed = 0).

Menetelmän 2 mukaisessa tarkastelussa ohjeita sovelletaan nyt siten, että lausekkeet (2.182)ja (2.183) korvataan seuraavilla lausekkeilla, joissa yhteisvaikutuksen tarkastaminen rajoite-taan kaikilla poikkileikkausluokilla kimmoteorian mukaiseen kestävyystarkasteluun (PL-luokilla1...3 bruttopoikkileikkaus, ja PL-luokalla 4 tehollinen poikkileikkaus):

• PL-luokat 1...3:

missä:

Suure PL1 PL2 PL3 PL4

NRk fy A fy A fy A fy A eff

My.Rk fyWpl.y fyWpl.y fyWel.y fyWeff.y

Mz.Rk fyWpl.z fyWpl.z fyWel.z fyWeff.z

ΔMy.Ed 0 0 0 eN.y NEd

ΔMz.Ed 0 0 0 eN.z NEd

NEd

χmin

Afy

γ M1---------

--------------------- kyy

My.Ed

χLT

Wel.y fy

γ M1----------------

---------------------------+ 1 0 (2.184),≤

NEd

χmin

Afy

γ M1---------

--------------------- kzy

My.Ed

χLT

Wel.y fy

γ M1----------------

---------------------------+ 1 0 (2.185),≤

χmin min χy χz χLT ] (2.186), ,[=

kyy Cmy 1 0 6 λyNEd

χmin

Afy

γ M1---------

---------------------,+ Cmy 1 0 6NEd

χmin

Afy

γ M1---------

---------------------,+ (2.187)≤=

kzy 0 8 kyy kun sauva ei ole altis vääntömuodonmuutoksille (2.188a),=



197

muussa tapauksessa:

Lausekkeissa (2.187) - (2.188) tarvittavat tekijät Cmy ja CmLT saadaan taulukosta 2.24.

• PL-luokka 4:

missä:

muussa tapauksessa:

Lausekkeissa (2.192) - (2.193) tarvittavat tekijät Cmy ja CmLT saadaan taulukosta 2.24.

kzy 10 05λz,

CmLT 0 25,–------------------------------

NEd

χmin

Afy

γ M1---------

--------------------- 1 0 05,CmLT 0 25,–------------------------------

NEd

χmin

Afy

γ M1---------

--------------------- (2.188b)⋅–≥⋅–=

NEd

χmin

Aeff fy

γ M1-------------

------------------------- kyy

My.Ed ΔMy.Ed+

χLT

Weff.y fy

γ M1------------------

------------------------------------+ 1 0 (2.189),≤

NEd

χmin

Aeff fy

γ M1-------------

------------------------- kzy

My.Ed ΔMy.Ed+

χLT

Weff.y fy

γ M1------------------

------------------------------------+ 1 0 (2.190),≤

χmin min χy χz χLT ] (2.191), ,[=

kyy Cmy 1 0 6 λyNEd

χmin

Aeff fy

γ M1-------------

-------------------------,+ Cmy 1 0 6NEd

χmin

Aeff fy

γ M1-------------

-------------------------,+ (2.192)≤=

kzy 0 8 kyy kun sauva ei ole altis vääntömuodonmuutoksille (2.193a),=

kzy 10 05λz,

CmLT 0 25,–------------------------------

NEd

χmin

Aeff fy

γ M1-------------

------------------------- 1 0 05,CmLT 0 25,–------------------------------

NEd

χmin

Aeff fy

γ M1-------------

------------------------- (2.193b)⋅–≥⋅–=



198

Taulukko 2.22 Yhteisvaikutustekijät kij sauvoille, jotka eivät ole alttiit vääntö- muodonmuutoksille [3,4,5]

Yhteis-vaikutus-tekijät

Poikkileikkaus-tyyppi

Suunnitteluoletukset

Kimmoteorian mukaiset poikkileikkausominaisuudet,poikkileikkausluokat 3 ja 4

Plastisuusteorian mukaiset poikkileikkausominaisuudet,poikkileikkausluokat 1 ja 2

kyy

I-profiilitja

suorakaide-putket

kyz

I-profiilitja

suorakaide-putket

kzz 0,6 kzz

kzy

I-profiilitja

suorakaide-putket

0,8 kyy 0,6 kyy

kzz

I-profiilit

Suorakaide-putket

- I-poikkileikkauksille ja suorakaiteen muotoisille rakenneputkille, joihin kohdistuu aksiaalinen puristus ja taivutus My.Ed yhden akselin suhteen, tekijälle kzy voidaan valita arvo kzy = 0. - Tekijöille kij taulukossa esitetyt raja-arvot eivät tarkoita voimassaoloehtoa, vaan laskelmissa ao. tekijälle käytettävää raja-arvoa.

Cmy 1 0 6 λyNEd

χy NRk γ M1⁄----------------------------,+

C≤ my 1 0 6NEd

χy NRk γ M1⁄----------------------------,+

Cmy 1 0 2 λy–,( )NEd

χy NRk γ M1⁄----------------------------+

C≤ my 1 0 8NEd

χy NRk γ M1⁄----------------------------,+

Cmz 1 0 6 λzNEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------,+

C≤ mz 1 0 6NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------,+

Cmz 1 2λz 0 6,–( )NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------+

C≤ mz 1 1 4NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------,+

Cmz 1 λz 0 2,–( )NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------+

C≤ mz 1 0 8NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------,+



199

Taulukko 2.23 Yhteisvaikutustekijät kij sauvoille, jotka ovat alttiit vääntö- muodonmuutoksille [3,4,5]

Yhteis-vaikutus-tekijät

Suunnitteluoletukset

Kimmoteorian mukaiset poikkileikkausominaisuudet,poikkileikkausluokat 3 ja 4

Plastisuusteorian mukaiset poikkileikkausominaisuudet,poikkileikkausluokat 1 ja 2

kyy kyy taulukon 2.22 mukaisesti kyy taulukon 2.22 mukaisesti

kyz kyz taulukon 2.22 mukaisesti kyz taulukon 2.22 mukaisesti

kzy

kun λ z < 0,4 :

kzz kzz taulukon 2.22 mukaisesti kzz taulukon 2.22 mukaisesti

Tekijöille kij taulukossa esitetyt raja-arvot eivät tarkoita voimassaoloehtoa, vaan laskelmissa ao. tekijälle käytettävää raja-arvoa.

10 05λz,

CmLT 0 25,–( )-----------------------------------

NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------⋅–

1 0 05,CmLT 0 25,–( )

-----------------------------------NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------⋅–≥

10 1λz,

CmLT 0 25,–( )-----------------------------------

NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------⋅–

1 0 1,CmLT 0 25,–( )

-----------------------------------NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------⋅–≥

kzy 0 6 λz+,=

10 1λz,

CmLT 0 25,–( )-----------------------------------

NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------⋅–≤



200

Taulukko 2.24 Ekvivalentin momentin kertoimet Cmi taulukoissa 2.22 ja 2.23 [3,4,5]

2.11.2 Taivutusmomentti, normaalivoima ja leikkausvoima

Samanaikaisen taivutusmomentin, normaalivoiman ja leikkausvoiman yhteisvaikutukselle onEurocodessa esitetty tarvittavat yhteisvaikutustarkastelut omana kohtanaan ainoastaan poikki-leikkauksen kestävyyden suhteen. Kyseiselle voimasuureyhdistelmälle ei ole esitetty erikseenohjeita nurjahtavaa tai kiepahtavaa sauvaa koskien.

(M+N+V) yhteisvaikutus sisältyy kuitenkin kohdan 2.11.1 mukaiseen nurjahtavan tai kiepahta-van sauvan (M+N) yhteisvaikutukseen, jossa mahdollisten poikittaisten kuormien ja niistä ai-heutuvan leikkausvoiman yhteisvaikutus on otettu epäsuorasti huomioon momenttipinnanmuodon perusteella määräytyvien ekvivalentin momentin kertoimien avulla (taulukko 2.24).

Momenttipinta Alue

Cmy ja Cmz ja CmLT

Tasan jakautunut kuormitus

Pistemäinen kuormitus

-1 ≤ ψ ≤ 1 0,6 + 0,4ψ ≥ 0,4

0 ≤ αs ≤ 1 -1 ≤ ψ ≤ 1 0,2 + 0,8αs ≥ 0,4 0,2 + 0,8αs ≥ 0,4

-1 ≤ αs < 0 0 ≤ ψ ≤ 1 0,1 - 0,8αs ≥ 0,4 - 0,8αs ≥ 0,4

-1 ≤ ψ < 0 0,1(1-ψ) - 0,8αs ≥ 0,4 0,2(-ψ) - 0,8αs ≥ 0,4

0 ≤ αh ≤ 1 -1 ≤ ψ ≤ 1 0,95 + 0,05αh 0,90 + 0,10αh

-1 ≤ αh < 0 0 ≤ ψ ≤ 1 0,95 + 0,05αh 0,90 + 0,10αh

-1 ≤ ψ < 0 0,95 + 0,05αh(1+2ψ) 0,90 + 0,10αh(1+2ψ) a)

Sivusiirtyvien kehien sauvoille ekvivalentin momentin kertoimiksi valitaan arvot Cmy = 0,9 tai Cmz = 0,9

Kertoimet Cmy , Cmz ja CmLT valitaan kyseeseen tulevien tukipisteiden välisen taivutusmomenttipinnan mukaan seuraavasti:

Momenttikerroin Akseli, jonka suhteen Taso, jossa tukipisteet taivutus tapahtuu ovat sivusiirtymättömiä Cmy y-y z-z Cmz z-z y-y CmLT y-y y-y

a) Lauseke on korjattu lähteen [5] mukaisesti.

Tekijöille Cmi taulukossa esitetyt raja-arvot eivät tarkoita voimassaoloehtoa, vaan laskelmissa ao. tekijälle käytettävää raja-arvoa.

ψMM

ψMhMh Ms

αs = Ms / Mh

ψMhMh

αh = Mh / M s



201

2.11.3 Taivutusmomentti, normaalivoima, leikkausvoima ja vääntömomentti

Kun vääntömomentti vaikuttaa poikkileikkaukseen samanaikaisesti taivutusmomentin kanssa,profiili taipuu ja kiertyy akselinsa ympäri kuvan 2.31 mukaisesti. Syntyvien siirtymien takia voi-masuureet jakaantuvat uudestaan. Lisäksi vääntömomentti kasvaa, koska kuormitus ei kuljeenää vääntökeskiön kautta. Syntyneet lisävaikutukset kasvattavat poikkileikkauksen siirtymiä,minkä johdosta voimasuureet jälleen kasvavat. Tapahtumaketju jatkuu niin kauan, kunnes saa-vutetaan tasapainotila tai sauva menettää kantokykynsä stabiliteetin menetyksenä tai poikki-leikkauksen kestävyys ylittyy. Edellä mainitut ns. toisen kertaluvun voimasuureet on otettavahuomioon, kun lasketaan väännön yhteisvaikutusta muiden voimasuureiden kanssa.

Eurocodessa ei anneta ohjeita yhteisvaikutuksen tarkastamiseksi tällaisessa tilanteessa, silläkäsin laskien tarkastaminen olisi työlästä tai mahdotonta. Sopivan tietokoneohjelman avullavoidaan laskea rakenteen stabiliteetti esimerkiksi elementtimenetelmällä, kun vaaditut jäyk-kyysmatriisit ovat tiedossa. Yksi mahdollinen ratkaisu jäykkyysmatriiseille esitetään lähteessä[46].

Kuormitus vaikuttaa yhtenä tekijänä stabiliteettimurtoon ja kuormituksen muuttaminen aiheut-taa aina sauvaan uuden tilanteen, joka on tarkastettava.

Kuva 2.31 Väännöstä aiheutuvat lisämomentit

Mikäli mahdollista, kannattaa pyrkiä rakenteellisin ratkaisuin välttämään väännön syntyminen,jolloin monet edellisissä kohdissa esitetyt tarkastelut yksinkertaistuvat. Käytännössä tämä ta-pahtuu suunnittelemalla rakenne niin, että kuormien vaikutuslinjat kulkevat poikkileikkauksenvääntökeskiön (eli leikkauskeskiön) kautta, jolloin ei pääse syntymään sekundääristä vääntöä.Mikäli tämä ei ole mahdollista, tai sauvaan kohdistuu varsinainen primäärinen vääntömomentti,sauvan vääntyminen voidaan estää riittävällä ja riittävän tiheällä tuennalla.

Poikkileikkauksen muodon valinnalla on tässä myös olennainen merkitys: kotelopoikkileikkauskestää vääntöä ja sietää siten myös pienistä kuorman epäkeskeisyyksistä aiheutuvia sekun-däärisiä vääntörasituksia huomattavasti paremmin kuin avoin poikkileikkaus (I-profiili).

F

F



202

Esimerkki 2.15

Tarkastetaan profiilin WI400-12-15×250 kestävyys oheisen kuvan mukaiselle kuormitusyh-distelmälle. Teräslaji on S355J2. Sauvan nurjahduspituus on 6,0 m molempien pääakseliensuhteen. Tarkastetaan sauva kahdella eri tuentatapauksella: a) sauva on tuettu kiertymättömäksi pituusakselinsa ympäri ja b) sauva pääsee vapaasti kiertymään.

Kuormitus:


Poikkileikkausluokitus pelkän tasaisen puristuksen mukaisesti (= varmalla puolella olevayksinkertaistus), kun hitsien vaikutusta ei oteta huomioon:

Poikkileikkaukselle saadaan seuraavat kestävyydet:

NEdMy.EdMz.Ed

= 860 kN = 50,0 kNm= 15,0 kNm

hw c A

ItIω

= 370 mm= 119 mm= 11940 mm2

= 77,6 ·104 mm4

= 1449 ·109 mm6

IyWel.yWpl.y

fy γM0 γM1

= 328,7 ·106 mm4

= 1644 ·103 mm3

= 1855 ·103 mm3

= 355 N/mm2

= 1,0 (taulukko 2.5)= 1,0 (taulukko 2.5)

IzWel.zWpl.z

= 39,1·106 mm4

= 312,8 ·103 mm3

= 482,1·103 mm3

Npl.Rd

Mpl.y.Rd

Mpl.z.Rd

= 4239 kN

= 658,5 kNm

= 171,1 kNm

puristuskestävyys

taivutuskestävyys y-akselin suhteen

taivutuskestävyys z-akselin suhteen

��

��

NSdNSd

My.Sd Mz.Sd

z

y

6000

NEd NEd

My.Ed Mz.Ed

hw tw 370 12 30 8 30 9 poikkileikkausluokka 2⇒,≤,=⁄=⁄

c tf 119 15 7 9 8 1 poikkileikkausluokka 2⇒,≤,=⁄=⁄



203

Sauvalle saadaan seuraavat kestävyydet ja apusuureet:

Esimerkissä rajaudutaan tarkastamaan voimasuureiden yhteisvaikutus sauvan stabiiliudenkannalta. Lukijan tehtäväksi jää tarkastaa poikkileikkauksen kestävyys vaikuttaville voima-suureille ja niiden yhteisvaikutuksille (esimerkin alkuarvoissa ei ole annettu leikkausvoimiaVy.Ed ja Vz.Ed, mutta ne on mahdollista ratkaista taivutusmomenteille esitetyistä tiedoista).

Tarkastetaan sauvan kestävyys voimasuureyhdistelmälle:

a) Sauva on tuettu kiertymättömäksi pituusakselinsa ympäri:

χLT = 1,0 (tuennan ansiosta sauva ei pääse kiepahtamaan)

Taivutus y-akselin suhteen: momenttipinnan muodosta saadaan (tasan jakautunut kuormitus):

Taivutus z-akselin suhteen: momenttipinnan muodosta saadaan (pistekuorma keskellä jännettä):

λy

λz

λT

λLT

= 0,4733

= 1,372

= 0,9447

= 1,201

χy

χz

χT

χLT

= 0,8958

= 0,3599

= 0,5723

= 0,4335

Nb.y.Rd

Nb.z.Rd

NT.b.Rd

Mb.Rd

= 3797 kN

= 1526 kN

= 2426 kN

= 285,5 kNm

nurjahduskestävyys y-akselin suhteen

nurjahduskestävyys z-akselin suhteen

vääntönurjahduskestävyys

kiepahduskestävyys

λy

λz

= 0,4733

= 1,372

χy

χz

= 0,8958

= 0,3599

nurjahdus y-akselin suhteen

nurjahdus z-akselin suhteen

αh Mh Ms⁄ 0 50 0,⁄ 0= = =

ψ 1 0,=

Cmy 0 95 0 05αh,+, 0 95 0+, 0 95,= = =

αh Mh Ms⁄ 0 15 0,⁄ 0= = =

ψ 1 0,=

Cmz 0 90 0 10αh,+, 0 90 0+, 0 90,= = =



204

Yhteisvaikutustekijät:

kzz kuitenkin enintään:

⇒ kzz = 1,610

Tarkastetaan yhteisvaikutuskaavat:

kyy Cmy 1 0 2 λy–,( )NEd

χy NRk γ M1⁄----------------------------+=

0 95 1 0 2 0 4733,–,( ) 860 103⋅

0 8958, 11940 355⋅ 1 0,⁄⋅----------------------------------------------------------------⋅+⋅,=

kyy 0 8912 Cmy 1 0 8NEd

χy NRk γ M1⁄----------------------------,+≤, 1 122,= =

kzz Cmz 1 2λz 0 6,–( )NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------+=

0 90 1 2 1 372,⋅ 0 6,–( ) 860 103⋅

0 3599 11940 355⋅ 1 0,⁄⋅,----------------------------------------------------------------⋅+⋅,=

kzz 1 988,=

kzz Cmz 1 1 4NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------,+≤ 1 610,=

kyz 0 6kzz, 0 6 1 610,⋅, 0 9660,= = =

kzy 0 6kyy, 0 6 0 8912,⋅, 0 5347,= = =

NEd

χy

NRk

γ M1---------

---------------- kyyMy.Ed ΔMy.Ed+

χLT

My.Rk

γ M1-------------

------------------------------------ kyz

Mz.Ed ΔMz.Ed+

Mz.Rk

γ M1------------

------------------------------------++

860 103⋅

0 8958 11940 355⋅1 0,

----------------------------⋅,--------------------------------------------------= 0 8912 50 0, 10

6⋅ 0+

1 0 1855 103

355⋅ ⋅1 0,

-------------------------------------⋅,----------------------------------------------------⋅, 0 966 15 0 10

6⋅, 0+

482 1, 103

355⋅ ⋅1 0,

---------------------------------------

---------------------------------------⋅,++

0= 2265 0 0677 0 0847,+,+, 0 3789 1 0 OK,≤,=



205

b) Sauva pääsee kiertymään vapaasti pituusakselinsa ympäri (sauvan päissä kuitenkin haa-rukkatuenta):

χLT = 0,4335 CmLT = Cmy = 0,95

Yhteisvaikutustekijät:

kyy = 0,8912 (kuten edellä) kyz = 0,9660 (kuten edellä) kzz = 1,610 (kuten edellä)

λz = 1,372 ≥ 0,4 ⇒

kzy kuitenkin vähintään:

⇒ kzy = 0,9195

λy

λz

= 0,4733

= 1,372

χy

χz

= 0,8958

= 0,3599

nurjahdus y-akselin suhteen

nurjahdus z-akselin suhteen

NEd

χz

NRk

γ M1---------

---------------- kzyMy.Ed ΔMy.Ed+

χLT

My.Rk

γ M1------------

------------------------------------ kzz

Mz.Ed ΔMz.Ed+

Mz.Rk

γ M1------------

------------------------------------++

860 103⋅

0 3599 11940 355⋅1 0,

---------------------------⋅,--------------------------------------------------= 0 5347 50 0, 10

6⋅ 0+

1 0 1855 103

355⋅ ⋅1 0,

-------------------------------------⋅,----------------------------------------------------⋅, 1 610 15 0 10

6⋅, 0+

482 1, 103

355⋅ ⋅1 0,

---------------------------------------

---------------------------------------⋅,++

0= 5637 0 0406 0 1411,+,+, 0 7454 1 0 OK,≤,=

kzy 10 1λz,

CmLT 0 25,–( )----------------------------------

NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------⋅– 1 0 1 1 372,⋅,

0 95, 0 25,–( )---------------------------------

860 103⋅

0 3599 11940 355⋅ 1 0,⁄⋅,-----------------------------------------------------------⋅–= =

0 8895,=

kzy 1 0 1,CmLT 0 25,–( )

----------------------------------NEd

χz NRk γ M1⁄----------------------------⋅–≥ 1 0 1,

0 95, 0 25,–( )---------------------------------

860 103⋅

0 3599 11940 355⋅ 1 0,⁄⋅,-----------------------------------------------------------⋅–=

0 9195,=



206

Tarkastetaan yhteisvaikutuskaavat:

NEd

χy

NRk

γ M1---------

---------------- kyyMy.Ed ΔMy.Ed+

χLT

My.Rk

γ M1-------------

------------------------------------ kyz

Mz.Ed ΔMz.Ed+

Mz.Rk

γ M1------------

------------------------------------++ =

860 103⋅

0 8958 11940 355⋅1 0,

----------------------------⋅,-------------------------------------------------= 0 8912 50 0, 10

6⋅ 0+

0 4335 1855 103

355⋅ ⋅1 0,

-----------------------------------⋅,--------------------------------------------------------⋅, 0 966 15 0 10

6⋅, 0+

482 1, 103

355⋅ ⋅1 0,

---------------------------------------

---------------------------------------⋅,++

0= 2265 0 1561 0 0847,+,+, 0 4673 1 0 OK,≤,=

NEd

χz

NRk

γ M1---------

---------------- kzyMy.Ed ΔMy.Ed+

χLT

My.Rk

γ M1------------

------------------------------------ kzz

Mz.Ed ΔMz.Ed+

Mz.Rk

γ M1------------

------------------------------------++

860 103⋅

0 3599 11940 355⋅1 0,

---------------------------⋅,-------------------------------------------------= 0 9195 50 0, 10

6⋅ 0+

0 4335 1855 103

355⋅ ⋅1 0,

-----------------------------------⋅,--------------------------------------------------------⋅, 1 610 15 0 10

6⋅, 0+

482 1, 103

355⋅ ⋅1 0,

---------------------------------------

---------------------------------------⋅,++

0= 5637 0 1610 0 1411,+,+, 0 8658 1 0 OK,≤,=



207

2.12 Hitsatun profiilin pistekuormakestävyys

2.12.1 Uuman poikittainen jännitys pistekuorman kohdalla

Laipan kautta vaikuttavasta pistekuormasta uumaan aiheutuva poikittainen jännitys ja sen pys-tysuuntainen jakauma on esitetty kuvassa 2.32. Jännityksen maksimi arvo vaikuttaa heti laipanalla laipan ja uuman yhtymäkohdassa (z = 0), minkä jälkeen jännitys pienenee nopeasti.

Kuva 2.32 Pistekuorman aiheuttaman poikittaisen jännityksen pystysuuntainen jakauma jäykistämättömässä uumassa [31]

Poikittaisen jännityksen σz.Ed kimmoteorian mukainen arvo etäisyydellä z uuman reunastavoidaan laskea kaavasta [12,13]:

missä FEd on pistekuorman mitoitusarvo murtorajatilassa

ast.1 on pistekuorman kohdalla sijaitsevien mahdollisten poikittaisjäykisteiden

bruttopinta-ala, joka ajatellaan levitetyksi matkalle se . Yksinkertaistuksena

voidaan käyttää arvoa, joka on jäykisteiden bruttopinta-ala jaettuna niiden

välisellä etäisyydellä sst

z/(F/(twse))

5

10

se

F

z/se

0,25 0,5 0,75 1

se=ss+2tf

z / se

σz / (F/(twse))

se = ss + 2tf

se

F

σz.Ed

FEd

beff tw ast.1+( )---------------------------------- (2.194)=

beff se 1 zse n-------

2+ (2.195)=

n 0 636 10 878 ast.1,

tw-------------------------+ (2.196),=

se ss 2tf (2.197)+=



208

tw on uuman paksuus

tf on sen laipan paksuus, jonka kautta pistekuorma vaikuttaa

z on etäisyys laipasta

ss on on jäykän tukipinnan pituus kohdan 2.12.2 mukaisesti

se on esitetty kuvassa 2.33

Kaavasta (2.194) laskettua poikittaisen jännityksen kimmoteorian mukaista arvoa ei käytetäprofiilin pistekuormakestävyyden laskennassa, mutta sitä tarvitaan uuman myötöehdon tarkas-tamisessa kohdassa 2.12.3.1. Kimmoteorian mukaista jännityksen arvoa käytetään myös vä-symistarkasteluissa.

Kuva 2.33 Pistekuorman aiheuttaman poikittaisen jännityksen vaakasuuntainen jakauma [12,13]

2.12.2 Pistekuormakestävyys

Tässä esitetyt ohjeet on tarkoitettu palkkirakenteiden pistekuormakestävyyden määrittämi-seen. Pistekuormakestävyys liittyen palkki-pilariliitoksiin tai ristikkoliitoksiin; ks. Eurocoden osaEN 1993-1-8.

Pistekuormiin luetaan varsinaisten ulkoisten pistekuormien lisäksi myös palkin tukireaktiot.

32

1 Jäykiste

σz.Ed

sst

z

Fz.Ed

se

ss

tf

tw1

1:1

beff

2 Yksinkertaistettu jännitysjakauma 3 Todellinen jännitysjakauma



209

Pistekuormat voidaan jakaa kuvan 2.34 mukaisiin tapauksiin:

• Tyyppi (a): kuorma vaikuttaa yhden laipan kautta ja siirtyy uumaan leikkausvoimien välityksellä

• Tyyppi (b): kuorma vaikuttaa yhden laipan kautta ja siirtyy uuman kautta suoraan toiselle laipalle

• Tyyppi (c): kuorma vaikuttaa yhden laipan kautta jäykistämättömän sauvan pään lähellä.

Kuva 2.34 Pistekuormitustapaukset ja vastaavat lommahduskertoimet, kun uumassa ei ole pituussuuntaisia jäykisteitä [12,13]

Pistekuormalle määritetään aluksi kuvan 2.35 perusteella ns. jäykän tukipinnan pituus ss , elipituus jolle laipan päällä oleva pistekuorma laskennallisesti kohdistuu. Kuorman oletetaan täl-löin leviävän 45º kulmassa. Mitta ss saa kuitenkin olla korkeintaan uuman korkeus hw [12,13].

Kuva 2.35 Pistekuorman jakaantumispituus

Jos kuormaa välittävä kantopinta muodostaa kulman laipan pinnan kanssa (kuva 2.35, viimei-nen tapaus), pituuden ss arvoksi valitaan ss = 0 [12,13].

FEd FEd FEd

ss ss ssV1.Edc VEdV2.Ed

a

hw

Tyyppi (a) Tyyppi (b) Tyyppi (c)

kF 6 2hw

a------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

+= kF 3 5, 2hw

a------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2

+= kF 2 6ss c+

hw-------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 6≤+=

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

FSd FSd FSd FSd FSd FSd

ss ss ss ss ss ss = 0 t f

45° 45°FEd FEd FEd FEd FEd FEd



210

Kuvan 2.35 neljännessä tapauksessa, kun kuorma vaikuttaa kahden laakerirullan kautta, tar-kastelu suoritetaan kahtena eri tapauksena siten, että ensin kestävyys tarkastetaan käyttäenkuormalle FEd pituutta ss kuvan 2.35 mukaisesti, ja sen jälkeen tarkastetaan tilanne kummal-lekin yksittäiselle kuormalle FEd /2 erikseen käyttäen pituutta ss = 0 [31].

Yleisesti, jos useita pistemäisiä kuormia sijaitsee lähellä toisiaan, kestävyys tarkastetaan kul-lekin yksittäiselle kuormalle sekä kokonaiskuormalle. Jälkimmäisessä tapauksessa pituuden ssarvoksi valitaan äärimmäisten pistekuormien keskiöiden välinen etäisyys [12,13].

Kuvan 2.35 perusteella jakaantumispituudelle ss voidaan johtaa seuraavat kaavat:

missä tw on I-profiilin uuman paksuus

tf on I-profiilin laipan paksuus

ri on valssatun I-profiilin tai rakenneputken nurkan sisäpuolinen pyöristyssäde

a on hitsatun I-profiilin kaulahitsin a-mitta

t on rakenneputken seinämän paksuus

Pistekuormakestävyyden mitoitusehdoksi saadaan [12,13]:

missä FEd on pistekuorman mitoitusarvo murtorajatilassa

FRd on pistekuormakestävyyden mitoitusarvo

Jäykistämättömille ja jäykistetyille uumille pistekuormakestävyyden mitoitusarvo paikallisenlommahduksen suhteen lasketaan kaavasta [12,13]:

ss tw 2tf 2 2 2–( )ri (kuorma valssatulta profiililta) (2.198)+ +=

ss tw 2tf 2 2a (kuorma hitsatulta profiililta) (2.199)+ +=

ss 2t 2 2–( )ri (kuorma rakenneputkelta, kun nurkan (2.200)+=

pyöristys on täytetty hitsillä, ks. kuva 2.35)

FEd FRd (2.201)≤

FRd

fyw Leff tw

γ M1---------------------- (2.202)=

Leff χF ly (2.203)⋅=

χF 0 5, λF⁄ 1 0 (2.204),≤=

λF ly tw fyw Fcr⁄ (2.205)=

Fcr kFπ2

E

12 1 ν2–( )-------------------------

tw3

hw------⋅ ⋅ 0 9 kF E tw

3h⁄ w (2.206),= =



211

missä Leff on pistekuorman tehollinen pituus

tw on uuman paksuus

hw on uuman korkeus

E on kimmokerroin



χF on paikallisen lommahduksen huomioon ottava pienennystekijä

ly on kyseeseen tulevan jäykän tukipinnan pituuteen ss liittyvä tehollinen

kuormituspituus

kF on uuman lommahduskerroin pistekuormalle

Lommahduskerroin kF lasketaan kuvan 2.34 mukaisesti, kun uumassa ei ole pituussuuntaisiajäykisteitä.

Jos uumassa on pituussuuntaiset jäykisteet, ohjeet lommahduskertoimen kF laskemiseksi voi-daan esittää kansallisessa liitteessä. Eurocodessa suositellaan seuraavia sääntöjä:

Kuvan 2.34 kuormitustyypille (a) lommahduskerroin kF voidaan laskea kaavasta [12,13]:

missä Isl.1 on kuormitettua laippaa lähimpänä olevan pitkittäisjäykisteen neliömomentti

(uuman tasoa vastaan kohtisuoraan suuntaan) uuman viereiset toimivat

osat mukaan lukien, ks. kuva 2.47

a on poikittaisjäykisteiden välinen vapaa etäisyys (kuva 2.34)

b1 on kuormitetun osakentän korkeus, jonka arvoksi valitaan kuormitetun

laipan ja sitä lähimpänä olevan pitkittäisjäykisteen välinen vapaa etäisyys

hw on uuman korkeus

tw on uuman paksuus


Lisäohjeita ei esitetä. Noudatetaan Eurocodessa suositeltuja sääntöjä.

kF 6 2hw

a------

2

5 44,b1

a----- 0 21,– γ s kun 0,05

b1

a----- 0 3 ja

b1

hw------ 0 3 (2.207),≤,≤ ≤+ +=

γ s12 1 ν2–( )Isl.1

hw tw3

----------------------------------- 10 9,Isl.1

hw tw3

----------- 13 ahw------

3210 0 3

b1

a-----–, (2.208)+≤= =



212

Tehollinen kuormituspituus ly lasketaan kahden dimensiottoman apusuureen avulla seuraa-vasti [12,13]:

missä fyf on laipan nimellinen myötölujuus


bf on laipan leveys


tw on uuman paksuus

hw on uuman korkeus

lasketaan kaavan (2.205) mukaisesti

Valinta kaavojen (2.210a) tai (2.210b) välillä apusuureelle m2 joudutaan suorittamaan ‘iteroi-malla’, ks. Esimerkki 2.16.

Kotelopoikkileikkauksilla bf rajoitetaan kaavassa (2.209) arvoon 15ε tf uuman kummallakinpuolella [12,13].

Kuvan 2.34 tapauksissa (a) ja (b) mitta ly lasketaan kaavasta [12,13]:

missä ss ja a on esitetty edellä ja kuvassa 2.34.

Kuvan 2.34 tapauksessa (c) mitta ly on pienin kaavojen (2.212) ja (2.213) mukaisista arvoista[12,13]:

Kaavoissa (2.212) - (2.213) tarvittava mitta le lasketaan seuraavasti [12,13]:

m1

fyf bf

fyw tw------------ (2.209)=

m2 0 02,hw

tf------

2 kun λF 0 5 (2.210a),>=

m2 0 kun λF 0 5 (2.210b),≤=

λF

ly ss 2tf 1 m1 m2++( ) a (2.211)≤+=

ly le tfm1

2------

le

tf---

2m2+ + (2.212)+=

ly le tf m1 m2+ (2.213)+=

le

kF E tw2

2 fyw hw----------------- ss c (2.214)+≤=



213

missä kF on esitetty kuvassa 2.34, tyyppi (c)

E on kimmokerroin

tw on uuman paksuus


hw on uuman korkeus

ss ja c on esitetty edellä ja kuvassa 2.34, tyyppi (c)

2.12.3 Pistekuorman yhteisvaikutus muiden voimasuureiden kanssa

2.12.3.1 Jännitysten rajoittaminen

Jos pistekuorma vaikuttaa vedetyn laipan kautta, pistekuorman yhteisvaikutus muiden voima-suureiden kanssa tarkastetaan von Misesin myötöehtoon perustuen kuten kohdassa 2.10.1.1on esitetty [12,13].

Pistekuormasta aiheutuva poikittainen jännitys σz.Ed lasketaan tällöin kohdan 2.12.1 mukai-sesti.

Koska palkin laipassa ei yleensä esiinny merkittävästi leikkausjännitystä, kriittiseksi muodostuuuseimmiten uuman ja vedetyn laipan yhtymäkohta, jossa lähes laipassa vaikuttavan suuruisinaesiintyvien normaalijännitysten σx.Ed ja σz.Ed lisäksi esiintyy myös uuman leikkausjännitystä.Etumerkkisäännöistä johtuen nämä kaikki voimistavat nyt toisiaan von Misesin vertailujännityk-seen perustuvassa myötöehdossa (2.145).

2.12.3.2 Pistekuorma, taivutusmomentti ja normaalivoima

Jos pistekuorma vaikuttaa puristetun laipan kautta, pistekuorman, taivutusmomentin ja nor-maalivoiman yhteisvaikutus täytyy ottaa huomioon jos pistekuorma ylittää 60 % pistekuorma-kestävyydestä, eli FEd > 0,6FRd . Tällöin kaikkien seuraavien ehtojen tulee toteutua [12,13]:







FRd on pistekuormakestävyyden mitoitusarvo kaavan (2.202) mukaisesti

η2 0 8 η1,+ 1 4 (2.215),≤

η1NEd

Aeff fy γ M0⁄----------------------------=

MEd NEd eN+

Weff fy γ M0⁄-------------------------------- 1 0 (2.216),≤+

η2

FEd

FRd-------- 1 0 (2.217),≤=



214

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

FRd

1

1 =

0,5

2 = 0,6

Yhteisvaikutusalue

Kuva 2.36 Pistekuorman, taivutusmomentin ja normaalivoiman yhteisvaikutus, kun pistekuorma vaikuttaa puristetun laipan kautta

2.12.3.3 Pistekuorma ja leikkausvoima

Eurocoden osa EN 1993-1-5 ei käsittele pistekuorman ja leikkausvoiman yhteisvaikutusta,mutta yhteisvaikutus voidaan tarkastaa lähteissä [39,47] esitetystä ehdosta:

missä VEd on leikkausvoiman mitoitusarvo (itseisarvoltaan suurempi pistekuorman

kohdalla vaikuttavista leikkausvoimista)

Vb.Rd on uuman leikkauslommahduskestävyyden mitoitusarvo kaavan (2.109)

mukaisesti, kun tekijälle η käytetään arvoa η = 1,0

FEd on poikittaisen pistekuorman mitoitusarvo

FRd on pistekuormakestävyyden mitoitusarvo kaavan (2.202) mukaisesti

a = 1,6

b = 1,0

η2 = FEd / FRd

VEd 0 5F, Ed–

Vb.Rd---------------------------------

a FEd

FRd--------

b+ 1 0 (2.218),≤

η1



215

Ehto on alunperin tarkoitettu kaksoissymmetrisille I-profiileille, joiden uuma on jäykistämätöntai pituussuunnassa jäykistetty, ja kun koko profiilin lujuusluokka on enintään S355. Ehto sovel-tuu kaikille poikkileikkausluokille. Ehto ei kuitenkaan sovellu hybridipalkeille [39,47].

Menetelmä ei ota huomioon uuman mahdollisia poikittaisjäykisteitä, sillä se on alunperin kehi-tetty siltapalkkien asennusaikaisen kestävyyden tarkastamiseen, kun siltapalkkia työnnetäänvaiheittain paikoilleen kuvan 2.37 mukaisesti. Ehto (2.218) ottaa tällöin huomioon (F+V) yhteis-vaikutuksen kuvan 2.37b mukaisessa tilanteessa. Kuvan 2.37a mukaisessa tilanteessa puoles-taan yhteisvaikutusehdon ensimmäinen sulkulauseke häviää, ja leikkausvoiman yhteisvaikutussisältyy implisiittisesti pelkän pistekuormakestävyyden lausekkeeseen, ja pistekuorman ja tai-vutusmomentin yhteisvaikutus otetaan huomioon kohdan 2.12.3.2 mukaisesti [39,47].

Kuva 2.37 Siltapalkin paikallinen kuormitustilanne eri asennusvaiheissa, kun asentaminen suoritetaan työntötekniikalla [39]

a) Shear force diagram - Construction stage “cantilever”

b) Shear force diagram - Construction stage “pier reached”

Shear force V patch load F(“asymmetric patch loading”)

Shear force V 0.5 F

a) Leikkausvoimakuvio, kun siltapalkki ei ole vielä saavuttanut seuraavaa pilaria

V ≈ 0,5 • tukireaktio

V ≈ tukireaktio

b) Leikkausvoimakuvio, kun siltapalkki on ylittänyt pilarin



216

Esimerkki 2.16

Tarkastetaan profiilin WI400-12-18×200 pistekuormakestävyys. Kuormitus vaikuttaa lai-pan toiselta puolelta sekundääripalkin IPE200 välityksellä viereisen kuvan mukaisesti.Teräslaji on S355J2.

Pistekuorman jakaantumispituus (ks. kuva):

Lommahduskerroin (kuva 2.34: tyyppi (a)):

tw.sektf.sekri fy γM1

= 5,6 mm = 8,5 mm = 12 mm = 355 N/mm2

= 1,0

sekundääripalkin uuman paksuus sekundääripalkin laipan paksuus sekundääripalkin nurkan sisäpuolinen pyöristyssäde

(taulukko 2.5)

tw.sek

FSd

IPE200

DET.

DET.

ss

t f.se

k

1:11:1

FEd

ss tw.sek 2tf.sek 2 2 2–( )ri 5 6 2 8 5 2 2 2–( ) 12 36 7 mm,=⋅ ⋅+,⋅+,=+ +=

kF 6=

Fcr 0 9kF E tw3, hw⁄ 0 9 6 210000 12

3364⁄⋅ ⋅ ⋅, 5383 kN= = =

m1fyf bf

fyw tw------------

355 200⋅355 12⋅---------------------- 16 67,= = =

m2 0 02hw

tf------

2, 0 02 364 18⁄( )2

8 179,=⋅,= =

ly ss 2tf 1 m1 m2++( )+ 36 7 2 18 1 16 67, 8 179,++( ) 252 2 mm,=⋅ ⋅+,= =

λF ly tw fyw Fcr⁄ 252 2 12 355⋅ ⋅, 5383 103⋅( )⁄ 0 4468 0 5,≤,= = =



217

Koska ensimmäisellä laskentakierroksella ≤ 0,5, valitaan toista laskentakierrostavarten m2 = 0:

Sekundääripalkin IPE200 pistekuormakestävyys on tarkastettava vastaavalla tavalla. Tä-män esimerkin mukaisessa tilanteessa IPE200-palkin pistekuormakestävyys on 301,0 kN,kun primääripalkin WI400-12-18×200 kaulahitsin a-mitta on 5 mm, ja kun IPE200-palkinteräslaji on S355J2.

Esimerkki 2.17

Tarkastetaan esimerkin 2.16 profiilin WI400-12-18×200 uuman pistekuormakestävyydenyhteisvaikutusehdot, kun poikkileikkauksen voimasuureet ovat oheisen kuvan mukaiset.Kuormitus vaikuttaa edelleen sekundääripalkin IPE200 kautta. Teräslaji on S355J2. Profiilikuuluu poikkileikkausluokkaan 2 puristuksen perusteella.

Kuormitus:

FEdV1.EdV2.EdNEdMEd

= 270,0 kN = 300,0 kN = 30,0 kN = 140,0 kN = 480,0 kNm

λF

ly ss 2tf 1 m1 m2++( )+ 36 7 2 18 1 16 67 0+,+( ) 219 7 mm,=⋅ ⋅+,= =

λF ly tw fyw Fcr⁄ 219 7 12 355⋅ ⋅, 5383 103⋅( )⁄ 0 4170 0 5,≤,= = =

χF 0 5 λF⁄ 0 5 0 4170,⁄ 1 199 1 0 χF 1 0,=⇒,>,=,=,=

Leff χ= F ly⋅ 1 0 219 6 219 7 mm,=,⋅,=

FRdfywLeff tw

γ M1----------------------

355 219 7, 12⋅ ⋅1 0,

--------------------------------------- 935 9 kN,= = =

FSd

MSd

NSd NSd

MSd

VSd

VSd

1:11:1

tw.sek

s

t f.se

k

t f.pr

im

DET.

DET.

ss

FEd

V1.EdMEdMEd

NEd NEd

V2.Ed



218

Pistekuormakestävyys edellisestä esimerkistä:

Tarkastetaan pistekuorman yhteisvaikutus muiden voimasuureiden kanssa:

Pistekuorma vaikuttaa nyt puristetun laipan kautta:

⇒ pistekuorman ja taivutusmomentin yhteisvaikutusta ei tarvitse tarkastaa.

Pistekuorman ja leikkausvoiman yhteisvaikutus:

uuman leikkauskestävyys:

⇒ leikkauslommahdus ei pienennä uuman leikkauskestävyyttä:

pistekuorman ja leikkausvoiman yhteisvaikutustarkastelussa tekijälle η on käytettävä arvoaη = 1,0:

pistekuorman ja leikkausvoiman yhteisvaikutusehto:

Esimerkissä on rajauduttu suorittamaan vain pistekuormasta aiheutuvat kestävyystarkaste-lut. Lisäksi tulee tarkastaa (ilman pistekuormaa) poikkileikkauksen kestävyys muille esimer-kissä annetuille voimasuureille ja niiden yhteisvaikutukselle.

fyγM0γM1

= 355 N/mm2

= 1,0 = 1,0

(taulukko 2.5) (taulukko 2.5)

FRd 935 9 kN FEd≥, 270 0 kN OK,= =

FEd

FRd--------

270 0,935 9,--------------- 0 2885 0 60,≤,= =

Vpl.Rd AV

fy 3( )⁄γ M0

--------------------⋅ ηhw tw

fy 3⁄γ M0

---------------⋅ 1 20, 364 12 355 3⁄1 0,

--------------------⋅ ⋅ ⋅ 1077 kN= = = =

hw

tw------

36412--------- 30 33 72ε

η---------≤, 72 235 355⁄⋅

1 20,------------------------------------ 48 82,= = = =

Vb.Rdη fyw hw tw

3γ M1

------------------------ Vpl.Rd

γ M0

γ M1---------⋅ 1077 kN= = =

Vb.Rd1 0,1 20,------------ 1077⋅ 897 5 kN,= =

VEd max V1.Ed V2.Ed;[ ] max 300 0 30 0,;,[ ] 300 0 kN,= = =

Vb.Rd 897 5 kN , VEd≥ 300 0 kN OK,= =

VEd 0 5F, Ed–

Vb.Rd---------------------------------

a FEd

FRd--------

b+ 300 0, 0 5 270 0,⋅,–

897 5,----------------------------------------------

1 6, 270 0,935 9,--------------

1 0,+ 0 3550 1 0 OK,≤,= =


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

219

2.13 Hitsatun profiilin yksityiskohtia

2.13.1 Vaatimukset hitseille

Uuman ja laipan väliset hitsit voidaan mitoittaa nimelliselle leikkausvuolle

V

Ed

/

h

w

, jos

V

Ed

≤

V

bw.Rd

(

V

Ed

on uumassa vaikuttava leikkausvoiman mitoitusarvo ja

V

bw.Rd

on leikkauslom-mahduskestävyyden uuman osuus lausekkeen (2.110) mukaisesti) [12,13]. Vaihtoehtoisestihitsit voidaan tällöin mitoittaa varmalla puolella yksinkertaistaen myös suoraan leikkausvuolle

V

bw.Rd

/

h

w

.

Suuremmilla leikkausvoiman arvoilla (eli kun

V

Ed

>

V

bw.Rd

) uuman ja laipan väliset hitsit voi-daan mitoittaa varmalla puolella yksinkertaistaen leikkausvuolle , ellei jänni-tystilaa selvitetä tarkemmin [12,13]. Jos

γ

M1

=

γ

M0

, hitsin leikkauskestävyys vastaa tällöinuuman plastista leikkauskestävyyttä (ks. lausekkeet (2.101) ja (2.109) ).

Edellä esitettyjä ohjeita voidaan käyttää myös uuman ja pitkittäisjäykisteen sekä uuman ja poi-kittaisjäykisteen välisille hitseille.

Kaikissa muissa tapauksissa poikkileikkauksen hitsit mitoitetaan hitseissä vaikuttaville voimille(hitsin suuntaisille ja hitsin suuntaa vastaan kohtisuorille).

Jos poikittaisjäykisteen tehtävänä on pystyvoimien välittäminen ylälaipalta alalaipalle, tulee tar-vittaessa määritellä tarkka sovitus, tai mitoittaa poikittaisjäykisteen ja palkin laipan väliset hitsitkantamaan läpimenevä voima.

Hitsien kestävyyden laskentaa käsitellään luvussa 3.

2.13.2 WQ-palkin alalaipan mitoitus

Tässä esitetyt WQ-palkin alalaipan poikittaista taivutusta koskevat ohjeet perustuvat pääosinlähteeseen [48], jonka ohjeita koskevat mm. seuraavat rajoitukset:

•

ohjeet ovat voimassa lujuusluokkien S355, S420, S460 ja S500 teräksille, sekä lisäksi muille WQ-palkeissa mahdollisesti käytettäville teräksille joille on voimassa oleva kansallinen tuote- hyväksyntä

•

lujuusluokan S500 teräksillä murtovenymä on vähintään 10 %

•

rakenne on pääosin taivutettu

•

ohjeet eivät ole voimassa PL-luokan 4 puristetulle alalaipalle.

WQ-palkin mitoituksessa on otettava huomioon alalaipalle tuleva poikittainen taivutus, joka ai-heutuu laatalta tulevan kuormituksen epäkeskeisyydestä.

ηfywtw 3γ M1( )⁄


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

220

Kuva 2.38

WQ-palkin alalaipan taivutusmomenttijakauma

Alalaipan poikittainen taivutus pienentää palkin taivutuskestävyyttä, jos poikittainen taivutus-momentti ylittää puolet levyn plastisesta taivutuskestävyydestä, eli [48]:

Alalaippaan kohdistuva poikittainen taivutusmomentti

M

p.Ed

ja levyn plastinen taivutus-kestävyys

M

p.pl.Rd

lasketaan palkin pituusyksikköä kohti [kNm / m].

Levyn plastinen taivutuskestävyys lasketaan tällöin seuraavasti:

missä

W

p.pl

on levyn plastinen taivutusvastus pituusyksikköä kohti [mm

3

/ m]

t

p

on alalaipan paksuus [mm]

Jos ehto (2.219) toteutuu, alalaipan vetokestävyyttä pienennetään seuraavan ehdon mukaises-ti [48]:

missä

N

p.pl.Rd.eff

on alalaipan pienennetty vetokestävyys

N

p.pl.Rd

on alalaipan plastinen vetokestävyys

M

p.Ed

on alalaippaan vaikuttava poikittainen taivutusmomentti

x-akselin suhteen pituusyksikköä kohti [kNm / m]

��

��

��My.Sd

e

M

+

+–

–

I

I

I

My.Ed

–

+–

+A

A

A

Mp.Ed 0 5 M, p.pl.Rd (2.219)>

Mp.pl.Rd

Wp.pl fy

γ M0---------------- (2.220)=

Wp.pl 1000tp

2

4---- (2.221)⋅=

Np.pl.Rd.eff Np.pl.Rd⁄( )2Mp.Ed Mp.Rd⁄( )2+ 1 0 (2.222),≤


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

221

M

p.Rd

on alalaipan poikittainen taivutuskestävyys x-akselin suhteen

pituusyksikköä kohti [kNm / m] palkin poikkileikkausluokan mukaisesti

(eli

M

p.pl.Rd

tai

M

p.el.Rd

)

Alalaipan poikittainen plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyys

M

p.pl.Rd

lasketaan kaa-vojen (2.220) - (2.221) mukaisesti. Kimmoteorian mukaan laskettuna vastaavat kaavat ovat:

missä

W

p.el

on levyn kimmoteorian mukainen taivutusvastus pituusyksikköä

kohti [mm

3

/ m]

t

p

on alalaipan paksuus [mm]

Poikkileikkauksen taivutuskestävyys lasketaan poikkileikkausluokan mukaisesti uudelleen ala-laipan pienennetyn vetokestävyyden perusteella (vrt. hybridipalkin taivutuskestävyys kohdassa2.7.7). Pienennys voidaan ottaa huomioon taivutus- ja vetokestävyyden laskennassa käyttä-mällä alalaipalle ehdosta (2.222) johdettua pienennettyä myötölujuutta

f

y.p

[48]:

Sama reduktio pätee myös puristetulle alalaipalle poikkileikkausluokissa 1-3.

Alalaipan poikittaisen taivutuksen yhteisvaikutus muiden voimasuureiden kanssa tarvitsee ot-taa huomioon vain, jos alalaipan poikittainen taivutus toteuttaa ehdon (2.219). Yhteisvaikutuk-set taivutuksen, leikkauksen ja väännön kanssa tarkastetaan tällöin kohtien 2.10.2 - 2.10.4mukaisesti, mutta käyttäen alalaipalle pienennettyä myötölujuutta kaavan (2.225) mukaisesti.

Käyttörajatilassa vaikuttavat kimmoteorian mukaan lasketut jännitykset on tarkastettava seu-raavasta myötöehdosta [48]:

missä

σ

x

on normaalijännitys taivutuksesta y-akselin suhteen

σ

y

on normaalijännitys poikittaisesta taivutuksesta x-akselin suhteen

τ

on leikkausjännitys leikkausvoimasta ja väännöstä

f

y


γ

M.ser

on kestävyyden osavarmuusluku käyttörajatilassa,

γ

M.ser

= 1,0

Sovellettaessa ehtoa (2.226) WQ-palkin alalaippaan, myötölujuutena käytetään alalaipanredusoimatonta alkuperäistä myötölujuutta. Leikkausjännityksen osalta todettakoon, että pal-

Mp.el.Rd

Wp.el fy

γ M0---------------- (2.223)=

Wp.el 1000tp

2

6---- (2.224)⋅=

fy.p fy 1 Mp.Ed Mp.Rd⁄( )2– (2.225)=

σx2 σy

2 σx σy– 3τ2+ + fy γ M.ser⁄ (2.226)≤


HITSATUT PROFIILIT

Luku 2

222

kin uumat kantavat y-suuntaisen leikkausvoiman, joten alalaippaan aiheutuu leikkausjännitystäainoastaan mahdollisesta väännöstä.

Kriittisin kohta alalaipassa on alalaipan alapinta uuman reunan alla (ks. kuva 2.38), kun tarkas-tellaan vapaasti tuettua yksiaukkoista palkkia, jonka alalaippaan kohdistuu alaspäin suuntau-tuva kuormitus. Tällöin normaalijännitykset ovat erimerkkisiä, koska poikittainen taivutusaiheuttaa alalaipan alapintaan puristusta ja palkin taivutus y-akselin suhteen aiheuttaa vetoa.

WQ-palkeilla (ja etenkin reunapalkeilla) pitää kiinnittää erityistä huomiota käytön aikai-sen ja asennusaikaisen väännön huomioon ottamiseen. Asiaa on käsitelty yksityiskoh-taisemmin lähteessä [48].

Kuorman epäkeskeisyys

e

uuman reunasta (kuvat 2.38 ja 2.39) lasketaan seuraavasti [48]:

missä

b

j

on saumavalun paksuus (kuva 2.39)

d

on ontelolaatan tukipinnan leveys

b

on alalaipan leveys uuman kyljestä mitattuna

Kuva 2.39 Kuormituksen epäkeskeisyyden määrittäminen WQ-palkin alalaipalla käytettäessä umpilaattaa (vasemmalla) tai ontelolaattaa (oikealla) [48]

e bj d 2⁄( ) kun käytetään ontelolaattaelementtiä (2.227a)+=

e bj b bj–( ) 3 kun käytetään kuorilaattaelementtiä (2.227b)⁄+=

e b 3 kun käytetään umpilaattaa (2.227c)⁄=

Kuva 2.2: Ontelolaattojen tukireaktion oletetaan kohdistuvan WQ-palkin alalaipalla ontelolaattojen tu

d/2d

R

b/3b

R

bj

12R2 R1



223

Esimerkki 2.18

Lasketaan yksiaukkoisen päistään vapaasti tuetun palkin WQ265-5-15×240-12×450 taivu-tuskestävyys ja käyttörajatilan jännitykset alalaipassa, kun palkin pituus on 6,0 m ja ala-laippojen kannattelema laatasto kohdistaa palkkiin jatkuvan tasaisen kuorman symmetri-sesti palkin kummallekin puolelle. Oletetaan että kuorman epäkeskeisyydeksi on saatu e =50 mm. Teräslaji on S355J2.

Palkille tuleva tasainen kuorma per laippa:

mitoituskuorma käyttörajatilassa: qd.SLS = 27,0 kN/m mitoituskuorma murtorajatilassa: qd.ULS = 37,6 kN/m

Tarkastetaan pitääkö alalaipan laskennallista kestävyyttä (myötölujuutta) pienentää poikit-taisen taivutuksen takia:

⇒ alalaipan myötölujuutta ei tarvitse pienentää laipan poikittaisen taivutuksen takia.

hnomhbtwatf1bf1tf2bf2fyγM0γM.ser

= 265 mm = 277 mm = 250 mm = 5 mm = 5 mm = 15 mm = 240 mm = 12 mm = 450 mm = 355 N/mm2 = 1,0 = 1,0

bf2

b

h

t f2 tw z 0

h nom

bf1

t f1

NA

My.Ed 2qd.ULS L

2

8---------------------⋅ 2 37 6, 6

2⋅8

---------------------⋅ 338 4 kNm,= = =

Mp.Ed 37 6, 0 050,⋅ 1 88 kNm/m,= =

Wp.pl 1000tp

2

4----⋅ 1000

122

4--------⋅ 36000 mm

3/m= = =

Mp.pl.RdWp.pl fy

γ M0----------------

36000 355⋅1 0,

---------------------------- 12 78 kNm/m,= = =

Mp.Ed Mp.pl.Rd⁄ 1 88, 12 78,⁄ 0 1471 0 5,≤,= =



224

Tarkastetaan palkin poikkileikkausluokka:

ylälaippa:

⇒ poikkileikkausluokka 1

uuma:

WQ-palkin uuman ja laippojen välisten hitsien sijainnista johtuen Eurocoden osassa EN1993-1-1 esitetyt ohjeet eivät sellaisenaan suoraan sovellu WQ-palkin uuman poik-kileikkausluokan määrittämiseen. Sovelletaan Eurocoden ohjeita lähteen [48] mukaisesti,jolloin uuman mitaksi otetaan laippojen välinen vapaa mitta eikä uuman hitsejä oteta huo-mioon (ylälaipan ja alalaipan hitsien sijainnit likimain kumoavat toisensa):

Tarkastetaan ensin poikkileikkausluokan 2 ehdot olettamalla plastinen jännitysjakauma:

määritetään plastisen neutraaliakselin paikka poikkileikkauksen voimatasapainoehdolla:

⇒

uuman puristetun osan korkeus:

⇒

⇒

⇒ poikkileikkausluokan 2 ehto ei täyty

Kimmoisella jännitysjakaumalla neutraaliakselin paikka:

bf1 tf1⁄ 240 15⁄ 16 0 26 8,≤,= =

bw hw h tf1– tf2– 277 15– 12– 250 0 mm,= = = =

fy bf2 tf2 2fy tw zo tf2–( )+ 2fy tw h zo–( ) fy bf1 tf1+=

zo2 tw tf2 h+( ) bf1 tf1 bf2 tf2–+

4 tw---------------------------------------------------------------------

2 5 12 277+( ) 240 15 450 12⋅–⋅+⋅ ⋅4 5⋅

----------------------------------------------------------------------------------------- 54 5 mm,= = =

NA

b w =

hw

= 2

50

z 0=

54,5

αb

w =

207

,5 αbw hw zo tf2–( )– 250 54 5 12–,( )– 207 5 mm,= = =

α 207 5,bw

---------------207 5,250

--------------- 0 8300 0 5,>,= = =

bw

tw------

2505

--------- 50 0 456ε13α 1–-------------------≤, 456 235 355⁄⋅

13 0 8300 1–,⋅-------------------------------------- 37 9,= = = =

zo

Ai zi∑Ai∑

----------------

450 12 122------ 2 5 265 12 265

2---------+⎝ ⎠

⎛ ⎞ 240 15 277 152------–⎝ ⎠

⎛ ⎞⋅ ⋅+⋅ ⋅ ⋅+⋅ ⋅

450 12 2 5 265 240 15⋅+⋅ ⋅+⋅--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 118 9 mm,= = =

ψzo tf2–

bw zo tf2–( )–----------------------------------– 118 9 12–,

250 118 9 12–,( )–----------------------------------------------– 0 7470 1–>,–= = =



225

⇒

⇒ poikkileikkausluokka 3

Alalaipan kestävyys poikittaisen taivutuksen suhteen poikkileikkausluokassa 3:

Palkin taivutuskestävyys poikkileikkausluokassa 3:

Käyttörajatilan jännitykset:

alalaippa (kriittisin kohta on alalaipan alapinta uuman kohdalla):

palkin taivutus y-akselin suhteen:

bw

tw------

2505

--------- 50 0 42ε0 67 0 33ψ,+,-----------------------------------≤, 42 235 355⁄⋅

0 67 0 33, 0 7470,–( )⋅+,------------------------------------------------------------- 80 7,= = = =

Wp.el 1000tp

2

6----⋅ 1000

122

6--------⋅ 24000 mm

3/m= = =

Mp.el.RdWp.el fy

γ M0----------------

24000 355⋅1 0,

---------------------------- 8 52 kNm/m,= = =

Mp.Ed Mp.el.Rd⁄ 1 88, 8 52,⁄ 0 22 1 0 OK,≤,= =

Iy I0 i Airi2+[ ]∑ 450 12

3⋅12

--------------------- 450 12 118 9 122------–,⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2 +⋅ ⋅+= =

2 5 2653⋅

12------------------ 5 265 12 265

2---------+⎝ ⎠

⎛ ⎞ 118 9,–⎝ ⎠⎛ ⎞ 2

⋅ ⋅+ +

240 153⋅

12--------------------- 240 15 277 15

2------–⎝ ⎠

⎛ ⎞ 118 9,–⎝ ⎠⎛ ⎞ 2

⋅ ⋅+ 1 679, 108 mm

4⋅=

Wel.yIy

h zo–-------------

1 679, 108⋅

277 118 9,–------------------------------ 1 062, 10

6 mm

3⋅= = =

Mel.y.Rdfy Wel.y

γ M0----------------

355 1 062, 106⋅ ⋅

1 0,----------------------------------------- 377 0 kNm,= = =

My.Ed Mel.y.Rd⁄ 338 4, 377 0,⁄ 0 90 1 0 OK,≤,= =

Wel.y.tIy

zo----

1 679, 108⋅

118 9,---------------------------- 1 412, 10

6 mm

3⋅= = =

σx2qd.SLSL

2

8----------------------– 1

Wel.y.t-------------⋅ 2 27 0, 6000

2⋅ ⋅8

---------------------------------1

1 412, 106⋅

------------------------⋅– 172 1 N/mm2(vetoa alapinnassa),–= = =



226

alalaipan poikittainen taivutus:

alalaipan myötöehto:

ylälaippa: palkin taivutus y-akselin suhteen:

ylälaipan myötöehto:

2.13.3 Pituussuunnassa jäykistetyn profiilin tehollinen poikkileikkaus

Pituussuuntaiset jäykisteet (eli pitkittäisjäykisteet) jakavat levykentän pienempiin osiin, jolloinlevyn lommahduskestävyys paranee, eikä levyn paksuutta tarvitse lisätä lommahduksen takia.Toisaalta jäykisteiden käyttäminen voi olla valmistusteknisesti kalliimpaa kuin levyn paksunta-minen, joten pitkittäisjäykisteiden käyttö uumajäykisteinä rajoittuu yleensä vain hyvin korkeidenprofiilien yhteyteen.

Kuva 2.40 Hitsattu I-profiili, joka on jäykistetty poikittais- ja pituussuuntaisilla jäykisteillä

Wp.el 1000tp2

6----⋅ 1000 12

2

6--------⋅ 24000 mm

3/m= = =

σy27 0, 1000 50⋅ ⋅

24000--------------------------------------- 56 3 N/mm

2 (puristusta alapinnassa),= =

σx2 σy

2 σx σy– 3τ2+ + 172 1,–( )256 3

2172 1,–( ) 56 3,( )⋅– 0+,+ 206 1 N/mm

2,= =

fy γ M.ser⁄≤ 355 1 0,⁄ 355 N/mm2 OK= =

σx

2qd.SLSL2

8----------------------

1Wel.y.c-------------⋅ 2 27 0, 6000

2⋅ ⋅8

---------------------------------1

1 062, 106⋅

-------------------------⋅ 228 8 N/mm2(puristusta yläpinnassa),= = =

σx2 σy

2 σx σy– 3τ2+ + 228 8, 20 0– 0+ + 228 8 N/mm

2,= =

fy γ M.ser⁄≤ 355 1 0,⁄ 355 N/mm2 OK= =

��

yyyyyyyyyyyy

e2

e1

tjäykistetyn levynpainopiste

jäykisteenpainopiste

poikittaisjäykiste

pituussuuntainen jäykiste

A

A

b

A-A

ae = max(e1, e2)



227

Pitkittäisjäykiste toimii kahdella tavalla: se parantaa sekä uuman leikkauslommahduskestävyyt-tä, että myös taivutetun ja/tai puristetun PL4-uuman tehollisuutta normaalijännitysten aiheutta-man lommahduksen suhteen. Pitkittäisjäykisteiden käyttöön ja sijoitteluun liittyviä näkökohtiaon esitetty leikkauslommahduskestävyyden yhteydessä, ks. kohta 2.8.2.

Kuvassa 2.41 on esitetty kolme tapaa, joilla jäykistetty levykenttä voi lommahtaa. Tapauksessaa) yksittäiset osakentät jäykisteiden välissä lommahtavat (vrt. Vaihe 3 jäljempänä). Tapaukses-sa b) jäykisteet ovat niin joustavia, että kokonaiskenttä lommahtaa (vrt. Vaiheet 4...6 jäljempä-nä). Kolmannessa tapauksessa c) itse jäykisteet vääntönurjahtavat ensimmäisenä ja menettä-vät siten jäykistystehoaan. Tämä on epätoivottavin lommahdusmuoto ja sen esiintyminen este-tään mitoittamalla jäykisteiden vääntöjäykkyys riittäväksi, kun kyseessä on poikkileikkauksel-taan avoimet pitkittäisjäykisteet (vrt. Vaihe 1 jäljempänä) [32].

Kuva 2.41 Periaatekuva eri tavoin mitoitettujen jäykistettyjen levykenttien lommahdus- tavoista kun koko levykenttä on puristettuna [32]

Pituussuunnassa jäykistetyn profiilin tehollinen poikkileikkaus lasketaan periaatteessa kaksi-vaiheisesti: Ensin määritetään osakenttien ja jäykisteiden osien teholliset leveydet niiden lom-mahtamisen perusteella. Toisessa vaiheessa äskeistä kertaalleen pienennettyä pintaa pienen-netään vielä kertoimella ρc , joka ottaa huomioon kokonaiskentän lommahduksen ja nurjah-duksen yhteisvaikutuksen. Jälkimmäinen pienennys on kätevintä tehdä ohentamalla puristetuntehollisen alueen ainepaksuuksia kyseisellä pienennystekijällä ρc [12,13].

Käytännössä laskenta hajautetaan seuraaviin vaiheisiin [12,13]:

Vaihe 1: Tarkastetaan, että pitkittäisjäykisteet täyttävät niille asetetut vaatimukset. Vaihe 2: Lasketaan bruttopoikkileikkauksen neliömomentti ja neutraaliaksen paikka. Vaihe 3: Lasketaan kunkin yksittäisen osakentän teholliset leveydet sekä

kunkin yksittäisen pitkittäisjäykisteen taso-osien teholliset leveydet

a) Osakenttien lommahdus

b) Kokonaiskentän lommahdus

c) Jäykisteiden stabiiliuden menetys



228

Vaihe 4: Lasketaan koko jäykistetylle levykentälle levymäisen käyttäytymisen perusteella ekvivalentin ortotrooppisen levyn pienennystekijä ρ .

Vaihe 5: Lasketaan pilarimaisen käyttäytymisen perusteella pienennystekijä χc . Vaihe 6: Lasketaan edellä laskettujen pienennystekijöiden ρ ja χc välillä interpoloimalla

lopullinen pienennystekijä ρc . Vaihe 7: Lasketaan näin saadun tehollisen poikkileikkauksen mukainen koko

poikkileikkauksen tehollinen pinta-ala ja taivutusvastus. Vaihe 8: Jos kyseessä on yksi tai kaksi pitkittäisjäykistettä, tarkastetaan täytyykö

tehollista poikkileikkausta edelleen pienentää.

Laskentaprosessia on havainnollistettu vuokaaviona kuvassa 2.44. Koko jäykistetylle levyken-tälle (levy+jäykisteet) lasketaan pienennystekijä ρ ns. levymäisen käyttäytymisen perusteella(vuokaavion vasen haara) ja pienennystekijä χc ns. pilarimaisen käyttäytymisen perusteella(vuokaavion oikea haara). Tähän on syynä, että jäykistetty levykenttä käyttäytyy kokonaislom-mahduksessa osittain jäykistämättömän levyn tavoin ja osittain nurjahtavan pilarin (eli sauvan)tavoin. Jäykistämättömällä levyllä on lommahtamisen alkamisen jälkeenkin ns. ylikriittistä kan-tokykyä, jonka ansiosta kuormaa voidaan vielä lisätä. Nurjahtavalla pilarilla sen sijaan ei ole yli-kriittistä kantokykyä (paitsi jos pilarin suhteellinen hoikkuus on erittäin pieni), joten pilarimaisenkäyttäytymisen perusteella saatava pienennystekijä χc on pienempi kuin levymäisen käyttäy-tymisen pienennystekijä ρ [31,35]. Lopullinen pienennystekijä ρc saadaan yhdistämällä levy-mäisen ja pilarimaisen käyttäytymisen pienennystekijät yhteisvaikutuskaavalla interpoloimalla(Vaihe 6).

Koko laskentaprosessi esitetään yksityiskohtaisemmin alla:

• Vaihe 1:

Tarkastetaan pitkittäisjäykisteille asetetut vaatimukset kohdan 2.13.4 mukaisesti.

Tämä kannattaa tehdä heti ensimmäiseksi, sillä jos tarkastus tehdään vasta lopuksi, ja osoit-tautuu että vaatimukset eivät täyty ilman että jäykisteiden poikkileikkausmittoja muutetaan, täy-tyy koko profiilin tehollinen poikkileikkaus laskea uudestaan muutettujen pitkittäisjäykisteiden janiiden myötä muuttuneen bruttopoikkileikkauksen ja sen jännitysjakauman ja osakenttien uu-sien tehollisten leveyksien perusteella.

• Vaihe 2:

Lasketaan koko poikkileikkauksen neliömomentti ja neutraaliakselin paikka bruttopoikkileik-kauksen perusteella normaaliin tapaan.

Poikkileikkauksen neliömomenttia ja neutraaliakselin paikkaa laskettaessa pitkittäisjäykisteetotetaan mukaan poikkileikkaukseen vain, jos ne ovat jatkuvia (ks. kohta 2.13.4, jossa käsitel-lään tarkemmin jäykisteisiin liittyviä vaatimuksia ja ohjeita).



229

• Vaihe 3:

Kunkin yksittäisen pitkittäisjäykisteen taso-osien teholliset leveydet lasketaan kohdan 2.4.1 mu-kaisesti. Jäykisteen muodosta ja sen tarkasteltavasta taso-osasta riippuen käytetään lauseket-ta (2.7) tai (2.8).

Jäykistetyn levyn kullekin yksittäiselle osakentälle lasketaan kohdan 2.4.1 lausekkeella (2.7) te-hollisen leveyden pienennystekijä, jolle nyt käytetään merkintää ρloc . Laskenta suoritetaankäyttäen kyseisen osakentän reunajännitysten perusteella laskettua jännitysjakaumaa ψ brut-topoikkileikkaukseen perustuen.

Näin saatujen tehollisten leveyksien ja pienennystekijöiden ρloc perusteella lasketaan jäykis-tetyn levykentän puristetun osan tehollinen pinta-ala Ac.eff.loc seuraavasti [12,13]:

missä sovelletaan kaikkiin puristettuina oleviin alueisiin lukuun ottamatta

osia bedge.eff (kuvat 2.42 ja 2.43)

Asl.eff on puristetulla alueella sijaitsevan pitkittäisjäykisteen tehollinen pinta-ala

ρloc on yksittäisen osakentän puristetun alueen pienennystekijä kaavan (2.7)

mukaisesti

b on yksittäisen osakentän puristetun alueen leveys

bsup on yksittäisen osakentän puristetun alueen suuremman reunajännityksen

puoleinen laskennallinen leveys

binf on yksittäisen osakentän puristetun alueen pienemmän reunajännityksen

puoleinen laskennallinen leveys

ψ on tarkasteltavan yksittäisen osakentän reunajännitysten suhde

(ks. taulukko 2.10)

Lausekkeiden (2.228) - (2.231) käyttöä on havainnollistettu kuvissa 2.42 ja 2.43 tasaisesti pu-ristetulle ja jälkimmäisessä kuvassa epätasaisesti puristetulle jäykistetylle levykentälle. Lau-

Ac.eff.loc Asl.eff ρlocb2---

b2---+⎝ ⎠

⎛ ⎞ t kun tasaisesti puristettu kenttä (2.228)c∑+

c∑=

Ac.eff.loc Asl.eff ρloc bsup binf+( )t kun epätasaisesti puristettu kenttä (2.229)c∑+

c∑=

bsup2

5 ψ–------------- b kun tarkasteltava osakenttä on kokonaan puristettu (2.230a)=

bsup 0 4 b kun jännityksen suunta vaihtuu tarkasteltavassa osakentässä (2.230b),=

binf3 ψ–5 ψ–------------- b kun tarkasteltava osakenttä on kokonaan puristettu (2.231a)=

binf 0 6 b kun jännityksen suunta vaihtuu tarkasteltavassa osakentässä (2.231b),=

c∑



230

sekkeessa (2.229) kukin yksittäinen puristettu osakenttä hajautetaan lausekkeilla (2.230) ja(2.231) epäsymmetrisesti laskennallisiin osiin bsup ja binf , joiden teholliset leveydet ovatvastaavasti bsup.eff = ρloc bsup ja binf.eff = ρloc binf . Tasaisesti puristetun levykentän tapauk-sessa (lauseke 2.228) teholliset alueet jakautuvat kunkin osakentän reunoille symmetrisesti ta-san.

Kuten kuvissa 2.42 ja 2.43 on esitetty, pinta-alaan Ac.eff.loc ei lasketa mukaan reuna-alueitabedge.eff , jotka tukeutuvat koko tarkasteltavan levykentän viereisiin levyosiin tai taivutetun levy-kentän vedettyyn alueeseen. Reuna-alueiden teholliset pinta-alat otetaan huomioon vastamyöhemmin.

Kuva 2.42 Tasaisesti puristettu jäykistetty levykenttä [12,13]

b1 b2 b3 b1 b2 b3

b12—

2—b3

A B C C D E

A : b1.edge.eff = ————2

b1ρ1.loc

B : ————b1ρ1.loc

2

C : ————b2ρ2.loc

2

D : ————b3ρ3.loc

2

E : b3.edge.eff = ————b3ρ3.loc

2

Bruttopoikkileikkaus Tehollinen poikkileikkaus

Ac.eff.locAc



231

Kuva 2.43 Epätasaisesti puristettu jäykistetty levykenttä. Jäykisteet ja niiden rajoittamat osa-kentät numeroidaan juoksevasti alkaen jäykistetyn levykentän eniten puristetustareunasta. Jäykisteiden rajoittamien yksittäisten levykenttien leveys- ja pituusmittoi-na voidaan kuvasta ja sen esitystarkkuudesta riippumatta yleisesti käyttää jokojäykisteiden rajoittamien kenttien ‘sisämittoja’ tai jäykisteiden keskilinjojen mukaanmääriteltyjä mittoja siten, kuin kulloinkin on tarkoituksenmukaista. Asiaa ei ole oh-jeistettu yksiselitteisesti Eurocoden osassa EN 1993-1-5. Yleisohjeena voidaantulkita, että jännitysjakaumat määritetään jäykisteiden keskilinjojen mukaan ku-vassa esim. jännitys σsl.1) ja muut laskelmat jäykisteisiin rajautuvien levykenttien‘sisämittojen’ perusteella. Vaihtoehtoisesti tarkasteluja voidaan yksinkertaistaakäyttämällä osakentille kaikissa laskelmissa jäykisteiden keskilinjojen mukaisiamittoja, jolloin yleensä päädytään varmalle puolelle

b1

b2

b3c

bsl.1

bc

b1.edgeb1.edge.eff

b1.inf.effb2.sup.eff

b2.inf.eff

b3c.sup.eff

b3c.edge.effb3c.edge

b1.infb2.supb2.inf

b3c.sup

ψ3 < 0

ψ1

ψ2

fyd = fy /γM0 σb1.edge

σsl.1

σsl.2

puristus

veto

Bruttopoikkileikkaus Tehollinen poikkileikkaus

Ac Ac.eff.loc

b1.edge = —— b12

5 - ψ1b1.edge.eff = —— b1.eff = —— ρ1.loc b1

2 25 - ψ1 5 - ψ1

b1.inf = —— b15 - ψ1

3 - ψ1

b2.sup = —— b25 - ψ2

2

b2.inf = —— b23 - ψ25 - ψ2

b3c.sup = 0,4 b3c

b3c.edge = 0,6 b3c

b1.inf.eff = —— b1.eff = —— ρ1.loc b13 - ψ15 - ψ1

3 - ψ15 - ψ1

b2.sup.eff = —— b2.eff = —— ρ2.loc b22

5 - ψ2 5 - ψ2

2

b2.inf.eff = —— b2.eff = —— ρ2.loc b23 - ψ2 3 - ψ25 - ψ2 5 - ψ2

b3c.sup.eff = 0,4 b3c.eff = 0,4 ρ3.loc b3c

b3c.edge.eff = 0,6 b3c.eff = 0,6 ρ3.loc b3c

bi.sup = tarkasteltavan levykentän i se puoli, jossa jännitys on suurempibi.inf = tarkasteltavan levykentän i se puoli, jossa jännitys on pienempi



232

• Vaihe 4:

Jäykistetylle levykentälle (alue Ac kuvissa 2.42 ja 2.43) lasketaan muunnettu hoikkuus seuraavasti [12,13]:

missä Ac on jäykistetyn levykentän puristetun alueen bruttopinta-ala lukuun

ottamatta reuna-alueita, jotka tukeutuvat koko tarkasteltavan levykentän

viereisiin levyosiin tai taivutetun levykentän vedettyyn alueeseen,

ks. kuvat 2.42 ja 2.43 (Ac kerrotaan shear lag -ilmiötä kuvaavalla tekijällä,

jos shear lag -ilmiö tulee ottaa huomioon, ks. kohta 2.5)

Ac.eff.loc on Vaiheessa 3 laskettu saman levykentän tehollinen pinta-ala

(mukaan lukien tarvittaessa shear lag -ilmiön vaikutukset)

σcr.p lasketaan kohdan 2.13.3.1 mukaisesti (σcr.p on kimmoteorian mukainen

kriittinen lommahdusjännitys levykentän reunassa, missä esiintyy suurin

puristusjännitys, ks. kuva 2.45)

Tämän jälkeen lasketaan jäykistetylle levykentälle Ac levymäisen käyttäytymisen perusteellaekvivalentin ortotrooppisen levyn pienennystekijä ρ kohdan 2.4.1 mukaisesti käyttäen kahdel-ta reunalta tuetun puristetun taso-osan lauseketta (2.7) [12,13]. Laskennassa tarvittavajännitysjakauma ψ määritetään alueen Ac reunajännitysten suhteena (ψ määritetään siisbruttopoikkileikkaukseen perustuen).

• Vaihe 5:

Jäykistämättömälle levykentälle Ac lasketaan levyn kimmoteorian mukainen pilarimaista käyt-täytymistä vastaava kriittinen jännitys σcr.c kaavasta [12,13]:


ν on Poissonin luku

t on levyn paksuus

a on levykentän pituus (kuva 2.40)

Jäykistetylle levykentälle Ac levyn kimmoteorian mukainen pilarimaista käyttäytymistä vastaa-va kriittinen jännitys σcr.c voidaan laskea siten, että ensin lasketaan levykentän eniten puris-

λp

λpβA.c fy

σcr.p-------------- (2.232)=

βA.c

Ac.eff.loc

Ac---------------- (2.233)=

σcr.cπ2

E t2

12 1 ν2–( )a2

------------------------------- (2.234)=



233

tettua reunaa lähimpänä olevan pitkittäisjäykisteen (eli siis eniten puristetun pitkittäisjäykisteen)kriittinen nurjahdusjännitys σcr.sl kaavasta [12,13]:


Asl.1 on jäykisteen ja sen viereisten levyosien (kuvassa 2.43 pitkittäisjäykiste 1 ja

siihen liittyvät levyosat b1.inf ja b2.sup) eli ns. fiktiivisen pilarin bruttopoikki-

leikkauksen pinta-ala

Isl.1 on saman poikkipinnan neliömomentti levyn tasoa vastaan kohtisuoraan

suuntaan

a on levykentän pituus (kuva 2.40)

Pilarimaista käyttäytymistä vastaava koko jäykistetyn levykentän puristetun reunan kriittinenjännitys σcr.c voidaan tämän jälkeen laskea ekstrapoloimalla [12,13]:

missä bc ja bsl.1 ovat jännitysjakauman ekstrapoloinnissa käytettävät geometriset mitat, ks.kuva 2.43.

Pilarimaiselle käyttäytymiselle lasketaan muunnettu hoikkuus seuraavasti [12,13]:

missä Asl.1 on jäykisteen ja sen viereisten levyosien bruttopoikkileikkauksen pinta-ala

(kuvassa 2.43 pitkittäisjäykiste 1 ja siihen liittyvät levyosat b1.inf ja b2.sup)

Asl.1.eff on samojen poikkileikkauksen osien tehollinen pinta-ala, kun lommahdus

otetaan huomioon (kuvassa 2.43 pitkittäisjäykisteen 1 tehollinen pinta-ala ja

siihen liittyvät levyosat b1.inf.eff ja b2.sup.eff)

σcr.sl

π2E Isl.1

Asl.1a2

------------------- (2.235)=

σcr.c

bc

bsl.1--------- σcr.sl (2.236)⋅=

λc

λcfy

σcr.c---------- jäykistämättömälle levylle (2.237a)=

λc

βA.c fy

σcr.c--------------- jäykistetylle levylle (2.237b)=

βA.c

Asl.1.eff

Asl.1--------------- (2.238)=



234

Pienennystekijä χc lasketaan kohdan 2.6.3 lausekkeilla (2.34) - (2.35) siten, että termi αkorvataan hitsattujen rakenteiden suurempien alkuepätäydellisyyksien huomioon ottamiseksitekijällä αe [12,13]:

missä e on max(e1 , e2). Mitta e1 tarkoittaa jäykisteen painopisteen (tai jäykisteiden

yhteisen painopisteen, kun ne sijaitsevat uuman molemmin puolin) ja

tehollisena toimivan pilarin neutraaliakselin välistä etäisyyttä, ja mitta e2 tarkoittaa uumalevyn painopisteen ja tehollisena toimivan pilarin

neutraaliakselin välistä etäisyyttä, ks. kuva 2.40

α = 0,21 (nurjahduskäyrä a), kun kyseessä on jäykistämätön levy

α = 0,34 (nurjahduskäyrä b), kun jäykisteenä on suljettu poikkileikkaus

α = 0,49 (nurjahduskäyrä c), kun jäykisteenä on avoin poikkileikkaus

Asl.1 on jäykisteen ja sen viereisten levyosien bruttopoikkileikkauksen pinta-ala

(kuvassa 2.43 pitkittäisjäykiste 1 ja siihen liittyvät levyosat b1.inf ja b2.sup)


suuntaan

• Vaihe 6:

Lopullinen pienennystekijä ρc lasketaan interpoloimalla edellä laskettujen levymäisen käyttäy-tymisen pienennystekijän ρ ja pilarimaisen käyttäytymisen pienennystekijän χc välillä seuraa-vasti [12,13]:

missä ρ on Vaiheessa 4 laskettu levymäisen käyttäytymisen pienennystekijä

χc on Vaiheessa 5 laskettu pilarimaisen käyttäytymisen pienennystekijä

σcr.p on Vaiheen 4 yhteydessä jäykistetylle levykentälle laskettu kimmoteorian

mukainen kriittinen lommahdusjännitys

σcr.c on Vaiheessa 5 laskettu pilarimaisen käyttäytymisen kriittinen jännitys

αe α 0 09,i e⁄

------------ (2.239)+=

iIsl.1

Asl.1---------- (2.240)=

ρc ρ χc–( )ξ 2 ξ–( ) χc (2.241)+=

ξσcr.p

σcr.c----------- 1 mutta 0 ξ 1 (2.242)≤ ≤–=



235

• Vaihe 7:

Seuraavaksi otetaan huomioon myös aikaisemmin pois jätetyt reuna-alueet bedge.eff (ks. kuvat2.42 ja 2.43), ja lasketaan koko jäykistetyn levykentän puristetun alueen tehollinen pinta-alaAc.eff pienentämällä aikaisemmin laskettua pinta-alaa Ac.eff.loc vielä lisää pienennystekijälläρc [12,13]:

missä ρc on Vaiheessa 6 laskettu puristetun levykentän lopullinen pienennystekijä

Ac.eff.loc on Vaiheessa 3 laskettu saman levykentän tehollinen pinta-ala

ρloc on lommahtamisen huomioon ottava puristetun reuna-alueen

pienennystekijä, joka lasketaan kaavan (2.7) mukaisesti

(kuvat 2.42 ja 2.43)

t on tarkasteltavan reuna-alueen levyn paksuus

Koko poikkileikkauksen tehollinen pinta-ala Aeff ja tehollinen taivutusvastus Weff lasketaanperustuen teholliseen poikkipintaan, joka muodostuu lausekkeen (2.243) mukaisesta puriste-tusta alueesta Ac.eff , ja poikkileikkauksen vedetyistä alueista jotka toimivat täysin tehollisina.Lausekkeen (2.243) oikean puolen ensimmäisessä termissä olevaa pinta-alaa Ac.eff.locpienennetään tällöin ohentamalla siihen kuuluvia levyosia tasaisesti pienennystekijällä ρc(ohentaminen ei siis koske reuna-alueita bedge.eff ) [12,13].

• Vaihe 8:

Jos kyseessä on yksi tai kaksi pitkittäisjäykistettä, tarkastetaan täytyykö tehollista poikkileik-kausta edelleen pienentää. Käytännössä tämä tarkastus kannattaa tehdä heti Vaiheen 6 jäl-keen ennen Vaihetta 7, mutta esitysteknisistä syistä johtuen se esitetään vasta tässä.

Tehollista poikkileikkausta ei tarvitse pienentää, jos seuraava ehto toteutuu [12,13]:

missä σcom.Ed lasketaan lausekkeista:

missä Asl.1 on reunimmaisen (eli eniten puristetun) jäykisteen ja sen viereisten

levyosien b1.inf ja b2.sup bruttopoikkileikkauksen pinta-ala (kuva 2.43)

Asl.2 on seuraavan jäykisteen ja sen viereisten levyosien b2.inf ja b3.sup

bruttopoikkileikkauksen pinta-ala (kuva 2.43)

Ac.eff ρc Ac.eff.loc bedge.eff t (2.243)∑+=

bedge.eff ρlocbedge (2.244)=

ρc fy γ M1⁄ σcom.Ed (2.245)≥

σcom.Ed σsl.1.Ed kun 1 pitkittäisjäy kiste (2.246a)=

σcom.Ed

σsl.1.Ed Asl.1 σsl.2.Ed Asl.2+

Asl.1 Asl.2+-------------------------------------------------------------- kun 2 pitkittäisjäykistettä (2.246b)=



236

σsl.1.Ed on jäykisteen 1 kohdalla vaikuttava jännitys (kuva 2.43),

joka lasketaan bruttopoikkileikkaukseen perustuen

σsl.2.Ed on jäykisteen 2 kohdalla vaikuttava jännitys (kuva 2.43),

joka lasketaan bruttopoikkileikkaukseen perustuen

Jäykisteiden kohdalla vaikuttava keskimääräinen jännitys voidaan laskea perustuen kuvan 2.43mukaiseen jännitysjakaumaan jossa levykentän reunajännitys on myötölujuuden mitoitus-arvon fyd = fy /γM0 suuruinen, tai jännitysjakaumaan joka syntyy poikkileikkaukseen vaikutta-vista voimasuureista MEd ja/tai NEd . Valinta riippuu siitä, halutaanko määrittää poikkileik-kauksen murtorajatilan mukainen kestävyys, vai halutaanko vain tarkastaa onko poikkileik-kauksen kestävyys riittävä siihen vaikuttavien voimasuureiden suhteen.

Jos ehto (2.245) ei toteudu, Eurocoden osa EN 1993-1-5 ohjeistaa pienentämään tehollistapinta-alaa Ac.eff.loc korvaamalla se pinta-alalla [12,13]:

Eurocodesta puuttuu kuitenkin ohjeistus, kuinka on tarkoitus laskea näin saatuun teholliseenpoikkileikkaukseen perustuva tehollinen taivutusvastus (lausekkeen (2.247) mukaisen pinta-alan ‘sijaintiahan’ ei nyt tunneta).

Ongelma voidaan ratkaista määrittämällä lausekkeen (2.247) mukaista pinta-alaa vastaava ek-vivalentti pienennyskerroin ρc* siten, että:

jolloin Vaiheessa 7 esitetyn lausekkeen (2.243) tilalle saadaan lausekkeet:

Koko poikkileikkauksen tehollinen pinta-ala Aeff ja tehollinen taivutusvastus Weff voidaan nytlaskea Vaiheessa 7 esitetyn periaatteen mukaisesti, mutta lauseke (2.243) korvataan lausek-keella (2.250), jonka oikean puolen ensimmäisessä termissä olevaa pinta-alaa Ac.eff.locpienennetään ohentamalla siihen kuuluvia levyosia tasaisesti pienennystekijän ρc sijasta lau-sekkeen (2.251) mukaisella pienennystekijällä ρc*.

Ac.eff.loc* ρc fy γ M1⁄

σcom.Ed-----------------------Ac (2.247)=

Ac Asl.1 kun 1 pitkittäisjäykiste (2.248a)=

Ac Asl.1 Asl.2 kun 2 pitkittäisjäykistettä (2.248b)+=

ρc* Ac.eff.loc ρc Ac.eff.loc

* (2.249)=

Ac.eff ρc* Ac.eff.loc bedge.eff t (2.250)∑+=

ρc* ρc

2fy γ M1⁄

σcom.Ed-------------------------

Ac

Ac.eff.loc------------------ (2.251)⋅=



237

Kuva 2.44 Pitkittäisjäykistetyn profiilin tehollisen poikkileikkauksen laskeminen

Koko profiilin bruttopoikkileikkauksen neliömomentti ja neutraaliakselin paikka

Yksittäisten osakenttien (ja jäykisteiden) pienennystekijät loc ja teholliset leveydet

A c.eff.loc = ...

YHTEISVAIKUTUS

= ...

c = ...

Puristetun alueen A c.eff.loc

levyosia ohennetaanpienennystekijällä c ( tai c*)

Jos 1 tai 2 pitkittäisjäykistettä =>

Tarkastetaan täytyykö tehollisia alueita pienentää edelleen, jolloin c c*

Otetaan huomioon myös poikkileikkauksenvedetyt osat, ja lasketaan koko poikkileikkauksen

teholliset poikkileikkausarvot A eff = ...W eff = ...

LOPPU

LEVYMÄINEN KÄYTTÄYTYMINEN

PILARIMAINEN KÄYTTÄYTYMINEN

cr. p = ...

A. c = ...

p = ...

= ...

cr. c = ...

A. c = ...

c = ...

e = ...

c = ...

A c.eff = ...

Jäykisteiden vaatimusten tarkastaminen

TEHOLLISEN POIKKILEIKKAUKSEN LASKEMINEN POIKKILEIKKAUSLUOKASSA 4,

KUN KÄYTETÄÄN PITKITTÄISJÄYKISTEITÄ



238

2.13.3.1 Levymäisen käyttäytymisen kimmoteorian mukainen kriittinen jännitys

2.13.3.1.1 Yhdellä pitkittäisjäykisteellä jäykistetty levykenttä

Jos jäykistetyssä levyssä on vain yksi pitkittäisjäykiste puristetulla alueella, tarkastelu voidaansuorittaa käyttämällä fiktiivistä erillistä kimmoisalla alustalla olevaa pilaria, jolloin ko. kimmoisaalusta kuvaa levyn tukevaa vaikutusta pilariin (jäykisteeseen). Mahdolliset vedetyllä alueellaolevat jäykisteet jätetään huomioon ottamatta [12,13].

Ensin lasketaan jäykisteen kimmoteorian mukainen kriittinen jännitys seuraavasti [12,13]:

missä Asl.1 on jäykisteen ja sen viereisten levyosien bruttopoikkileikkauksen pinta-ala

kuvan 2.45 mukaisesti


suuntaan

b , b1 , b2 ja t on esitetty kuvassa 2.45

Koko jäykistetyn levykentän kimmoteorian mukainen eniten puristetun reunan kriittinenjännitys σcr.p voidaan nyt laskea seuraavalla ekstrapoloinnilla [12,13]:

missä bc ja bsl ovat jännitysjakauman ekstrapoloinnissa käytettävät geometriset mitat kuvan2.45 mukaisesti (vrt. pilarimaisen käyttäytymisen kriittinen jännitys σcr.c ja lauseke (2.236) ).

σcr.sl1 05E,Asl.1

----------------Isl.1 t

3b

b1 b2--------------------- kun a ac (2.252a)≥⋅=

σcr.slπ2

EIsl.1

Asl.1a2

-------------------E t

3b a

2

4π21 ν2–( ) Asl.1 b1

2b2

2----------------------------------------------------- kun a ac (2.252b)<+=

ac 4 33Isl.1 b1

2b2

2

t3b

----------------------4 (2.253),=

σcr.p

bc

bsl------ σcr.sl (2.254)⋅=



239

Kuva 2.45 Levykenttä, jossa on yksi pitkittäisjäykiste puristetulla alueella [12,13]

2.13.3.1.2 Kahdella pitkittäisjäykisteellä jäykistetty levykenttä

Jos jäykistetyssä levyssä on kaksi pitkittäisjäykistettä puristetulla alueella, voidaan soveltaa yh-delle jäykisteelle tarkoitettua menetelmää tarkastelemalla kolme erilaista yhden jäykisteen ta-pausta seuraavasti [12,13,31]:

• Tapaus I:

Oletetaan, että jäykiste I nurjahtaa ja jäykiste II toimii jäykkänä tukena (kuva 2.46, jäykiste I ).

• Tapaus II:

Oletetaan, että jäykiste II nurjahtaa ja jäykiste I toimii jäykkänä tukena (kuva 2.46, jäykiste II ).

• Tapaus I + II:

Molempien jäykisteiden nurjahdus yhdessä otetaan huomioon tarkastelemalla kuvan 2.46 oi-keanpuoleisimman tapauksen mukaisesti yhtä fiktiivistä yhdistettyä jäykistettä, jolla alkuperäi-set kaksi jäykistettä korvataan siten, että:

- yhdistetyn jäykisteen pinta-ala Asl ja neliömomentti Isl lasketaan alkuperäisten jäykisteiden ja niihin liittyvien levyosien (ks. kuvat 2.42 ja 2.43) vastaavien suureiden summana perustuen bruttopoikkileikkaukseen

- yhdistetyn jäykisteen sijainniksi valitaan alkuperäisiin jäykisteisiin vaikuttavien voimien resultantin vaikutuskohta

Jokaiselle näistä kuvassa 2.46 esitetylle yhden nurjahtavan jäykisteen tapaukselle lasketaankyseisen jäykisteen kriittinen nurjahdusjännitys σcr.sl kohdan 2.13.3.1.1 mukaisesti. Yhdiste-tylle jäykisteelle ( I + II ) käytetään tällöin lausekkeissa (2.252) - (2.253) arvoja b1 = b1* , b2 =b2* ja b = B*.

a

b sl b c

b 1b 2

b

σcr.sl —— b1

σcr.p

3 - ψ5 - ψ

0,4 bc

t



240

Kullekin tapaukselle lasketaan näin saatujen jäykisteen kriittisten nurjahdusjännitysten σcr.slperusteella levykentän eniten puristetun reunan kriittinen jännitys σcr.p ekstrapoloimalla lau-sekkeen (2.254) mukaisesti, jolloin mitta bc säilyy kaikissa kolmessa tapauksissa alkuperäise-nä (etäisyys alkuperäisestä neutraaliakselista jäykistetyn levykentän eniten puristettuunreunaan), mutta mitta bsl määritetään kullekin kolmelle tapaukselle erikseen (etäisyys alkupe-räisestä neutraaliakselista tarkasteltavaan jäykisteeseen).

Kyseisistä tarkasteluista tuloksena saatu pienin kriittisen jännityksen σcr.p arvo on määräävä.Vedetyn alueen jäykisteet jätetään laskelmissa huomioon ottamatta.

Kuva 2.46 Levykenttä, jossa on kaksi pitkittäisjäykistettä puristetulla alueella [12,13]

2.13.3.1.3 Vähintään kolmella pitkittäisjäykisteellä jäykistetty levykenttä

Levyjä, joissa on vähintään kolme pitkittäisjäykistettä tasavälein, voidaan käsitellä ekvivalent-teina ortotrooppisina levyinä, jolloin jäykisteiden yhteinen jäykkyys on tasattu (“levitetty”) suu-rentamaan levyn pitkittäistä taivutusjäykkyyttä. Kaikkien kolmen jäykisteen ei tarvitse ollapuristettuna. Sana ortotrooppinen on lyhenne ilmaisusta ortogonaalisesti anisotrooppinen, mi-kä merkitsee että pitkittäis- ja poikittaisjäykisteet antavat erilaisen jäykkyyden eri suuntiin.

Ekvivalentin ortotroopisen levyn kimmoteorian mukainen kriittinen lommahdusjännitys σcr.plevykentän eniten puristetussa reunassa voidaan laskea kaavasta [12,13]:

missä kσ.p on ortotrooppisia levyjä koskevan teorian mukainen lommahduskerroin,

kun jäykisteiden oletetaan jakaantuvan tasaisesti levyn koko leveydelle b

b on koko jäykistetyn levykentän leveys (vedetty puoli mukaan lukien)

Poikkileikkauksen- pinta-ala Asl.I - neliömomentti Isl.I

Jäykiste I

B*

Jäykiste II Yhdistetty jäykiste

Asl.II Asl.I + Asl.IIIsl.II Isl.I + Isl.II

B*

B*b1*

b1*

b1*

b2*

b2*b2*

I

II

σcr.p kσ .p σE kσ .pπ2

Et2

12 1 ν2–( )b2

-------------------------------⋅ 190000 kσ .p t b⁄( )2 (2.255)⋅ ⋅= = =



241

kuvan 2.40 mukaisesti. Uuman tapauksessa kaavoissa (2.255) - (2.261)

leveys b korvataan uuman korkeudella hw

t on jäykistettävän levyn paksuus

Kun jäykisteet sijaitsevat tasavälein, lommahduskertoimen kσ.p likiarvo voidaan laskea seu-raavista kaavoista edellyttäen että lausekkeiden (2.257) ja (2.258) ehdot toteutuvat [12,13]:

missä Isl on koko jäykistetyn levykentän (levy + jäykisteet)

neliömomentti levyn tasoa vastaan kohtisuoraan suuntaan

ΣAsl on yksittäisten pitkittäisjäykisteiden bruttopinta-alojen summa

(pelkät jäykisteet ilman niihin liittyviä viereisiä levyosia)

Ap on levyn bruttopinta-ala = bt σ1 on koko jäykistetyn levykentän enemmän puristetun reunan jännitys

σ2 on koko jäykistetyn levykentän vähemmän puristetun reunan jännitys

a , b ja t on esitetty kuvassa 2.40

Todettakoon, että suora seuraus ehdosta (2.258) on, että edellä esitettyä lommahduskertoi-men kσ.p laskentaa ei voi soveltaa tilanteessa jossa toinen jäykistetyn levykentän reunoista onvetojännityksen alaisena.

Jos edellä esitetyissä kaavoissa olevat ehdot eivät toteudu, tai jäykisteet eivät sijaitse tasavä-lein, lommahduskerroin kσ.p on ratkaistava esimerkiksi seuraavilla keinoilla [12,13,32]:

• käytetään lommahdustaulukoita, jotka on laadittu tasatuille (smeared, verschmierte) jäykisteille, ja määritetään lommahduskerroin kσ.p käyrästöistä, esim. [49,50]

kσ .p2 1 α2+( )

2γ 1–+[ ]

α2 ψ 1+( ) 1 δ+( )------------------------------------------------- kun α γ4 (2.256a)≤=

kσ .p4 1 γ+( )

ψ 1+( ) 1 δ+( )------------------------------------ kun α γ4 (2.256b)>=

α ab--- 0 5 (2.257),≥=

ψσ2

σ1----- 0 5 (2.258),≥=

δAsl∑

Ap------------- (2.259)=

γIsl

Ip----- (2.260)=

Ipbt

3

12 1 ν2–( )-------------------------

bt3

10 92,--------------- (2.261)= =



242

• käytetään erillisille jäykisteille laadittuja lommahdustaulukoita, edellyttäen että osakenttien paikallinen lommahdus voidaan jättää huomioon ottamatta (eli kun ρloc = 1,0)

• ratkaistaan kimmoteorian mukainen kriittinen lommahdusjännitys σcr.p sopivalla FEM-ohjelmalla

2.13.4 Jäykisteet ja niihin liittyvät yksityiskohdat

2.13.4.1 Yleistä

Kohdassa 2.13.3 esitetyt ohjeet perustuvat Eurocoden osaan EN 1993-1-5 jossa todetaanmyös, että annettujen ohjeiden lisäksi kansallisessa liitteessä voidaan esittää lisätietoja jäykis-teille asetettavista vaatimuksista sovellutuskohtaisesti [12,13].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-5 [14]: Lisätietoja tai lisävaatimuksia ei esitetä.

Jäykisteen nurjahduskestävyyttä laskettaessa jäykisteen bruttopoikkipinnan pinta-ala voidaanlaskea koostuvaksi itse jäykisteestä ja levyn leveydestä 15εt (ei kuitenkaan suurempi kuinlevyn todellinen leveys) jäykisteen molemmin puolin, kuitenkin siten että viereisiin jäykisteisiinmukaan laskettavat levyn osat eivät limity keskenään. Eli kokonaisleveydeksi otetaan siis2 x 15εtw + ts , ks. kuva 2.47, mutta sauvan päissä tai uuman aukkojen kohdalla ao. levyosienleveys rajoitetaan niiden todelliseen mittaan. Ellei erikseen muuta sanota, edellä esitetty kos-kee vain kohdassa 2.13.4 esitettyjä itse jäykisteitä koskevia tarkastuksia. Ohjetta ei siis esimer-kiksi sovelleta kohdassa 2.13.3 esitettyyn pitkittäisjäykisteillä jäykistetyn levykentän tehollistenleveyksien laskentaan, vaan siinä jäykisteisiin liittyvien viereisten levyosien leveydet lasketaanko. kohdassa esitetyillä ohjeilla. Jäykisteen itsensä teholliset leveydet lasketaan kohdan 2.4mukaisesti [12,13,31].

Kuva 2.47 Jäykisteeseen mukaan otettavien viereisten levyosien tehollinen pinta-ala

15εtw 15εtw 15εtw 15εtwts ts

As As

tw

e1

e2

emax = max (e1 , e2)



243

2.13.4.2 Yleiset vaatimukset jäykisteiden vääntönurjahduksen estämiseksi

Jäykiste itse ei saa menettää stabiiliuttaan vääntönurjahtamalla. Tämä vaatimus koskee ylei-sesti sekä poikittaisjäykisteitä että pitkittäisjäykisteitä. Avoimista poikkileikkauksista tehtyjenjäykisteiden bruttopoikkileikkauksen tulee tällöin täyttää vähintään toinen seuraavista ehdoista[12,13]:

missä It on pelkän jäykisteen vääntöneliömomentti

Ip on pelkän jäykisteen polaarinen neliömomentti levyyn kiinnitetyn reunan

suhteen

E on kimmokerroin


σcr on kimmoteorian mukainen kriittinen vääntönurjahdusjännitys,

kun levyn antamaa kiertymistuentaa ei oteta huomioon

θ on parametri, joka takaa poikkileikkausluokan 3 mukaisen käyttäytymisen

Tarkastettaessa jäykistettä ehtojen (2.262) tai (2.263) suhteen, jäykisteeseen ei oteta mukaankuvan 2.47 mukaisia uuman viereisiä levyosia 2 x 15εtw + ts .

Parametrin θ arvo voidaan esittää kansallisessa liitteessä. Eurocoden suositusarvo on θ = 6[12,13].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-5 [14]: Käytetään Eurocoden suositusarvoa θ = 6.

Ehto (2.262) on yksinkertaisempi, koska siinä jätetään huomioon ottamatta jäykisteen käyris-tymisjäyhyys. Täten se soveltuu käytettäväksi lattateräksestä tehdyille jäykisteille, koska niidenkäyristymisjäyhyys levyn reunan suhteen on hyvin vähäinen. Kuvassa 2.48 on esitetty tarvitta-vien poikkipintasuureiden laskeminen lattateräksestä tehdyllä jäykisteellä, sekä ehdon (2.262)toteuttamiseksi tarvittavat poikkileikkauksen mittasuhteet varmalla puolella olevana likimää-räistyksenä [31]. Lattajäykisteellä ehto (2.262) toteutuu myös, jos latan b / t -suhde valitaan ker-toimen 0,927 verran pienemmäksi kuin poikkileikkausluokan 3 raja-arvo taulukossa 2.8.

It

Ip---- 5 3

fy

E ----- tai (2.262),≥

σcr θfy (2.263)≥



244

Kuva 2.48 Lattateräsjäykisteen poikkileikkaukselta vaadittavat mittasuhteet jäykisteen vääntönurjahduksen estämiseksi [31]

Muista avoprofiileista tehdyillä jäykisteillä (esim. L- tai T-poikkileikkaukset) on suurempikäyristymisjäyhyys Iω levyn reunan suhteen, joten niillä voidaan hyödyntää ehdon (2.263) mu-kaista tarkempaa laskentaa. Kimmoteorian mukainen kriittinen vääntönurjahdusjännitys laske-taan tällöin bruttopoikkileikkaukselle kaavasta:

missä It on pelkän jäykisteen vääntöneliömomentti (ks. kuva 2.49)

Ip on pelkän jäykisteen polaarinen neliömomentti levyyn kiinnitetyn reunan

suhteen

Iy on pelkän jäykisteen neliömomentti levyyn kiinnitetyssä reunassa

y-akselin suhteen

Iz on pelkän jäykisteen neliömomentti levyyn kiinnitetyssä reunassa

z-akselin suhteen

Iω on pelkän jäykisteen käyristymisjäyhyys levyn reunan suhteen

Lcr.T on jäykisteen nurjahduspituus vääntönurjahduksessa

(tarkemman arvon puuttuessa käytetään arvoa Lcr.T = L )

G on liukukerroin

E on kimmokerroin

Lausekkeessa (2.264) tarvittava neliömomentti It ja käyristymisjäyhyys Iω levyn reunan suh-teen voidaan laskea levytavarasta valmistetuille L- ja T-poikkileikkauksille kuvassa 2.49 esite-tyillä kaavoilla [31].

Ipb

3t

3-------

t3b

12-------

b3t

3-------≈+=

Itbt

3

3-------=

It

Ip----

tb---

2 5 3 fy,E

-------------≥=

bt---

E5 3 fy,-------------≤ 13 0 S235( ),

10 5 S355( ),⎩⎨⎧

=

t

b

σcr1Ip---- GIt

π2EIω

Lcr.T2

---------------+ (2.264)=

Ip Iy Iz (2.265)+=



245

Kuva 2.49 L- ja T-jäykisteiden käyristymisjäyhyyden laskeminen levyyn kiinitetyn reunan suhteen [31]

2.13.4.3 Palkin normaalijännityksistä aiheutuvat vaatimukset

2.13.4.3.1 Poikittaisjäykisteet

Jäykkien tukien aikaansaamiseksi pituussuunnassa jäykistetylle tai pituussuunnassa jäykistä-mättömälle levylle poikittaisjäykisteiden tulee täyttää jäykkyyttä ja lujuutta koskevat alla esitetytminimivaatimukset. Ohjeet eivät päde, jos poikittaisjäykisteisiin vaikuttaa niitä ulospäin taivut-tava kuormitus, jolloin lisäohjeita voi katsoa standardeista EN 1993-2 ja EN 1993-1-7 [12,13].

Poikittaisjäykistettä käsitellään päistään nivelellisesti tuettuna sauvana, johon vaikuttaa levy-kentän normaalijännityksistä aiheutuva mutta levykentän tasoa vastaan kohtisuoraan suuntaanvaikuttava poikittainen kuormitus. Poikittaisjäykisteen alkukaarevuudeksi oletetaan wo = s /300siten, että s on pienin arvoista a1 , a2 tai b , missä a1 ja a2 ovat tarkasteltavan jäykisteenviereisten levykenttien pituudet ja b on laippojen painopisteiden välinen etäisyys tai poikittai-sen jäykisteen pituus, ks. kuva 2.50 [12,13].

Iω13--- b1

t2---–

2b2

3t=

Iω112------ b1

t2

2----+

2

b23

t2=

b1

b1

b2

b2

t

t1

t2

It13--- b1 b2+[ ] t

3=

It13--- b1 t1

3b2 t2

3+[ ]=



246

Kuva 2.50 Poikittaisjäykisteen alkukaarevuus ja staattinen laskentamalli [12,13,31]

Poikittaisjäykisteen tulee kestää pois uuman tasosta poikkeuttavat voimat, jotka aiheutuvat vie-reisistä puristetuista levykentistä (olettaen että molemmat viereiset poikittaisjäykisteet ovatjäykkiä ja suoria) sekä mahdolliset ulkoiset kuormat. Puristettuja levykenttiä ja pitkittäisjäykis-teitä käsitellään vapaasti tuettuina poikittaisjäykisteiden kohdalla [12,13].

Jäykisteen tulee tällöin toteuttaa seuraavat vaatimukset murtorajatilassa toisen kertaluvun kim-moteorian mukaisen analyysin perusteella [12,13]:

• jäykisteen suurin jännitys mitoituskuormalla on enintään fy /γM1 • lisätaipuma on enintään b /300

A

A

NEd

NEd

B

B

w0

a1

a2

b

tarkasteltavapoikittaisjäykiste

viereisetpoikittaisjäykisteet

——

w0 = min [ —— , —— , —— ] 300

b a1 a2300 300

A - A B - B——

a1 a2

NEd NEd w0



247

Kun poikittaisjäykisteeseen ei kohdistu ulkoista aksiaalista voimaa, molempien em. vaatimus-ten katsotaan toteutuvan, jos poikittaisjäykisteen neliömomentti on vähintään [12,13]:

missä Ist on jäykisteen ja siihen liittyvien uuman viereisten levyosien 2 x 15εtw + ts yhteinen neliömomentti uuman tasoa vastaan kohtisuoraan suuntaan,

ks. kuva 2.47

emax on neliömomenttia Ist vastaavan poikkipinnan (jäykiste + viereiset levyosat)

uloimman reunan ja painopisteen suurin etäisyys kuvan 2.47 mukaisesti

NEd on viereisissä levykentissä vaikuttava levykenttien suurin puristusvoiman

mitoitusarvo, kuitenkin vähintään NEd ≥ σc.max.Ed (0,5 Ac.eff ) ,

missä Ac.eff lasketaan kohdan 2.13.3 mukaisesti ja σc.max.Ed on

poikkipinnan Ac.eff alueella vaikuttava suurin puristusjännitys

σcr.p on levymäisen käyttäytymisen kriittinen jännitys uuman eniten puristetussa

reunassa kohdan 2.13.3.1 mukaisesti. Jos uumassa ei ole pitkittäisjäykis-

teitä, niin σcr.p = σcr , missä σcr lasketaan lausekkeen (2.10) mukaisesti

σcr.c on pilarimaisen käyttäytymisen kriittinen jännitys uuman eniten puristetussa

reunassa kohdan 2.13.3 mukaisesti



a1 , a2 ja b on esitetty kuvassa 2.50

Lausekkeessa (2.267) tarvittavat kriittiset jännitykset σcr.p ja σcr.c lasketaan poikittaisjäykis-teen viereisille levykentille erikseen, jolloin suurimman suhteen σcr.c / σcr.p antava levykenttäon määräävä. Vaikka Eurocoden osassa EN 1993-1-5 ei suoraan sanota, suhteelle σcr.c / σcr.pkäytetään raja-arvoja 0,5 ≤ σcr.c / σcr.p ≤ 1,0 analogisesti kuten lausekkeessa (2.242). Lausek-keen (2.267) laskentaa voidaan yksinkertaistaa käyttämällä varmalla puolella olevaa arvoaσcr.c / σcr.p = 1,0 [31].

2.13.4.3.2 Pitkittäisjäykisteet

Pitkittäisjäykisteet luokitellaan epäjatkuviksi jos ne eivät lävistä poikittaisjäykisteissä olevia auk-koja, tai jos niitä ei ole yhdistetty poikittaisjäykisteisiin. Epäjatkuvien pitkittäisjäykisteiden ta-pauksessa on otettava huomioon seuraavat suunnittelunäkökohdat [12,13]:

• niitä käytetään vain uumissa (ts. käyttö ei ole sallittua laipoissa) • niitä ei oteta huomioon kokonaisanalyysissä

Ist

σm

E------

bπ---⎝ ⎠

⎛ ⎞ 1 wo300b

---------u+ (2.266)≥

σm

σcr.c

σcr.p-----------

NEd

b---------

1a1-----

1a2-----+ (2.267)⋅ ⋅=

uπ2

Eemax

300 b fy γ M1⁄------------------------------- 1 0 (2.268),≥=



248

• niitä ei oteta huomioon jännityksiä laskettaessa • ne otetaan huomioon laskettaessa uuman osakenttien tehollisia leveyksiä • ne otetaan huomioon laskettaessa kimmoteorian mukaisia kriittisiä jännityksiä

Palkin normaalijännityksistä aiheutuvat pitkittäisjäykisteiden lujuutta koskevat vaatimukset tule-vat otetuksi huomioon suoraan tai välillisesti edellä kohdissa 2.13.4.2 ja 2.13.3 suoritetuissatarkasteluissa [12,13].

2.13.4.4 Palkin uuman leikkausjännityksistä aiheutuvat vaatimukset

2.13.4.4.1 Jäykät päätyjäykisteet ja ei-jäykät päätyjäykisteet

Päätyjäykisteet jaotellaan jäykkiin päätyjäykisteisiin ja ei-jäykkiin päätyjäykisteisiin.

Jäykkä päätyjäykiste on kuvan 2.51b mukainen jäykiste. Se voi koostua kahdesta kaksipuolei-sesta jäykisteestä, jotka muodostavat lyhyen palkin laipat (palkin pituus on hw). Jäykisteidenvälinen uuman osa muodostaa kyseisen lyhyen palkin uuman. Vaihtoehtoisesti jäykkänä pää-tyjäykisteenä voi olla valssattu profiili, joka liitetään uumalevyn päähän.

Jäykkä päätyjäykiste toimii lyhyenä palkkina, joka mitoitetaan omalla taivutuskestävyydelläänvastaanottamaan uuman tasossa pituussuunnassa vaikuttavat vetokenttäteorian mukaiset kal-vojännitykset. Kun jäykkä päätyjäykiste tehdään sileästä lattateräksestä, tämän vaatimuksenkatsotaan toteutuvan, kun seuraavat ehdot ovat voimassa [12,13]:

missä Ast on yhden kaksipuoleisen jäykisteen poikkipinta-ala, jolloin

pinta-alaan lasketaan mukaan uuman molemmilla puolilla oleva osuus

sekä ao. jäykisteiden väliin jäävä uuman levyosa jonka leveys on ts ,

mutta mukaan ei oteta kuvassa 2.47 esitettyjä uuman viereisiä

levyosia 2 x 15εtw

hw on uuman korkeus

tw on uuman paksuus

e on jäykistelevyjen keskilinjojen välinen etäisyys (kuva 2.51b)

Jos jäykkänä päätyjäykisteenä käytetään valssattua profiilia sileiden levyjen sijasta, sen mitatvalitaan siten, että sen taivutusvastus vaakasuuntaisen uuman tasoa vastaan kohtisuorassa ta-sossa olevan akselin suhteen on vähintään [12,13].

Jäykkä päätyjäykiste toimii lisäksi tukireaktiota vastaanottavana jäykisteenä tuella. Käytännös-sä tukireaktion kantaa kuvan 2.51b mukaisesti ‘sisempi’ jäykän päätyjäykisteen kahdesta kak-sipuoleisesta jäykisteestä, joka mitoitetaan tukireaktiolle kohdan 2.13.4.5 mukaisesti.

Ast 4hw tw2

e⁄ (2.269)≥

e 0 1hw (2.270),≥

4hwtw2



249

Kuva 2.51 Päätyjäykisteitä

Jos päätyjäykiste ei ole edellä esitetyn mukainen, se ei kykene kantamaan uumasta tulevia ve-tokenttäteorian mukaisia kalvojännityksiä omalla taivutuskestävyydellään, jolloin se luokitel-laan ei-jäykäksi. Ei-jäykkä päätyjäykiste voi olla kuvan 2.51c mukainen kaksipuoleinenpäätyjäykiste. Sen tulee silti täyttää kohdassa 2.13.4.4.2 esitettävät jäykkiä välijäykisteitä kos-kevat jäykkyysvaatimukset, jotta sillä on riittävä jäykistyskyky kohdan 2.8.2 mukaisia uumanleikkauslommahdustarkasteluja varten.

Ei-jäykän päätyjäykisteen kestävyys mitoitetaan kuten poikittaiset välijäykisteet aksiaalivoimil-le, jotka aiheutuvat palkin tukireaktiosta (vrt. välijäykisteillä jäykisteen kohdalla mahdollisestivaikuttava pistekuorma) ja uuman leikkausvoimasta aiheutuvasta vetokenttäteorian mukaisenkalvojännityksen pystykomponentista (ks. kohta 2.13.4.4.2).

2.13.4.4.2 Poikittaiset välijäykisteet

Myös poikittaiset välijäykisteet jaotellaan jäykkiin ja ei-jäykkiin. Jos jäykiste ei täytä alla esitet-tyjä jäykän jäykisteen vaatimuksia, se luokitellaan ei-jäykäksi.

Jäykkä poikittaisjäykiste kykenee sijaintikohdassaan estämään uuman leikkauslommahduk-sen, jolloin viereisten levykenttien leikkauslommahduskerroin ja leikkauslommahduskestävyysvoidaan määrittää kohdan 2.8.2 mukaisesti (ko. kohdassa esitetyt Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaiset ohjeet leikkauslommahduskertoimen laskemiseksi eivät siis päde käytettäessäei-jäykkiä poikittaisjäykisteitä).

Poikittaisjäykiste luokitellaan jäykäksi, jos sen neliömomentti on vähintään [12,13]:


bf t f

tw

h w

e aAst

a) Poikkileikkaus-merkinnät

b) Jäykkäpäätyjäykiste

c) Ei-jäykkäpäätyjäykiste

e

Ist 1 5 hw3

tw3, a

2⁄ kun a /hw 2 (2.271a)<≥

Ist 0 75hw tw3, a

2⁄ kun a /hw 2 (2.271b)≥≥



250

tw on uuman paksuus

a on jäykisteen viereisen levykentän pituus (kuva 2.51b)

Jäykisteen neliömomentti lasketaan profiilin pituusakselin suuntaisen suoran suhteen (profiilinx-akseli) taivutukselle pois uuman tasosta. Jäykisteeseen liittyvät uuman viereiset levyosat2 x 15εtw + ts lasketaan tässä jäykisteeseen mukaan, ks. kuva 2.47, mutta sauvan päissä taiuuman aukkojen kohdalla ao. levyosien leveys rajoitetaan niiden todelliseen mittaan. Jos tar-kasteltavan poikittaisjäykisteen viereiset levykentät ovat eri pituiset, jäykkyysvaatimukset tar-kastetaan kummankin levykentän suhteen erikseen.

Jos poikittaisjäykiste on kaksipuoleinen, sitä käsitellään yhtenä yhtenäisenä jäykisteenä johonkohdistuu ehdon (2.271) mukainen jäykkyysvaatimus.

Kuva 2.52 Poikittaisessa välijäykisteessä vaikuttava aksiaalivoima, joka aiheutuu uuman leikkausvoimista ja niiden vetokenttäteorian mukaisesta kalvojännityksestä [31]

Jäykkien poikittaisjäykisteiden kestävyys voidaan mitoittaa aksiaaliselle mitoitusvoimalle, jokamuodostuu vetokenttäteorian mukaisen kalvojännityksen pystykomponentista (kuva 2.52), jajonka suuruus on [12,13]:

missä VEd on leikkausvoiman mitoitusarvo murtorajatilassa

on uuman muunnettu hoikkuus kohdan 2.8.2 mukaisesti

hw on uuman korkeus

tw on uuman paksuus



Kestävyys em. aksiaalivoimalle tarkastetaan kohdan 2.13.4.5 mukaisesti.

Jos lausekkeesta (2.272) saatava arvo on negatiivinen, jäykisteessä vaikuttavaksi aksiaalivoi-maksi otetaan Nst.ten = 0 [31].

action in the two adjacent panels (Figure 9.15).

Nst,ten

Figure 9 15: Axial force in the intermediate transverse stiffeners

Nst.ten

Nst.ten VEd1

λ w2

------fyw hw tw

3γ M1

-------------------- (2.272)⋅–=

λw



251

Jos leikkausvoimat vaihtelevat, aksiaalivoima Nst.ten määritetään leikkausvoimalle VEd , jokavaikuttaa etäisyydellä 0,5hw jäykisteen viereisten levykenttien siitä reunasta, jossa on suurinleikkausvoima [12,13].

Koska vaikuttava leikkausvoima VEd saa olla korkeintaan leikkauslommahduskestävyydenVb.Rd suuruinen, ja Vb.Rd puolestaan voi olla korkeintaan lausekkeessa (2.109) esitetyn mak-simiarvon suuruinen, jäykisteen aksiaalivoimalle saadaan lausekkeesta (2.272) johdettua var-malla puolella oleva leikkausvoiman VEd suuruudesta riippumaton maksimiarvo:

missä η on muokkauslujittumisen huomioon ottava tekijä taulukon 2.19 mukaisesti ja kaavanmuut tekijät on esitetty lausekkeessa (2.272).

Koska edellä todetun mukaisesti negatiivista aksiaaliaalivoiman Nst.ten arvoa ei oteta huo-mioon, vaan tällöin asetetaan Nst.ten = 0 , saadaan lausekkeesta (2.273) puolestaan johdettuauuman muunnetulle hoikkuudelle raja-arvo, jota pienemmillä hoikkuuksilla jäykisteeseen koh-distuvaa aksiaalivoimaa ei tarvitse ottaa huomioon:

Koska lausekkeiden (2.111a...b) perusteella uuman leikkauslommahduskertoimelle voidaanottaa varmalla puolella oleva arvo kτ = 5,34 , saadaan lausekkeesta (2.274) johdettua edelleenvarmalla puolella oleva raja-arvo uuman hw / tw -suhteelle:

Jos uuman hoikkuus on niin suuri, että kumpikaan ehdoista (2.274) tai (2.275) ei toteudu, voiuuman leikkausvoimasta aiheutua poikittaisjäykisteeseen aksiaalivoimaa, ja tilanne on tutkitta-va tarkemmin lausekkeen (2.272) mukaisesti.

2.13.4.5 Poikittaisjäykisteen kestävyys aksiaalikuormalle ja palkin pistekuormalle

Poikittaisjäykisteen nurjahduskestävyys ja poikkileikkauksen kestävyys tarkastetaan aksiaali-kuormille, jotka aiheutuvat seuraavista tekijöistä [12,13]:

• profiilin uuman leikkausvoimasta muodostuvan vetokenttäteorian mukaisen kalvojännityksen pystykomponentista Nst.ten (ks. kohta 2.13.4.4) sekä

• mahdollisesta jäykisteen kohdalla vaikuttavasta pistekuormasta, ja • tuen kohdalla tukireaktiosta.

Nst.ten.max η 1

λ w2

------–fyw hw tw

3γ M1

-------------------- (2.273) ⋅=

Nst.ten 0 kun λ w1

η------- (2.274)≤=

Nst.ten 0 kun hw

tw------

86 4ε,η

--------------- (2.275)≤=



252

Mitoitusehdoiksi saadaan:

missä Nst.c.Rd on jäykisteen poikkileikkauksen kestävyys

Nst.b.Rd on jäykisteen tasonurjahduskestävyys uuman tasosta ulospäin

FEd on jäykisteen kohdalla vaikuttavan pistekuorman tai tukireaktion


Nst.ten on profiilin uuman leikkausvoimasta muodostuva vetokenttäteorian

mukaisen kalvojännityksen pystykomponentti Nst.ten kohdan 2.13.4.4

mukaisesti

ΔNst on jäykisteeseen kohdistuva aksiaalinen lisävoima, joka aiheutuu profiilin

uumassa vaikuttavasta normaalivoimasta NEd (kuva 2.50)

Lausekkeessa (2.277) tarvittava aksiaalinen lisävoima ΔNst lasketaan seuraavasti [12,13]:

missä σm lasketaan kaavasta (2.267)

b on profiilin laippojen painopisteiden välinen etäisyys tai

poikittaisen jäykisteen pituus (kuva 2.50)

Jäykisteen poikkileikkauksen kestävyys lasketaan kohdan 2.6.2 mukaisesti. Jäykisteeseen liit-tyvät uuman viereiset levyosat 2 x 15εtw + ts lasketaan tässä jäykisteeseen mukaan, ks. kuva2.47, mutta sauvan päissä tai uuman aukkojen kohdalla ao. levyosien leveys rajoitetaan niidentodelliseen mittaan. Poikkileikkauskestävyyttä laskettaessa otetaan huomioon mahdolliset au-kot, jotka tehdään jäykisteeseen profiilin uuman ja laipan välisiä hitsejä varten [12,13].

Symmetrisen kaksipuoleisen jäykisteen tapauksessa jäykisteen tasonurjahduskestävyys las-ketaan kohdan 2.6.3 mukaisesti käyttäen nurjahduskäyrää c. Nurjahduspituuden Lcr arvoksivalitaan vähintään 0,75hw , kun jäykisteen molemmat päät oletetaan kiinnitetyiksi sivusuunnas-sa. Jos päiden kiinnitysaste on vähäisempi, nurjahduspituudelle käytetään suurempaa arvoa[12,13].

Jos käytetään yksipuoleisia tai muita epäsymmetrisiä jäykisteitä, jäykisteen aksiaalikuormituk-sen epäkeskeisyydestä aiheutuva taivutus on lisäksi otettava huomioon jäykisteen poikkileik-kauksen kestävyyttä ja stabiiliutta tarkastettaessa. Puristuksen ja taivutuksen yhteisvaikutustarkastetaan tällöin kohdan 2.11.1 mukaisesti [12,13].

FEd Nst.ten+ Nst.c.Rd (2.276)≤

FEd Nst.ten ΔNst+ + Nst.b.Rd (2.277)≤

ΔNst

σm b2

π2------------ (2.278)=



253

2.13.4.6 Jäykisteisiin liittyviä rakennedetaljeja

2.13.4.6.1 Levyjen jatkokset

Levyn paksuuden muuttuessa levyjen hitsatut päittäisjatkokset tulee sijoittaa poikittaisjäykistei-den viereen kuvan 2.53 mukaisesti, jolloin epäkeskeisyydestä aiheutuvia vaikutuksia ei tarvitseottaa huomioon [12,13].

Kuva 2.53 Levyjen päittäisjatkos [12,13]

2.13.4.6.2 Epäjatkuvien pitkittäisjäykisteiden etäisyys poikittaisjäykisteistä

Jos käytetään epäjatkuvia pitkittäisjäykisteitä, ne tulee ulottaa riittävän lähelle poikittaisjäykis-teitä jotta vältetään jäykistettävän levyn paikallisten vaurioiden riski. Etäisyys ei saa ylittää ku-vassa 2.54 esitettyä arvoa [31].

Kuva 2.54 Epäjatkuvan pitkittäisjäykisteen etäisyys poikittaisjäykisteestä [31]

Levyn poikittainen jatkos

Poikittainen jäykiste ≤ min [ — tai 200 mm]b0

Mitta b0 on pituusjäykisteiden väliin jäävän yksittäisen levykentän leveys

2

a a

ta ≤ 3t

poikittaisjäykiste

pitkittäisjäykiste



254

2.13.4.6.3 Jäykisteiden pienet reijät

Pitkittäisjäykisteiden pienet reijät eivät saa ylittää kuvassa 2.55 esitettyjä arvoja. Tässäkin syy-nä on, että vältetään jäykistettävän levyn paikallisten vaurioiden riski. Kuvassa 2.55 esitetynpituuden l suurimmat arvot ovat [12,13]:

missä tmin on pienempi levyjen paksuuksista.

Puristetuilla pitkittäisjäykisteillä pituuden l arvoa voidaan Eurocoden osan EN 1993-1-5 mu-kaan suurentaa seuraavalla kertoimella:

missä σx.Ed on reijän kohdalla jäykistettävässä levyssä vaikuttava puristusjännitys. Euroco-dessa ei kuitenkaan kerrota kuinka σx.Rd on tällöin tarkoitettu määriteltäväksi kyseisessä koh-dassa.

Kuva 2.55 Pitkittäisjäykisteiden pienet reijät [12,13]

Poikittaisjäykisteiden pienien reikien mitat eivät saa ylittää kuvassa 2.56 esitettyjä arvoja[12,13].

Poikittaisjäykisteen uuman nettoleikkaus reijän kohdalla (ks. kuva 2.56) mitoitetaan leikkaus-voimalle [12,13]:

missä Inet on poikittaisjäykisteen ja siihen liittyvien uuman viereisten levyosien

l 6tmin kun puristetut lattajäykisteet (2.279a)≤l 8tmin kun muut puristetut jäykisteet (2.279b)≤l 15tmin kun jäykisteet, joihin ei kohdistu puristusta (2.279c)≤

σx.Rd

σx.Ed----------- kun σx.Ed σx.Rd ja l 15tmin (2.280)≤≤

tminl

hs≤ hs / 4

≤ 40 mm

VEd

Inet

e--------

fy

γ M0---------

πb--- (2.281)⋅ ⋅=



255

2 x 15εtw + ts yhteinen neliömomentti nettopoikkileikkauksessa reijän

kohdalla (kuva 2.56)

e on poikittaisjäykisteen reunan ja neliömomenttia Inet vastaavan

nettopoikkipinnan neutraaliakselin välinen etäisyys (kuva 2.56)

b on laippojen välisen poikittaisjäykisteen pituus



Kuva 2.56 Poikittaisjäykisteiden pienet reijät [12,13]

Esimerkki 2.19

Lasketaan WI3000-10-25×400 -profiilin tehollinen poikkileikkaus taivutusrasituksen pe-rusteella, kun käytetään jatkuvaa pituussuuntaista jäykistettä PL15×150 oheisen kuvan mu-kaisesti. Poikittaisjäykisteiden välinen vapaa etäisyys on a = 4,0 m. Poikkileikkaukseenvaikuttaa taivutusmomentti MEd = 9000 kNm. Teräslaji on S355J2.

hbftftwbstsawfyγM0γM1

= 3000 mm = 400 mm = 25 mm = 10 mm = 150 mm = 15 mm = 4 mm (kaulahitsin a-mitta)= 355 N/mm2 = 1,0 (taulukko 2.5) = 1,0 (taulukko 2.5)

hse

≤ 0,6 hs

VEd

b1

b2

bc

bsl

z0 z

44

55

Bruttopoikkileikkauk-sen jännitysjakauma

σc

σsl

σt



256


laippa:

uuma:

jäykiste:

Profiili kuuluu poikkileikkausluokkaan 4.

Vaihe 1: Jäykiste on oheisen kuvan mukainen. Tarkastetaan vaatimukset jäykisteelle:

jäykisteen polaarinen neliömomentti jäykistelevyn keskilinjan ja levyynkiinnitetyn reunan suhteen:

jäykistelevyn vääntöneliömomentti:

⇒

Sama ehto voitaisiin vaihtoehtoisesti tarkastaa lattateräsjäykisteiden mittasuhteille kuvassa2.48 esitetyllä varmalla puolella olevalla likimääräisellä kaavalla:

⇒ jäykiste OK

c b tw–( ) 2⁄ 2aw– 400 10–( ) 2⁄ 2 4⋅– 189 3 mm,= = =

bw h 2– tf 2aw+( ) 3000 2 25 2 4⋅+( )⋅– 2938 7 mm,= = =

c t⁄ f 189 3, 25⁄ 7 6 8 1 poikkileikkausluokka 2⇒,≤,= =

bw t⁄ w 2938 7, 10⁄ 293 9 100 9 poikkileikkausluokka 4⇒,>,= =

bs 2a–( ) ts⁄ 150 2 5⋅–( ) 15⁄ 9 5 11 4 poikkileikkausluokka 3⇒,≤,= =

m

bst sIp

13---bs

3ts

112------bsts

3+ 13--- 150

315⋅ ⋅ 1

12------ 150 15

3⋅ ⋅+ 1 692 107mm

4⋅,= = =

It13--- bs ts

3 13--- 150 15

3⋅ ⋅ 168750 mm4= = =

It Ip⁄ 168750 1 692, 107⋅ 0 00997 5 3

fy

E--- 5 3 355

210000------------------ 0 00896 OK,=⋅,=,≥,=⁄=

bs ts⁄ 150 15⁄ 10 0E

5 3fy,------------≤, 210000

5 3, 355⋅---------------------- 10 56 OK,= = = =



257

Vaihe 2: Bruttopoikkileikkaukselle lasketaan seuraavat poikkileikkausarvot (ks. ensimmäinen kuva):

Uuman puristetun alueen leveys:

Jäykisteen etäisyys neutraaliakselista:

Vaihe 3:

Tehollisten alueiden leveydet:

Laipat ja itse jäykiste ovat täysin te-holliset (ks. edellä suoritettu yksit-täisten taso-osien PL-luokituksen tar-kastelu).

Yksinkertaistetaan uuman osakent-tien tehollisten leveyksien laskentaavarmalla puolella siten, että ei huo-mioida hitsien vaikutusta, ja jäykis-teen kohdalla ei huomioida jäykis-teen paksuutta vaan käytetään jänni-tysjakauman ja levykentän leveydenlaskennassa jäykisteen keskilinjanmittaa.


1

2

3

4

5

400,010,0

150,010,0

400,0

25,02375,0

15,0575,0

25,0

10000,023750,0

2250,05750,0

10000,0

12,51212,5

2400,002687,52987,5

125000,028796875,0

5400000,015453125,029875000,0

1562500,034916210937,512960000000,041530273437,589251562500,0

520833,311163736979,2

42187,5158424479,2

520833,3

Σ 51750,0 79650000,0 178659609375,0 11323245312,5

z0ΣAi zi

ΣAi--------------

79650000 0,51750 0,

------------------------------ 1539 1 mm,= = =

Iy Σ Ii ΣAi zi2

z02 Σ Ai–+=

11323245312 5 178659609375 0 1539 12, 51750 0,⋅–,+,=

6 740, 1010⋅ mm

4=

bc h tf– z0 3000 25 1539 1 1435 9 mm,=,––=–=

bsl h tf– b1– z0 3000 25 575– 1539 1 860 9 mm,=,––=–=

b1.edge

b1.inf

b2c.sup

b2c.edge

b1.edge.eff

b1.inf.eff

b2c.sup.eff

b2c.edge.eff

tehoton alue

tehoton alue

brut

topo

ikki

leik

kauk

sen

neut

raal

iaks

eli

z 0

= 0,

7371

ρ1.

loc

ρ2

.loc

= 0,

6272



258

Uuman 1. osakenttä (= uuma jäykisteen yläpuolella):

⇒

Uuman 2. osakenttä (= uuma jäykisteen alapuolella):

ψ1bsl

bsl b1+------------------

860 9,860 9, 575+------------------------------ 0 5996,= = =

0 ψ1< 0 5996 1<,=

kσ8 2,

1 05, ψ1+------------------------

8 2,1 05, 0 5996,+------------------------------------ 4 971,= = =

λpb1 tw⁄

28 4ε kσ,-------------------------

575 10⁄28 4, 235 355⁄ 4 971,⋅ ⋅------------------------------------------------------------------ 1 116,= = =

λp 1 116 0 5 0 085 0 055ψ1,–,+,>, 0 5 0 085 0 055 0 5996,⋅,–,+, 0 7281,= = =

ρ1.locλp 0 055 3 ψ1+( ),–

λp2

-----------------------------------------------1 116 0 055 3 5996,⋅,–,

1 1162,---------------------------------------------------------- 0 7371 1 0,≤,= = =

b1 575 mm=

b1.eff ρ1.loc b1 0 7371, 575⋅ 423 8 mm,= = =

b1.edge2

5 ψ1–--------------- b1⋅ 2

5 0 5996,–--------------------------- 575⋅ 261 3 mm,= = =

b1.edge.eff2

5 ψ1–--------------- b1.eff⋅ 2

5 0 5996,–--------------------------- 423 8,⋅ 192 6 mm,= = =

b1.inf

3 ψ1–

5 ψ1–--------------- b1⋅ 3 0 5996,–

5 0 5996,–--------------------------- 575⋅ 313 7 mm,= = =

b1.inf.eff

3 ψ1–

5 ψ1–--------------- b1.eff⋅ 3 0 5996,–

5 0 5996,–--------------------------- 423 8,⋅ 231 2 mm,= = =

ψ2z0 tf–

bsl-------------– 1539 1 25–,

860 9,------------------------------– 1 759,–= = =

3– ψ2≤ 1 759 1–<,–=



259

⇒

Lasketaan uuman puristetun alueen bruttopinta-ala ja tehollinen pinta-ala (kun puristettujareuna-alueita b1.edge.eff ja b2.edge.eff ei vielä oteta mukaan):

Vaihe 4: Levymäinen käyttäytyminen:

jäykisteeseen liittyvien uuman osien kokonaisleveys:

jäykisteen ja siihen liittyvien levyosien poikkipintasuureet:

OSA bi hi Ai yi Aiyi Aiyi2 Ii

1

2

658,015,0

10,0150,0

6581,02250,0

5,085,0

32905,0191250,0

164525,016256250,0

54841,74218750,0

Σ 8831,0 224155,0 16420775,0 4273591,7

kσ 5 98 1 ψ2–( )2, 5 98 1 1 759,–( )–[ ]2⋅, 45 52,= = =

λpb2 tw⁄

28 4ε kσ,-------------------------

2375 10⁄28 4, 235 355⁄ 45 52,⋅ ⋅------------------------------------------------------------------ 1 523,= = =

λp 1 523 0 5 0 085 0 055ψ2,–,+,>, 0 5 0 085 0 055 1 759,–( )⋅,–,+, 0 9263,= = =

ρ2.locλp 0 055 3 ψ2+( ),–

λp2

-----------------------------------------------1 523 0 055 1 241,⋅,–,

1 5232,------------------------------------------------------- 0 6272 1 0,≤,= = =

b2c bsl 860 9 mm,= =

b2c.eff ρ2.loc b2c 0 6272, 860 9,⋅ 540 0 mm,= = =

b2c.sup 0 4 b2c⋅, 0 4, 860 9,⋅ 344 4 mm,= = =

b2c.sup.eff 0 4 b2c.eff⋅, 0 4, 540 0,⋅ 216 0 mm,= = =

b2c.edge 0 6 b2c⋅, 0 6, 860 9,⋅ 516 5 mm,= = =

b2c.edge.eff 0 6 b2c.eff⋅, 0 6, 540 0,⋅ 324 0 mm,= = =

Ac Asl bsup binf+( )twc∑+

c∑ 150 15 313 7, 10 344 4, 10⋅+⋅+⋅ 8831 mm

2= = =

Ac.eff.loc Asl.eff ρloc bsup binf+( )twc∑+

c∑ Asl.eff bsup.eff binf.eff+( )tw

c∑+

c∑= =

150 15 231 2, 10 216 0, 10⋅+⋅+⋅= 6722 mm2=

bsl.w

3 ψ1–

5 ψ1–--------------- b1 0 4, bsl⋅+⋅ 3 0 5996,–

5 0 5996,–--------------------------- 575 0 4, 860 9,⋅+⋅ 658 0 mm,= = =



260

Lasketaan levymäisen käyttäytymisen kimmoteorian mukainen kriittinen jännitys σcr.p jäykistetyn levykentän eniten puristetussa reunassa (eli uuman yläreunassa):

⇒

Lasketaan jäykistetyn levykentän (alue Ac ) muunnettu hoikkkuus:

b 2 /2

b c /3

y0

e2

e1

y

1

2

b 1.in

fb 2

c.su

p

y0ΣAi yi

ΣAi--------------

224155 0,8831 0,

------------------------ 25 4 mm,= = =

Isl ΣIi ΣAi yi2

y02 Σ Ai–+=

4273591 7 16420775 0 25 42, 8831 0,⋅–,+,=

1 500, 107⋅ mm

4=

e1 tw bs 2⁄+( ) y0– 10 150 2⁄+( ) 25 4,– 59 6 mm,= = =

e2 y0 tw 2⁄– 25 4 10 2⁄–, 20 4 mm,= = =

ac 4 33Isl b1

2b2

2

tw3

b------------------4, 4 33

1 500, 107

5752

23752⋅ ⋅ ⋅

103

2950⋅--------------------------------------------------------------4, 7598 mm= = =

a 4000 mm ac<=

σcr.slπ2

EIsl

Asla2

----------------Etw

3b a

2

4π21 ν2–( ) Asl b1

2b2

2--------------------------------------------------+=

π2210000 1 500, 10

7⋅ ⋅ ⋅8831 4000

2⋅------------------------------------------------------------

210000 103

2950 40002⋅ ⋅ ⋅

4π21 0 3, 2–( ) 8831 575

22375

2⋅ ⋅ ⋅-------------------------------------------------------------------------------------+=

236 8 N/mm2,=

σcr.p

bc

bsl------ σcr.sl⋅ 1435 9,

860 9,------------------ 236 8,⋅ 395 0 N/mm

2,= = =

βA.cAc.eff.loc

Ac----------------

67228831------------ 0 7612,= = =

λpβA.c fy

σcr.p--------------

0 7612, 355⋅395 0,

------------------------------- 0 8271,= = =



261

Lasketaan alueen Ac pienennystekijä ρ levymäisen käyttäytymisen perusteella:

⇒

Vaihe 5: Pilarimainen käyttäytyminen:

jäykisteen kriittinen nurjahdusjännitys:

jäykistetyn levykentän puristetun reunan kriittinen jännitys saadaan ekstrapoloimalla:

lasketaan pilarimaisen käyttäytymisen perusteella muunnettu hoikkuus:

ψcb2c.edge

bc b1.edge–-------------------------

516 5,1435 9 261 3,–,--------------------------------------- 0 4397,= = =

0 ψc< 0 4397 1<,=

kσ8 2,

1 05, ψc+------------------------

8 2,1 05, 0 4397,+------------------------------------ 5 504,= = =

λp 0 8271 0 5 0 085 0 055ψc,–,+,>, 0 5 0 085 0 055 0 4397,⋅,–,+, 0 7466,= = =

ρλp 0 055 3 ψc+( ),–

λp2

-----------------------------------------------0 8271 0 055, 3 4397,⋅–,

0 82712,

------------------------------------------------------------- 0 9325 1 0,≤,= = =

σcr.slπ2

E Isl

Asla2

---------------π2

210000 1 500, 107⋅ ⋅ ⋅

8831 40002⋅

------------------------------------------------------------ 220 0 N/mm2,= = =

σcr.c

bc

bsl------ σcr.sl⋅ 1435 9,

860 9,------------------ 220 0,⋅ 366 9 N/mm

2,= = =

Asl.eff As.eff b1.inf.eff b2c.sup.eff+( ) tw⋅+ 150 15 231 2 216 0,+,( ) 10⋅+⋅ 6722 mm2= = =

βA.cAsl.eff

Asl------------

67228831------------ 0 7612,= = =

λc

βA.c fy

σcr.c---------------

0 7612, 355⋅366 9,

------------------------------- 0 8582,= = =



262

pilarimaisen nurjahduksen pienennystekijä χc :

Vaihe 6: Levymäisen ja pilarimaisen käyttäytymisen yhdistetty pienennystekijä ρc :

Vaihe 8: Ennen tehollisten poikkileikkausarvojen laskentaa kannattaa hypätä Vaiheeseen 8, jossatarkastetaan täytyykö pienennystekijää ρc pienentää vielä lisää.

Tutkitaan toteutuuko ehto ρc fy / γM1 ≥ σcom.Ed , jos poikkileikkaukseen kohdistuu täyden tai-vutuskestävyyden suuruinen taivutusmomentti, eli reunajännitys saavuttaa myötölujuudenmitoitusarvon (tarkastus perustuu bruttopoikkileikkaukseen, jossa suurin jännitys tulee nytvetolaipan ulkoreunaan):

⇒ pienennystekijää ρc ei tarvitse enää pienentää lisää

iIsl

Asl-------

1 500, 107⋅

8831--------------------------- 41 2 mm,= = =

e max e1 ; e2( ) max 59 6 ; 20,4,( ) 59 6 mm,= = =

α 0 49,=

αe α 0 09,i e⁄

------------+ 0 49 0 09,41 2, 59 6,⁄----------------------------+, 0 6202,= = =

Φc 0 5 1 αe λ c 0 2,–( ) λ c2

+ +[ ]⋅,=

0 5 1 0 6202, 0 8582, 0 2,–( )⋅ 0 8582, 2+ +[ ]⋅,=

1 072,=

χ c1

Φc Φc2 λc

2–+

-----------------------------------1

1 072, 1 0722, 0 8582, 2–+

--------------------------------------------------------------------- 0 5833 1 0,≤,= = =

ξσcr.p

σcr.c----------- 1– 395 0,

366 9,--------------- 1– 0 0766 ; 0 ξ 1 OK≤ ≤,= = =

ρc ρ χc–( )ξ 2 ξ–( ) χc+=

0 9325 0 5833,–,( ) 0 0766, 2 0 0766,–( ) 0 5833,+⋅ ⋅=

0 6347,=

σcom.Ed σsl

bsl

z0------ fy γ M0⁄⋅ 860 9,

1539 1,------------------ 355 1 0,⁄⋅ 198 6 N/mm

2,= = = =

ρc fy γ M1⁄ 0 6347, 355⋅ 1 0,⁄ 225 23 N/mm2 σcom.Ed≥, 198 6 N/mm

2 OK,= = =



263

Vaihe 7: Lasketaan koko poikkileikkauksen teholliset poikkipintasuureet:

edellä laskettuun teholliseen alueeseen Ac.eff.loc kuuluvia levyosia ohennetaan tekijällä ρc ,jolloin kyseisten levyosien paksuuksiksi saadaan:

Teholliset poikkileikkaussuureet:


1

2

3

4

5

6

7

400,010,0

6,3150,0

6,310,0

400,0

25,01838,1

216,09,5

231,2192,6

25,0

10000,018381,0

1360,81425,01456,61926,0

10000,0

12,5944,1

2292,02400,02515,62878,72987,5

125000,017353502,1

3118953,63420000,03664122,35544376,2

29875000,0

1562500,016383441332,6

7148641651,28208000000,09217466148,4

15960595766,989251562500,0

520833,35175188333,6

5290790,410717,2

6488178,55953709,0

520833,3

Σ 44549,4 63100954,2 146171269899,2 5193973395,4

ts.red ρc ts 0 6347, 15⋅ 9 5 mm,= = =

tw.red ρc tw 0 6347, 10⋅ 6 3 mm,= = =

z0ΣAi zi

ΣAi--------------

63100954 2,44549 4,

------------------------------ 1416 4 mm,= = =

Ieff.y Σ Ii ΣAi zi2

z02 Σ Ai–+=

5193973395 4, 146171269899 2, 1416 4, 244549 4,⋅–+=

6 199 1010

mm4⋅,=

Weff.c Ieff ec⁄ 6 199, 1010⋅ 1583 6 3 914 10

7 mm

3⋅,=,⁄= =

Weff.t Ieff et⁄ 6 199, 1010⋅ 1416 4 4 377 10

7 mm

3⋅,=,⁄= =



264

Tarkastetaan poikkileikkauksen taivutuskestävyys:

Esimerkki 2.20

Lasketaan esimerkin 2.11 profiilin WI1000-6-16×300 jäykisteiden kestävyys, kun kentässävaikuttava leikkausvoima VEd = 520 kN on vakio, ja samanaikainen taivutusmomentti onMEd = 0 kNm (esimerkin 2.11 tapaus a). Poikittaisjäykisteinä käytetään uuman molemminpuolin levyjä, joiden paksuus tst = 10 mm ja leveys bst = 100 mm. Teräslaji on S355J2.

Meff.y.Rd Weff.y.c

fy

γ M0--------- 3 914, 10

7 3551 0,---------⋅ ⋅ 13895 kN MEd≥ 9000 kNm OK= = = =

400

0

29752782,4

2631,2

2400

2184,01863,1

1539,1

3000

192,6

tehoton alue

231,2

216,0

tehoton alue

122,7324,0

2515

39,1

1416

,4

6,3

10

9,5

teho

llise

n po

ikki

leik

ka-

ukse

n ne

utra

alia

ksel

i

brut

topo

ikki

leik

kauk

sen

neut

raal

iaks

eli

z

1000 1000 15ε tw 15ε tw

ts

bs tw



265

Tarkastetaan ensin jäykisteille asetetut yleiset vaatimukset niiden vääntönurjahduksen es-tämiseksi:

yksittäisen jäykisteen polaarinen neliömomentti jäykistelevyn keskilinjan ja levyyn kiin-nitetyn reunan suhteen:

yksittäisen jäykistelevyn vääntöneliömomentti:

⇒

Sama ehto voitaisiin vaihtoehtoisesti tarkastaa lattateräsjäykisteiden mittasuhteille kuvassa2.48 esitetyllä varmalla puolella olevalla likimääräisellä kaavalla:

⇒ jäykiste OK

Tarkastetaan sitten poikittaisille välijäykisteille asetetut jäykkyysvaatimukset:

⇒ jäykiste täyttää jäykälle poikittaisjäykisteelle asetetut jäykkyysvaatimukset

VEdhwtwafyηγM0γM1

= 520,0 kN = 968 mm = 6 mm = 1000 mm = 355 N/mm2 = 1,20 (taulukko 2.19) = 1,0 (taulukko 2.5) = 1,0 (taulukko 2.5)

Ip13---bst

3tst

112------bsttst

3+ 13--- 100

310⋅ ⋅ 1

12------ 100 10

3⋅ ⋅+ 3 342 106mm

4⋅,= = =

It13--- bst tst

3 13--- 100 10

3⋅ ⋅ 33333 mm4= = =

It Ip⁄ 33333 3 342, 106⋅ 0 00997 5 3

fy

E--- 5 3 355

210000------------------ 0 00896 OK,=⋅,=,≥,=⁄=

bst tst⁄ 100 10⁄ 10 0E

5 3fy,------------≤, 210000

5 3, 355⋅---------------------- 10 56 OK,= = = =

ahw------

1000968------------ 1 033 2 1 414,=<,= =

Isttst 2bst tw+( )3

12---------------------------------

2 15ε tw tw3⋅

12----------------------------+ 10 2 100⋅ 6+( )3⋅

12-------------------------------------------

2 15 235 355⁄ 6 63⋅ ⋅ ⋅ ⋅

12-------------------------------------------------------------+= =

Ist 7287483 mm4=

1 5hw3

tw3,

a2

--------------------≥ 1 5 968 0, 36

3⋅ ⋅,1000

2---------------------------------------- 293881 mm

4= =



266

Tarkastetaan ensimmäisellä (yksinkertaisemmalla) uuman hoikkuusehdolla, voiko uumanleikkausvoimasta aiheutua poikittaisjäykisteeseen aksiaalivoimaa:

⇒ tämän tarkastuksen perusteella ei voida vielä tietää kohdistuuko poikittaisjäykisteeseenaksiaalivoimaa

Tarkastetaan vielä toisella uuman hoikkuusehdolla, voiko uuman leikkausvoimasta aiheu-tua poikittaisjäykisteeseen aksiaalivoimaa:

⇒ tämänkään tarkastuksen perusteella ei voida vielä tietää kohdistuuko poikittaisjäykis-teeseen aksiaalivoimaa, joten asia joudutaan selvittämään lähtötiedoissa annetun leik-kausvoiman VEd perusteella tarkemmin:

Lasketaan uuman leikkausvoimasta vetokenttäteorian kautta poikittaisjäykisteeseen aiheu-tuva aksiaalinen puristusvoima:

Tarkastetaan poikittaisjäykisteen kestävyys. Oletetaan että jäykistelevyistä on leikattu10×10 mm kulmat.

Tarkastetaan ensin jäykisteen poikkileikkauksen kestävyys.

Jäykisteen tehollinen poikkileikkaus:

hw

tw------

9686

--------- 161 3 86 4ε,η

--------------->, 86 4, 235 355⁄⋅1 20,

------------------------------------------ 64 17,= = = =

λw 1 759 (esimerkistä 2.11),=

λw 1 759 1

η------->, 1

1 20,---------------- 0 9128,= = =

Nst.ten VEd1

λ w2

------fyw hw tw

3γ M1

--------------------⋅– 520 0, 103 1

1 7592,

-----------------355 968 6⋅ ⋅

3 1 0,⋅------------------------------⋅–⋅ 135 3 kN,= = =

bst tst 100 10 10 0 11 4 poikkileikkausluokka 3⇒,≤,=⁄=⁄

Ast 2 15εtwtw 2bst tw+( )tst 2 15 235 355⁄ 6 6 2 100⋅ 6+( ) 10⋅+⋅ ⋅ ⋅ ⋅=+⋅ 2939 mm2= =

Ast.net 2 15εtwtw 2bst.net tw+( )tst 2 15 235 355⁄ 6 6 2 100 10–( )⋅ 6+[ ] 10⋅+⋅ ⋅ ⋅ ⋅=+⋅=

2739 mm2=

Nst.c.Rd Npl.RdAnet fy

γ M0--------------

2739 355⋅1 0,

------------------------- 972 3 kN Nst.ten≥, 135 3 kN OK,= = = = =



267

Tarkastetaan jäykisteen nurjahduskestävyys:

⇒ χst = 1,0

Tässä esimerkissä poikkileikkauksen lujuuteen perustuva kestävyys määrää jäykisteen kes-tävyyden.

Esimerkki 2.21

Jatketaan edellistä esimerkkiä. Oletetaan että esimerkissä annetun vakio leikkausvoimanVEd = 520 kN aiheuttaa yhden jäykisteen kohdalla vaikuttava pistekuorma FEd = 1040 kN.Tarkastetaan kyseisen jäykisteen kestävävyys. Teräslaji on S355J2.

Jäykiste täyttää jäykkyysvaatimukset esimerkin 2.20 perusteella.

Jäykisteen kestävyydet (esimerkistä 2.20):

Nst.c.Rd = 972,3 kN (jäykisteen poikkileikkauksen kestävyys) Nst.b.Rd = 1043 kN (jäykisteen nurjahduskestävyys)

Jäykisteeseen kohdistuvat aksiaalikuormat:

FEd = 1040 kN Nst.ten = 135,3 kN (puristusta, esimerkistä 2.20)

Lcr.st 0 75hw, 0 75, 968⋅ 726 mm= = =

Ncr.stπ2

EIst

Lcr.st2

---------------π2

210000 7287483⋅ ⋅726

2----------------------------------------------------- 28657 kN= = =

λstAst fy

Ncr.st------------

2939 355⋅28657 10

3⋅--------------------------- 0 1908 0 2,≤,= = =

Nst.b.Rdχst Ast fy

γ M1-------------------

1 0, 2939 355⋅ ⋅1 0,

--------------------------------------- 1043 kN= = =

1000 1000 15ε tw 15ε tw

ts

bs tw

FEd



268

Tarkastetaan jäykisteen kestävyys (poikkileikkauksen kestävyys on tässä määräävä):

⇒ Jäykisteen kestävyys ei riitä, joten joudutaan valitsemaan suuremmat jäykistelevyt.

2.13.5 Aukollisen I-palkin kestävyys

Hitsatun I-palkin uumaan voidaan tehdä aukkoja, esimerkiksi putkistojen läpiviemiseksi. Uu-man aukotus heikentää aukon kohdalla palkin taivutuskestävyyden lisäksi erityisesti palkin leik-kauskestävyyttä.

ENV-Eurocodessa (ENV 1993-1-1: Liite N) esitettyjä aukollisen I-palkin ohjeita ei ole siirrettyEN-Eurocodeen. Seuraavassa käsitellään aukkojen vaikutusta palkin kestävyyteen perustuenlähteeseen [51]. Kyseisen lähteen ohjeet on laadittu täydentämään Eurocoden pääosien EN1993 (teräsrakenteet) ja EN 1994 (betoni-teräs-liittorakenteet) ohjeita. Tässä käsikirjassa rajau-dutaan kuitenkin tarkastelemaan pelkkää teräspalkkia ilman liittovaikutusta.

Uuman aukot voivat olla muodoltaan:

• suorakaiteen muotoisia tai • pyöreitä tai • pidennettyjä pyöreitä aukkoja (= suorakaiteen muotoinen aukko, jonka päädyt ovat puolipyöreät)

Kuva 2.57 Uuma-aukkojen mitat [51]

FEd Nst.ten+ 1040 135 3,+ 1175 kN Nst.c.Rd> 972 3 kN,= = =

s

s

se

e

o

o o

o

o

o

d

t

o

b

=d

r

e

e

t f,b

h

h

s

b

h

ht

bd

f,tt d

o

o

t w

h

h



269

Kuva 2.58 Pidennetyn pyöreän aukon tehollinen pituus [51]

Aukot voivat sijaita yksittäin kaukana toisistaan, tai ne voivat olla lähellä toisiaan, tai uuma voiolla aukotettu palkin koko pituudelta (systeemiaukotus). Jälkimmäisessä tapauksessa aukotvoidaan jättää tekemättä palkin päiden lähellä missä leikkauskuormitus on suurin (tai jo tehdytaukot voidaan hitsata umpeen aukon muotoisilla täytelevyillä).

Normaalille palkille tehtävien tarkastelujen lisäksi tehdään yksittäisten kaukana toisistaan ole-vien aukkojen tapauksessa seuraavat kestävyystarkastelut murtorajatilassa:

• taivutuskestävyys aukon kohdalla • kestävyys Vierendeel-mekanismin mukaiselle taivutukselle • leikkauskestävyys aukon kohdalla • leikkauslommahduskestävyys aukon kohdalla

Lähekkäin sijaitsevien aukkojen tapauksessa tarkastetaan edellisten lisäksi myös aukkojen vä-liin jäävän uuman ehjän osan eli ns. uuma-pilarin (web-post) osalta seuraavat kestävyydet:

• uuma-pilarin vaakasuuntainen leikkauskestävyys • uuma-pilarin taivutuskestävyys • uuma-pilarin nurjahduskestävyys

2.13.5.1 Aukollisen I-palkin kestävyys, kun uuman aukot sijaitsevat kaukana toisistaan

2.13.5.1.1 Vahvistamattomat aukot

2.13.5.1.1.1 Aukon mitat

Vahvistamattomien yksittäisten uuma-aukkojen on toteutettava seuraavat vaatimukset kuvissa2.57 ja 2.58 esitetyin mitoin:

leff = lo - 0,5do

s > 0

do

ro

do

lo

lo



270

• suorakaiteen muotoiset aukot:

ro ≥ 15 mm

ro ≥ 2 tw

do ≤ 0,7h

dt ja db ≥ 0,1h

dt ≥ 0,1lo (kun aukko on vahvistamaton)

db / dt ≤ 2

db / dt ≥ 1

so ≥ 0,5 lo se ≥ h se ≥ lo lo ≤ 2do

• pyöreät aukot:

do ≤ 0,8 h

dt ja db ≥ tf + 30 mm

db / dt ≤ 3

db / dt ≥ 0,5

so ≥ 0,3 do se ≥ 0,5 h

• pidennetyt pyöreät aukot:

Sovelletaan samoja geometriaehtoja kuin suorakaiteen muotoisille aukoille, mutta aukon pituus lo korvataan tässä tehollisella pituudella leff = lo - 0,5 do kuvan 2.58 mukaisesti.

2.13.5.1.1.2 Poikkileikkausluokitus

Ehjän poikkileikkauksen PL-luokitus suoritetaan kuten normaalisti kohdan 2.3 mukaisesti. Lai-pat ja uuma saavat kuulua mihin tahansa poikkileikkausluokkaan PL1-4.

Poikkileikkausluokkien rajat aukkojen kohdalla oleville uumille määritellään seuraavasti(alaindeksi t viittaa aukon yläpuoliseen osaan, ks. kuva 2.57, mutta samoja ehtoja käytetääntässä kuitenkin myös aukon alapuoliseen osaan):

• poikkileikkausluokka 2, kun:

tai

lt 32εtw ja dt

10εtw

1 32εtw lt⁄( )2–----------------------------------------- (2.282a)≤>

lt 32εtw ja ehjä uuma vähintään PL-luokassa 3 (2.282b)≤



271

• poikkileikkausluokka 3, kun:

tai

missä laskennallinen pituus lt on:

lt = lo suorakaiteen muotoiset aukot

lt = 0,7do pyöreät aukot

lt = lo - 0,3do pidennetyt pyöreät aukot

Poikkileikkausluokassa 2 voidaan hyödyntää T-osien plastista kestävyyttä, ja poikkileikkausluo-kassa 3 käytetään T-osien kimmoteorian mukaisia ominaisuuksia. Poikkileikkausluokassa 4 te-holliset ominaisuudet lasketaan käyttäen mitalle dt poikkileikkausluokan 3 mukaista raja-arvoa.

Aukon alapuolella olevan uuman poikkileikkausluokitusta voidaan muuttaa seuraavasti, jos au-kon alapuolella olevassa T-osassa vaikuttaa aksiaalista vetoa:

• PL3:een luokiteltu aukon alapuolinen uuman osa voidaan luokitella PL2:een, jos seuraava ehto toteutuu:

missä NT.b.Ed on I-palkin taivutuksesta aiheutuva aukon alapuolisessa T-osassa

vaikuttava aksiaalinen veto, joka määritetään I-palkin poikkileikkauksen

sisäisen voima- ja momenttitasapainon perusteella aukon kohdalla

AT.b on uuman alapuolisen T-osan pinta-ala

tw on uuman paksuus



lt 36εtw ja dt

14εtw

1 36εtw lt⁄( )2–----------------------------------------- (2.283a)≤>

lt 36εtw ja ehjä uuma vähintään PL-luokassa 4 (2.283b)≤

NT.b.Ed

AT.b fy γ M1⁄----------------------------- 1

20εtw2

AT.b-------------- (2.284)–≥

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =



272

• PL-luokkaan 4 luokiteltu aukon alapuolinen uuman osa voidaan luokitella PL-luokkaan 3, jos seuraava ehto toteutuu:

missä mitta db on esitetty kuvassa 2.57.

2.13.5.1.1.3 Pistekuormakestävyys

Pistekuormakestävyys voidaan laskea kohdan 2.12 mukaisesti, jos pistekuorma sijaitsee au-kon ja sen vaikutusalueen ulkopuolella. Lähteen [51] mukaan aukon vaikutusalue määräytyyseuraavasti:


etäisyys aukon reunasta lähimpään pistekuormaan ≥ h (h = I-profiilin korkeus)

• pyöreät aukot:

etäisyys aukon reunasta lähimpään pistekuormaan ≥ 0,5h (h = I-profiilin korkeus)

Lähteessä [51] ei esitetä vastaavia ohjeita pidennetyille pyöreille aukoille, mutta niille on loogis-ta käyttää samaa vaikutusaluetta kuin pyöreille aukoillekin.

Merkittävän suurta pistekuormaa ei pidä sijoittaa suoraan aukon kohdalle (tai aukkoa piste-kuorman kohdalle).

Jos pistekuorma (tai tukireaktio) sijaitsee aukon vieressä, mutta kuitenkin sen vaikutusalueensisäpuolella, on käytettävä koko uuman korkuisia poikittaisjäykisteitä, jotka mitoitetaan kanta-maan niihin kohdistuvat kuormat kohdan 2.13.4 mukaisesti. Koska poikittaisjäykisteet sijaitse-vat tällöin usein aivan aukon reunan vieressä, on erityisen tärkeää muistaa että poikittais-jäykistettä mitoitettaessa siihen mukaan laskettavat uuman viereiset osat eivät ylitä todellisiakäytettävissä olevia mittoja (ks. kuva 2.47).

lt 36ε∗tw ja db

14ε∗tw

1 36ε∗tw lt⁄( )2–

-------------------------------------------- (2.285)≤>

ε∗ ε1 NT.b.Ed–

AT.b fy γ M1⁄-----------------------------

--------------------------------- (2.286)=



273

2.13.5.1.1.4 Taivutuskestävyys aukon kohdalla

I-palkin poikkileikkauksen tasapainoehdoista johtuen palkkiin kohdistuva taivutusmomentti ai-heuttaa kuvan 2.59 mukaisesti aukon kohdalla yhtä suuren aksiaalivoiman NT.Ed aukon ala-puoliseen ja yläpuoliseen T-osaan:


hT on aukon alapuolisen ja yläpuolisen T-osan tehollisten poikkileikkausten

painopisteiden välinen etäisyys

Kuva 2.59 Taivutusmomentin aiheuttama aksiaalivoima aukon alapuolisessa ja yläpuolisessa T-osassa

Poikkileikkauksen taivutuskestävyydelle olisi periaatteessa mahdollista määrittää tasapainoeh-doista yksinkertainen lauseke aukon kohdalla suoraan heikomman T-osan aksiaalikestävyydenmääräämänä, mutta käytännössä näin ei voida menetellä, sillä T-osien aksiaalikestävyydenkäyttöaste vaikuttaa T-osien itsensä taivutuskestävyyteen Vierendeel-mekanismin mukaista tai-vutusta tarkastettaessa (ks. kohta 2.13.5.1.1.5).

Tämän vuoksi poikkileikkauksen taivutuskestävyys tarkastetaan aukon kohdalla heikomman T-osan määräämänä seuraavalla mitoitusehdolla:

missä NT.b.Rd on aukon alapuolisen T-osan kestävyys palkin taivutuksesta aiheutuvalle

aksiaalivoimalle NT.Ed

NT.Ed

MEd

hT---------- (2.287)=

MEd MEdhT

NT.t.Ed

NT.b.Ed

NT.b.Ed = NT.t.Ed = —— hT

MEd

NT.Ed min NT.b.Rd NT.t.Rd[ , ] (2.288)≤



274

NT.t.Rd on aukon yläpuolisen T-osan kestävyys palkin taivutuksesta aiheutuvalle

aksiaalivoimalle NT.Ed

Lausekkeessa (2.288) tarvittava yksittäisen T-osan kestävyys palkin taivutuksesta aiheutuvalleaksiaalivoimalle lasketaan kaavasta:

missä AT.eff on T-osan tehollinen pinta-ala



Lausekkeessa (2.289) T-osan tehollinen pinta-ala lasketaan seuraavasti: Aukon yläpuolinen T-osa on yleensä puristettuna, jolloin sen laipan pinta-alaksi otetaan PL-luokissa 1 -3 täysi pinta-ala ja PL-luokassa 4 kohdan 2.4 mukaisesti määritetyn tehollisen leveyden mukainen pinta-ala.Aukon alapuolisen T-osan laippa on yleensä vedettynä, jolloin se on täysin tehollinen. T-osienuumien PL-luokitus on esitetty edellä kohdassa 2.13.5.1.1.2, jolloin PL-luokkaan 4 kuuluvanuuman tehollinen leveys määritetään aukon yläpuolisessa ja alapuolisessa T-osassa rajoitta-malla ko. osan leveys PL-luokan 3 raja-arvoon.

Laskettaessa T-osien kestävyyttä aksiaalivoimalle edellä esitetyillä lausekkeilla, T-osan uumanpaksuutena käytetään tehollista (eli pienennettyä) paksuutta tw.eff , jos aukon kohdalla vaikut-tava leikkausvoima ylittää puolet kohdan 2.13.5.1.1.6 mukaisesta T-osien yhteisestä leikkaus-kestävyydestä, eli jos VEd > 0,5Vo.pl.Rd .

2.13.5.1.1.5 Kestävyys Vierendeel-mekanismin mukaiselle taivutukselle

Vierendeel-taivutukseksi kutsutaan aukon alapuolisen ja yläpuolisen T-osan nurkkiin kohdistu-vaa taivutusta, jonka aiheuttaa aukon yli siirrettävä palkissa vaikuttava leikkausvoima VEdkuvan 2.60 mukaisesti. Vierendeel-mekanismin aiheuttama kokonaistaivutus aukon T-osille on:

missä VEd on aukon yli siirrettävän leikkausvoiman mitoitusarvo murtorajatilassa

lo on aukon todellinen pituus

do on aukon korkeus (tai halkaisija)

NT.Rd AT.eff

fy

γ M0---------⋅ (2.289)=

MV.Ed VEd lV (2.290)⋅=

lV lo suorakaiteen muotoiset aukot (2.291a)=

lV 0 45do pyöreät aukot (2.291b),=

lV lo 0– 55do pidennetyt pyöreät aukot (2.291c),=



275

Kuva 2.60 Vierendeel-mekanismin aiheuttama T-osien taivutus aukon nurkissa

T-osan taivutuskestävyys pelkälle taivutukselle lasketaan T-osan poikkileikkausluokasta riippu-en kimmoteorian tai plastisuusteorian mukaisena taivutuskestävyytenä seuraavasti (kaavat onesitetty aukon yläpuoliselle T-osalle, mutta alapuolinen T-osa lasketaan vastaavasti):

• poikkileikkausluokassa 2: (2.292)

• poikkileikkausluokassa 3: (2.294)

missä Aw on aukon yläpuolisen T-osan uuman pinta-ala (= dt tw.eff )

Af on aukon yläpuolisen laipan pinta-ala

As on aukon yläpuolisten pitkittäisjäykisteiden pinta-ala

(jos jäykisteitä ei ole, As = 0)

zp on aukon yläpuolisen T-osan plastisen neutraaliakselin etäisyys kyseisen

T-osan laipan ulkopinnasta

VEd

VEd

lV

Mpl.T.t.Rd Aw dt 2 tf zp–+⁄( ) Af tf 2 zp2

tf⁄ zp–+⁄( ) As dt tf es– zp–+( )+ +[ ]fy

γ M0---------⋅=

zp

Af Aw As+ +

2bf------------------------------ kun As Af Aw (2.293)–≤=

Mel.T.t.Rd

Awdt2

12 Aw dt 2 tf ze–+⁄( )2Af ze tf 2⁄–( )2

As dt tf es– ze–+( )2+ + +⁄dt tf ze–+

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------fy

γ M0---------⋅=

ze

Af tf 2 Aw dt 2 tf+⁄( ) As dt es– tf+( )+ +⁄Af Aw As+ +

-------------------------------------------------------------------------------------------------- (2.295)=



276

ze on aukon yläpuolisen T-osan kimmoteorian mukaisen neutraaliakselin

etäisyys kyseisen T-osan laipan ulkopinnasta

dt on aukon yläpuolisen T-osan uuman korkeus (suorakaiteen muotoisella ja

pidennetyllä pyöreällä aukolla käytetään aukon suoran osuuden kohdalla

olevaa mittaa dt , ja pyöreän aukon tapauksessa T-osan taivutuskestävyys

lasketaan käyttäen mitan dt määrittämisessä aukon laskennallisena

korkeutena mittaa 0,9 dotf on ylälaipan paksuus

es on aukon yläpuolisten pitkittäisjäykisteiden keskilinjan etäisyys aukon

reunasta



• poikkileikkausluokassa 4: T-osan taivutuskestävyys lasketaan kuten poikkileikkausluokassa 3, mutta laipan leveys rajoitetaan kohdan 2.4 mukaiseen teholliseen leveyteen ja T-osan uuman tehollinen leveys määritetään rajoittamalla ko. osan leveys kohdan 2.13.5.1.1.2 mukaiseen PL-luokan 3 raja-arvoon.

Laskettaessa T-osan taivutuskestävyyttä edellä esitetyillä lausekkeilla, T-osan uuman paksuu-tena käytetään tehollista (eli pienennettyä) paksuutta tw.eff , jos aukon kohdalla vaikuttava leik-kausvoima ylittää puolet kohdan 2.13.5.1.1.6 mukaisesta T-osien yhteisestä leikkauskestävyy-destä, eli jos VEd > 0,5Vo.pl.Rd .

Jos palkin taivutuksesta T-osaan aiheutuva aksiaalivoima NT.Ed ylittää 25% kaavan (2.289)mukaisesta kestävyydestä (eli NT.Ed > 0,25NT.Rd ), T-osan taivutuskestävyyttä pienennetäänseuraavasti:

• poikkileikkausluokassa 2:

• poikkileikkausluokassa 3:

missä NT.Rd on T-osan kestävyys aksiaalivoimalle kaavan (2.289) mukaisesti

T-osien yhteinen taivutuskestävyys Vierendeel-mekanismin mukaiselle kokonaistaivutukselletarkastetaan mitoitusehdolla:

missä MV.Ed on Vierendeel-mekanismin mukaisen kokonaistaivutuksen mitoitusarvo

murtorajatilassa kaavan (2.290) mukaisesti

MN.pl.T.Rd Mpl.T.Rd 1 NT.Ed NT.Rd⁄( )2–[ ] (2.296)=

MN.el.T.Rd Mel.T.Rd 1 NT.Ed NT.Rd⁄( )2–[ ] (2.297)=

MV.Ed 2MN.T.b.Rd 2MN.T.t.Rd (2.298)+≤



277

MN.T.b.Rd on aksiaalivoiman pienentämä aukon alapuolisen T-osan kestävyys

Vierendeel-taivutukselle kyseisen poikkileikkausluokan mukaan

kaavojen (2.296) - (2.297) mukaisesti

MN.T.t.Rd on aksiaalivoiman pienentämä aukon yläpuolisen T-osan kestävyys



2.13.5.1.1.6 Leikkauskestävyys aukon kohdalla

Leikkausvoiman kuormittaman I-profiilin mitoitusehto aukon kohdalla on:

missä VEd on leikkausvoiman mitoitusarvo murtorajatilassa

Vo.pl.Rd on aukollisen poikkileikkauksen plastinen leikkauskestävyys

Aukollisen poikkileikkauksen plastinen leikkauskestävyys lasketaan seuraavasti:

missä db on aukon alapuolisen T-osan uuman korkeus

dt on aukon yläpuolisen T-osan uuman korkeus

tw on uuman paksuus



Leikkausvoiman vaikutus T-osien kestävyyteen I-palkin taivutukselle ja Vierendeel-taivutukselletäytyy ottaa huomioon kohdissa 2.13.5.1.1.4 ja 2.13.5.1.1.5, jos leikkausvoima ylittää puoletplastisesta leikkauskestävyydestä, eli VEd > 0,5Vo.pl.Rd . Tällöin laskelmissa käytetään T-osienuuman paksuutena tehollista paksuutta tw.eff seuraavasti:

2.13.5.1.1.7 Leikkauslommahduskestävyys aukon kohdalla

Jos leikkauslommahdus pienentää ehjän uuman leikkauskestävyyttä, eli Vb.Rd < Vpl.Rd , täytyyleikkauslommahduskestävyys tarkastaa myös uumassa, jossa on yksittäisiä erillisiä aukkoja.

VEd Vo.pl.Rd (2.299)≤

Vo.pl.Rd

db dt+( ) tw fy 3⁄γ M0

------------------------------------------- (2.300)=

tw.eff tw 12VEd

Vo.pl.Rd---------------- 1–

2– kun

VEd

Vo.pl.Rd---------------- 0 5 (2.301a),>=

tw.eff tw kun VEd

Vo.pl.Rd---------------- 0 5 (2.301b),≤=



278

Aukot luokitellaan yksittäisiksi ja erillisiksi, jos niiden väliin jäävä uuman ehjän osan pituus sototeuttaa seuraavat ehdot (ks. kuva 2.57):

so > lo suorakaiteen muotoiset ja pidennetyt pyöreät aukot

so > do pyöreät aukot

Tällöin aukollisen uuman leikkauslommahduskestävyys lasketaan seuraavasti:

missä Vb.Rd on ehjän uuman leikkauslommahduskestävyys lausekkeen (2.109)

mukaisesti

lo on aukon todellinen pituus (pyöreällä aukolla lo = do)


hw on ehjän uuman korkeus

Jos lähimpänä palkin päätä sijaitsevan aukon etäisyys tuesta on se ≥ 0,8hw (ks. kuva 2.57), eh-jän uuman leikkauslommahduskestävyys Vb.Rd voidaan kaavassa (2.302) laskea olettaen pal-kin päätyjäykiste jäykäksi, riippumatta siitä onko päätyjäykiste jäykkä vai ei.

2.13.5.1.2 Vahvistetut uuma-aukot

Aukotetun palkin leikkaus- ja taivutuskestävyyttä voidaan kasvattaa käyttämällä jäykisteitä au-kon reunoilla. Jäykisteet sijoitetaan niin lähelle aukkoa kuin hitsauksen kannalta on mahdollis-ta.

Tässä esitetyt ohjeet täydentävät edellä esitettyjä ohjeita siltä osin, kuin aukkojen vahvistami-nen aiheuttaa niissä muutostarvetta. Vahvistettujen aukkojen ohjeet pätevät edellyttäen, ettälo ≤ 3,5 do .

Aukkojen vahvistuksina voidaan kuvan 2.61 mukaisesti käyttää uumassa niiden kohdalla:

• pitkittäisjäykisteitä • poikittaisjäykisteitä • pyöreitä jäykisteitä • rengasjäykistettä

Jäykisteet voivat olla uuman suhteen yksipuoleisia tai kaksipuoleisia. Niiden tulee kuitenkin ollasymmetrisiä aukon pituusakselin suhteen, joten niitä ei saa sijoittaa pelkästään aukon alapuo-lelle tai yläpuolelle.

Jos käytetään poikittaisjäykisteitä, niiden tulee olla koko uuman korkuiset. Jos käytetään poikit-taisjäykisteitä ja pitkittäisjäykisteitä samanaikaisesti, jäykisteet on syytä tehdä yksipuoleisina(kuva 2.61d ).

Vo.b.Rd 0 9Vb.Rd 1dolo

hw-------------– (2.302),=



279

Pyöreä aukko voidaan vahvistaa ympyrän muotoisella jäykisteellä. Jäykiste voi olla yksi- taikaksipuoleinen tai vaihtoehtoisesti voidaan käyttää rengasjäykistettä.

Kuva 2.61 Uuma-aukkojen vahvistaminen [51]

Lattateräksestä valmistettavien jäykisteiden tulee kuulua vähintään PL-luokkaan 3. Jos hyö-dynnetään jäykisteen plastisuusteorian mukaisia ominaisuuksia, jäykisteen teholliset mitat ra-joitetaan laskelmissa PL-luokan 2 raja-arvoihin.

Pitkittäisjäykisteet on ankkuroitava aukon molemmin puolin ankkurointipituuden la verran au-kon reunan yli, ja hitseinä on käytettävä kaksoispienahitsejä kuvan 2.61 mukaisesti. Ankkuroin-tipituus määräytyy seuraavin perustein:

a) Pituussuuntaiset jäykisteet tai vahvistus

b) Rengasjäykiste c) Pyöreä jäykiste

d) Pituussuuntaisen ja poikittaisen vahvistuksen yhdistelmä

Poikittaisjäykiste



280

missä Fs.Ed on aukon yhden reunan jäykisteissä vaikuttava normaalivoima jonka

arvoksi voidaan varmalla puolella yksinkertaistaen ottaa

Fs.Ed = Fs.Rd = As fys / γM0

tai vaihtoehtoisesti normaalivoima Fs.Ed voidaan laskea tarkemmin

n = 1 yksipuoleiselle vahvistukselle

n = 2 kaksipuoleiselle vahvistukselle

As on aukon yhden reunan jäykisteiden kokonaispoikkipinta-ala (= nbsts)

bs on jäykistelevyn leveys

ts on jäykistelevyn paksuus

tw on uuman paksuus

a on pienahitsin a-mitta

fys on jäykisteen nimellinen myötölujuus


fvw.d on pienahitsin leikkauslujuuden mitoitusarvo (ks. luku 3)


Kaavaan (2.303d) on korjattu lähteen [51] kyseisessä kaavassa oleva virhe.

Kuva 2.62 Uuma-aukkojen pitkittäisjäykisteiden ankkurointipituus [51]

la 0 25lo neljännes aukon pituudesta (2.303a),≥

la

Fs.Ed

nts fys 3⁄( ) γ MO⁄-------------------------------------------- jäykisteen leikkauskestävyys (2.303b)≥

la

Fs.Ed

2nafvw.d-------------------- hitsien leikkauskestävyys (2.303c)≥

la

Fs.Ed

2tw fyw 3⁄( ) γ MO⁄---------------------------------------------- uuman leikkauskestävyys (2.303d)≥

a is the throat thickness of the fillet weld.

fvw,d is the design shear strength of a fillet wel

o v (a)

Fi 3 2 C it i f h f tiff

lo la



281

T-osien poikkileikkausluokitus määritetään kuten kohdassa 2.13.5.1.1.2. Aukon alapuolisessaT-osassa vaikuttava aksiaalinen veto ei kuitenkaan muuta aukon alapuolisen uuman poikkileik-kausluokitusta (eli vahvistetun aukon tapauksessa ei sovelleta ehtoja (2.284) - (2.286)).

Vahvistettujen aukkojen tapauksessa kestävyydet lasketaan seuraavasti:

• Aukollisen poikkileikkauksen taivutuskestävyys tarkastetaan kohdan 2.13.5.1.1.4 mukaisesti.Jäykisteiden poikkipinta-ala (ei kuitenkaan poikittaisjäykisteiden) otetaan huomioon T-osienpinta-aloissa.

• Kestävyys Vierendeel-mekanismin mukaiselle taivutukselle lasketaan kohdan 2.13.5.1.1.5mukaisesti, jossa T-osien taivutuskestävyyden lausekkeissa on mukana jäykisteiden huo-mioimiseksi tarvittavat termit (poikittaisjäykisteitä ei oteta huomioon). Lauseke (2.296) korva-taan seuraavalla lausekeella:

• Leikkauskestävyys aukon kohdalla lasketaan kuten kohdassa 2.13.5.1.1.6.

• Leikkauslommahduskestävyys voidaan laskea kohdan 2.13.5.1.1.7 mukaisesti, koska vah-vistettujen aukkojen tapaukselle ei ole esitetty erikseen ohjeita. Jäykisteiden leikkauslom-mahduskestävyyttä suurentava vaikutus jää tällöin huomioon ottamatta, jolloin menettely nvarmalla puolella.

2.13.5.2 Aukollisen I-palkin kestävyys, kun uuman aukot sijaitsevat lähellä toisiaan

Aukot sijaitsevat lähellä toisiaan, kun niiden väliin jäävä uuman ehjän osan pituus so (kuva2.57) on kohdassa 2.13.5.1.1 määriteltyä lyhyempi, eli kun:

so < 0,5 lo suorakaiteen muotoiset aukot

so < 0,3 do pyöreät aukot

so < 0,5 (lo - 0,5 do) pidennetyt pyöreät aukot

Lähekkäin sijaitsevien aukkojen tapauksessa täytyy tarkastaa myös aukkojen väliin jäävän uu-man ehjän osan eli uuma-pilarin kestävyys. Uuma-pilarin sisäiset voimasuureet on esitetty ku-vassa 2.63.

Seuraavissa kohdissa esitetään ohjeet uuma-pilarin kestävyyden tarkastamiseksi, ja täydenne-tään kohdan 2.13.5.1 ohjeita siltä osin, kuin aukkojen sijaitseminen lähekkäin aiheuttaa niissämuutostarvetta.

MN.pl.T.Rd Mpl.T.Rd 1 NT.Ed NT.Rd⁄( )–[ ] (2.304)=



282

Kuva 2.63 Uuma-pilarin sisäiset voimasuureet [51]

2.13.5.2.1 Uuma-pilarin vaakasuuntainen leikkauskestävyys

Uuma-pilarin vaakasuuntaisen leikkauskestävyyden mitoitusehto on:

missä Vwp.Ed on uuma-pilarissa vaikuttavan vaakasuuntaisen leikkausvoiman


Vwp.Rd on uuma-pilarin vaakasuuntainen leikkauskestävyys

Uuma-pilarin vaakasuuntainen leikkauskestävyys määräytyy uuman kapeimman kohdan pe-rusteella:

missä so on aukkojen väliin jäävä uuman ehjän osan pituus (kuva 2.63)

tw on uuman paksuus



V

M

V

t

b

h

o ed

Vh

V

Mh

so

s

h

N

N

eo

Vwp

Mwp

Mwp

so

do

Vwp.Ed Vwp.Rd (2.305)≤

Vwp.Rd

so tw fy 3⁄γ M0

--------------------------- (2.306)=



283

Uumapilarissa vaikuttava vaakasuuntainen leikkausvoima lasketaan seuraavasti:

missä VEd on aukkojen yli siirrettävän pystysuuntaisen leikkausvoiman


zb on aukon alapuolisen T-osan neutraaliakselin etäisyys kyseisen T-osan

laipan ulkopinnasta (kimmoteorian mukaista neutraaliakselia voidaan

käyttää varmalla puolella olevana arvona)

h ja s on esitetty kuvassa 2.63

2.13.5.2.2 Uuma-pilarin taivutuskestävyys

Uuma-pilariin kohdistuu palkin sisäisistä voimasuureista aiheutuvaa taivutusta (ks. kuva 2.63),jolloin uuma-pilarin mitoitusehto on (kaikilla aukkomuodoilla):

missä Vwp.Ed on uuma-pilarissa vaikuttava vaakasuuntainen leikkausvoima

kaavan (2.307) mukaisesti


Mwp.Ed on aukon mahdollisesta epäkeskeisyydestä eo aiheutuva uuma-pilarin

lisämomentti (kuva 2.63)

Mwp.el.Rd on uuma-pilarin kimmoteorian mukainen taivutuskestävyys uuman

tasossa

Aukon epäkeskeisyydestä aiheutuva lisämomentti on kuvan 2.63 mukaisin merkinnöin:

missä Vb on aukon alapuolisen T-osan osuus pystysuuntaisesta

leikkausvoimasta VEd

Vt on aukon yläpuolisen T-osan osuus pystysuuntaisesta

leikkausvoimasta VEd

s on vierekkäisten aukkojen keskilinjojen välinen etäisyys (kuva 2.63)

Vwp.Ed on uuma-pilarissa vaikuttava vaakasuuntainen leikkausvoima


eo on aukon epäkeskeisyys (kuvassa 2.63 esitetty suunta on positiivinen)

Vwp.Ed

VEd s⋅h zb–--------------- (2.307)=

Vwp.Ed do 2 Mwp.Ed+⁄⋅ Mwp.el.Rd (2.308)≤

Mwp.Ed Vb Vt–( ) s 2⁄ Vwp.Ed eo (2.309)⋅–⋅=



284

Uuma-pilarin kimmoteorian mukainen taivutuskestävyys lasketaan seuraavasta kaavasta:


tw on uuman paksuus



2.13.5.2.3 Uuma-pilarin nurjahduskestävyys

Uuma-pilarin nurjahduskestävyyttä ei tarvitse tarkastaa, jos seuraavat ehdot toteutuvat:

do / tw ≤ 20 suorakaiteen muotoiset aukot

do / tw ≤ 25 pyöreät ja pidennetyt pyöreät aukot

Muussa tapauksessa uuma-pilarin nurjahduskestävyys tarkastetaan seuraavien ohjeiden mu-kaisesti.

Aikaisemmin esitettyjen uuma-pilarissa vaikuttavien vaakasuuntaisen leikkausvoiman Vwp.Edja aukon mahdollisen epäkeskeisyyden aiheuttaman uuma-pilarissa vaikuttavan lisämomentinMwp.Ed yhteisvaikutuksena uuma-pilariin aiheutuu tehollinen vaakasuuntainen leikkausvoima,joka lasketaan seuraavasti:

missä Vwp.Ed on uuma-pilarissa vaikuttava vaakasuuntainen leikkausvoima


Mwp.Ed on aukon mahdollisesta epäkeskeisyydestä e aiheutuva uuma-pilarin

lisämomentti kaavan (2.309) mukaisesti


Tehollinen vaakasuuntainen voima Vwp.eff.Ed aiheuttaa uuma-pilariin vetokenttäteoriaa vas-taavan puristuskenttämallin mukaista pystysuuntaista tai lähes pystysuuntaista puristusta, jon-ka suuruus on:

Mwp.el.Rd

so2tw fy γ M0⁄

6----------------------------- (2.310)=

Vwp.eff.Ed Vwp.Ed

Mwp.Ed

do 2⁄---------------- alapuolinen T-osa (2.311a)–=

Vwp.eff.Ed Vwp.Ed

Mwp.Ed

do 2⁄---------------- yläpuolinen T-osa (2.311b)+=

σwp.Ed

Vwp.eff.Ed

so tw-------------------- (2.312)=



285

Puristusjännityksen kuormittaman uuma-pilarin mitoitusehto on nurjahduksen suhteen:

missä σwp.Ed on uuma-pilarissa vaikuttavan puristusjännityksen mitoitusarvo


σwp.b.Rd on uuma-pilarin nurjahduslujuus

Uuma-pilarin nurjahduslujuus σwp.b.Rd lasketaan kohdassa 2.6.3 esitettyjen lausekkeiden(2.34) - (2.35) mukaisesti käyttäen hitsatuilla I-profileilla nurjahduskäyrää c. Lausekkeissa tar-vittava muunnettu hoikkuus lasketaan uuma-pilarille seuraavasti:



tw on uuman paksuus

Mitoitusehdon (2.313) lisäksi tarkastetaan myös seuraava ehto:

missä σwp.Ed on uuma-pilarissa vaikuttavan puristusjännityksen mitoitusarvo


tw on uuman paksuus

so on aukkojen väliin jäävä uuman ehjän osan pituus (kuva 2.63)







h on I-profiilin korkeus (kuva 2.63)

σwp.Ed σwp.b.Rd (2.313)≤

λ

λ2 5 so

2do

2+,tw

------------------------------1

λ1

----- kun suorakaiteen muotoiset aukot (2.314a)⋅=

λ1 75 so

2do

2+,tw

---------------------------------1

λ1

----- kun pyöreät tai pidennetyt pyöreät aukot (2.314b)⋅=

λ1 π Efy---=

VEd

σwp.Ed tw so 4MN.T.b.Rd lo⁄+

1 2eo do+( ) heff⁄+----------------------------------------------------------------- (2.315)≤

heff h zt– zb (2.316)–=



286

zb on aukon alapuolisen T-osan neutraaliakselin etäisyys kyseisen T-osan



zt on aukon yläpuolisen T-osan neutraaliakselin etäisyys kyseisen T-osan



2.13.5.2.4 Kestävyys Vierendeel-mekanismin mukaiselle taivutukselle

Vierendeel-taivutuksessa kestävyyttä rajoittavaksi muodostuu uuman ehjän osan taivutuskes-tävyys tasossa, jolloin ehto (2.298) korvataan seuraavilla mitoitusehdoilla:


• pyöreät ja pidennetyt pyöreät aukot:

missä Mwp.el.Rd on uuma-pilarin kimmoteorian mukainen taivutuskestävyys uuman

tasossa kaavan (2.310) mukaisesti

s on vierekkäisten aukkojen keskilinjojen välinen etäisyys (kuva 2.63)







heff lasketaan kaavan (2.316) mukaisesti

2.13.5.3 Aukkojen vaikutus I-palkin taipumaan

Yksittäisen aukon aiheuttama lisäys aukottoman palkin maksimi taipumaan on varsin margi-naalinen (kun kyseessä ei ole liittopalkki vaan pelkkä teräspalkki), ja se voidaan likimääräisestiarvioida seuraavasti, kun aukko sijaitsee palkin pituudella kohdassa x :

VEd

2Mwp.el.Rd s⁄ 4MN.T.b.Rd lo⁄+

1 2eo do+( ) heff⁄+--------------------------------------------------------------------- (2.317)≤

VEd

2Mwp.el.Rd s⁄ 4MN.T.b.Rd lo⁄+

1 2eo heff⁄+--------------------------------------------------------------------- (2.318)≤

δadd

δ---------- 0 1 k, o

lo

L----

do

h----- 1 x

L---– kun x 0 5L (2.319),≤=



287

missä δ on I-profiilin maksimi taipuma kun uumassa ei ole aukkoja

L on I-profiilin pituus

lo on aukon todellinen pituus (pyöreällä aukolla kuitenkin lo = 0,5 do)


h on I-profiilin korkeus (kuva 2.63)

ko = 2,0 vahvistamattomalle aukolle

ko = 1,5 vahvistetulle aukolle

Kaavaan (2.319) on lähteestä [51] poiketen lisätty pelkän teräspalkin mukaista tilannetta varten(korjaus)kerroin 0,1, sillä alkuperäinen kaava perustuu liittopalkin mukaiselle jännitysjakaumal-le ja palkin jänteellä symmetrisesti sijaitsevalle kahden aukon tapaukselle (vaikka lähteessä ko.kaava myöhemmin kohdennetaankin yhden aukon vaikutukselle).

Jos palkissa on tasavälein useita saman kokoisia aukkoja (eli systeemiaukotettu palkki), kaava(2.319) korvataan seuraavalla likiarvokaavalla:

missä No on aukkojen lukumäärä.

Kaavat (2.319) ja (2.320) perustuvat pelkästään puhtaan taivutuksen aiheuttamaan taipu-maan, eli kaavoissa ei ole otettu huomioon leikkausvoiman ja Vierendeel-taivutuksen vaikutuk-sia, jotka suurenevat aukkojen pituuden kasvaessa.

Esimerkki 2.22

Tarkastetaan profiilin WI800-12-25×400 kestävyys uuman aukon kohdalla, kun palkkiinkohdistuu taivutusmomentti MEd = 2100 kNm siten, että alapuoli on vedolla, ja taivutusmo-mentin kanssa samanaikaisesti vaikuttavan leikkausvoiman arvo murtorajatilassa on VEd =350,0 kN. Uumassa keskeisesti olevan yksittäisen aukon koko on 500×400 mm2 oheisen ku-van mukaisesti. Teräslaji on S355J2.

lo do ro ht dt fy η γM0γM1

= 500 mm = 400 mm = 30 mm = hd = (h - do ) / 2 = 200 mm = db = ht - tf = 175 mm = 355 N/mm2 = 1,20 (taulukko 2.19) = 1,0 (taulukko 2.5) = 1,0 (taulukko 2.5)

δadd

δ---------- 0 5No k, o

lo

L----

do

L----- 1 x

L---– (2.320)=

ro

lo

h oh t

h b

d t



288

Tarkastetaan vaatimukset aukon mitoille ja sijainnille:

⇒ aukon mitat ja sijainti täyttävät vaatimukset

Ehjän poikkileikkauksen poikkileikkausluokitus:

Laippa:

Uuma:

Aukollisen uuman poikkileikkausluokitus:

Tarkastetaan toteutuuko poikkileikkausluokan 2 vaatimukset: lt = lo = 500 mm (suorakaiteen muotoinen aukko)

ensimmäinen ehtopari:

toinen ehtopari: ehjä uuma on vähintään PL-luokassa 3 OK

⇒ kumpikaan vaihtoehtoinen ehtopari ei täytä poikkileikkausluokan 2 vaatimuksia

ro ro do dt = dbdt db / dt lo

= 30 mm ≥ 15 mm = 30 mm ≥ 2tw= 2 ·12 = 24 mm = 400 mm ≤ 0,7h = 0,7 ·800 = 560 mm = 175 mm ≥ 0,1h = 0,1 ·800 = 80 mm = 175 mm ≥ 0,1lo = 0,1 ·500 = 50 mm = 1 ≥ 1 = 500 mm ≤ 2do = 2 ·400 = 800 mm

OK OK OK OK OK OK OK

c t⁄ f 194 25⁄ 7 8 8 1 poikkileikkausluokka 2⇒,≤,= =

hw t⁄ w 750 12⁄ 62 5, 67 5 , poikkileikkausluokka 2⇒≤= =

lt 500 mm 32εtw> 32 235 355⁄ 12⋅ ⋅ 312 4 mm OK,= = =

dt 17510εtw

1 32εtw lt⁄( )2–-----------------------------------------≤ 10 235 355⁄ 12⋅ ⋅

1 32 235 355⁄ 12⋅ ⋅ 500⁄( )2

–------------------------------------------------------------------------------- 125 1 mm ei OK,= = =

lt 500 mm 32εtw≤ 32 235 355⁄ 12⋅ ⋅ 312 4 mm ei OK,= = =



289

Tarkastetaan toteutuuko poikkileikkausluokan 3 vaatimukset:

ensimmäinen ehtopari:

⇒ ensimmäinen ehtopari toteutuu ja aukollinen uuma kuuluu siis poikkileikkausluokkaan3, joten jälkimmäistä ehtoparia ei tarvitse tarkastaa (tarkastetaan myöhemmin onko mah-dollista parantaa aukon alapuolisen uuman PL-luokitusta PL2:een)

Leikkauskestävyys:

Ehjän poikkileikkauksen plastinen leikkauskestävyys: leikkauspinta-ala:

Ehjän poikkileikkauksen leikkauslommahduskestävyys: palkissa on poikittaisjäykisteet vain tuella

⇒ leikkauslommahdus pienentää ehjän poikkileikkauksen leikkauskestävyyttä

Koska palkissa on poikittaisjäykisteet vain tuella, otetaan vain uuman osuus mukaanleikkauslommahduskestävyyteen (kun poikittaisjäykisteiden välinen etäisyys on hyvin suuri,laippojen osuus leikkauslommahduskestävyyteen häviää).

Uuman osuus leikkauslommahduskestävyyteen:

⇒

lt 500 mm 36εtw> 36 235 355⁄ 12⋅ ⋅ 351 5 mm OK,= = =

dt 17514εtw

1 36εtw lt⁄( )2–-----------------------------------------≤ 14 235 355⁄ 12⋅ ⋅

1 36 235 355⁄ 12⋅ ⋅ 500⁄( )2

–-------------------------------------------------------------------------------- 192 2 mm OK,= = =

AV η hwtw( )∑ 1 20, 750 12⋅ ⋅ 10800 mm2= = =

Vpl.Rd AV

fy 3⁄γ M0

---------------⋅ 10800 355 3⁄1 0,

--------------------⋅ 2214 kN= = =

hw

tw------

75012--------- 62 5 72ε

η--------->, 72 235 355⁄⋅

1 20,------------------------------------ 48 8,= = = =

λwhw tw⁄86 4ε,---------------

750 12⁄86 4, 235 355⁄⋅------------------------------------------ 0 8891 0 83,

η------------≥, 0 83,

1 20,------------ 0 6917,= = = = =

λw 0 8891 1 08,<,=

χw0 83,λw

------------0 83,

0 8891,------------------ 0 9335,= = =

Vbw.Rdχw fyw hw tw

3γ M1

--------------------------0 9335, 355 750 12⋅ ⋅ ⋅

3 1 0,⋅------------------------------------------------------- 1722 kN= = =

Vb.Rd Vbw.Rd Vbf.Rd+ 1722 0+ 1722 kNη fyw hw tw

3γ M1

------------------------≤ 1 20, 355 750 12⋅ ⋅ ⋅3 1 0,⋅

-------------------------------------------- 2214 kN= = = = =



290

Ehjän poikkileikkauksen leikkauskestävyys on siis leikkauslommahduskestävyyden määrää-mänä 1722 kN.

Aukollisen poikkileikkauksen plastinen leikkauskestävyys:

Aukollisen poikkileikkauksen leikkauslommahduskestävyys:

Koska leikkauslommahdus pienentää ehjän poikkileikkauksen leikkauskestävyyttä, täytyymyös aukollisen poikkileikkauksen leikkauslommahduskestävyys tarkastaa:

Aukollisen poikkileikkauksen leikkauskestävyys on siis leikkauslommahduskestävyyden mää-räämänä 625,7 kN.

Taivutuskestävyys:

Ehjän poikkileikkauksen kimmoteorian mukainen taivutuskestävyys:

Ehjän poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyys:

Vo.pl.Rddb dt+( ) tw fy 3⁄

γ M0------------------------------------------

175 175+( ) 12 355 3⁄⋅ ⋅1 0,

---------------------------------------------------------- 860 8 kN VEd≥, 350 0 kN OK,= = = =

VEd

Vo.pl.Rd--------------

350 0,860 8,--------------- 0 41 0 5 tw.eff⇒,≤, tw= = =

Vo.b.Rd 0 9Vb.Rd 1dolo

hw-------------–, 0 9, 1722 1 400 500⋅

750-------------------------–⋅ ⋅ 625 7kN VEd≥, 350 0 kN,= = = =

VEd

Vo.b.Rd-------------

350 0,625 7,--------------- 0 56 1 0 OK,≤,= =

Iy 3426 106⋅ mm

4=

Wel 8565 103⋅ mm

3=

Mel.RdWel fy

γ M0------------

8565 103

355⋅ ⋅1 0,

-------------------------------------- 3041 kNm= = =

Wpl 9438 103⋅ mm

3=

Mpl.RdWpl fy

γ M0------------

9438 103

355⋅ ⋅1 0,

-------------------------------------- 3350 kNm= = =



291

Aukollisen poikkileikkauksen taivutuskestävyys:

Lasketaan ensin aukon alapuolisen T-osan painopisteen etäisyys kyseisen T-osan laipasta:

T-osissa vaikuttava aksiaalinen voima ja T-osien kestävyys:

Tarkastetaan voidaanko aukon alapuolisen uuman PL3 luokitusta parantaa PL2:een:

⇒ PL-luokituksen parantaminen ei ole mahdollista

Tarkastetaan Vierendeel-taivutus:

z0.b

Ai zi∑Ai∑

---------------

bf tftf

2--- tw.eff db tf

db

2-----+⎝ ⎠

⎛ ⎞⋅+⋅

bf tf tw.eff db+--------------------------------------------------------------

400 25 252------ 12 175 25 175

2---------+⎝ ⎠

⎛ ⎞⋅ ⋅+⋅ ⋅

400 25 12 175⋅+⋅------------------------------------------------------------------------------- 29 9 mm,= = = =

hT h z0.b– z0.t– 800 29 9 29 9,–,– 740 2 mm,= = =

NT.EdMEd

hT----------

2100 106⋅

740 2,------------------------ 2837 kN= = =

NT.Rd min NT.b.Rd NT.t.Rd[ , ] AT.eff

fy

γ M0---------⋅ 400 25 12 175⋅+⋅( ) 355

1 0,---------⋅ 4296 kN= = = =

NT.Ed

NT.Rd------------

28374296------------ 0 66 1 0 OK,≤,= =

NT.b.Ed

AT.b fy γ M1⁄-----------------------------

2837 103⋅

400 25 12 175⋅+⋅( ) 355 1 0,⁄⋅---------------------------------------------------------------------------- 0 66,= =

NT.b.Ed

AT.b fy γ M1⁄----------------------------- 0 66 1

20εtw2

AT.b--------------–<, 1 20 235 355⁄ 12

2⋅ ⋅400 25 12 175⋅+⋅( )

--------------------------------------------------– 0 81,= = =

lV lo 0 5 m,= =

MV.Ed VEd lV⋅ 350 0, 0 5,⋅ 175 kNm= = =



292

lasketaan aukon yläpuolisen T-osan taivutuskestävyys (poikkileikkausluokka 3):

aukon yläpuolisen ja alapuolisen T-osan taivutuskestävyydet ovat yhtäsuuret

⇒ molempien T-osien taivutuskestävyttä täytyy pienentää:

Vierendeel-taivutuksen mitoitusehto:

Havaitaan, että aukon kohdalla kestävyys ei riitä ilman vahvistuksia.

Esimerkki 2.23

Tarkastetaan edellisen esimerkin profiilin WI800-12-25×400 kestävyys uuman aukon koh-dalla, kun tilanne on muuten sama kuin edellä, mutta uumassa oleva aukko on vahvistettuoheisen kuvan mukaisesti.

Af bf tf⋅ 400 25⋅ 10000 mm2= = =

Aw dt tw.eff⋅ 175 12⋅ 2100 mm2= = =

As 0=

ze z0.t z0.b 29 9 mm,= = =

Mel.T.t.Rd

Awdt2

12 Aw dt 2 tf ze–+⁄( )2Af ze tf 2⁄–( )2

As dt tf es– ze–+( )2+ + +⁄dt tf ze–+

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------fy

γ M0---------⋅=

= 2100 1752

12 2100 175 2⁄ 25 29 9,–+( )210000 29 9 25 2⁄–,( )2

0+⋅+⋅+⁄⋅175 25 29 9,–+

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3551 0,---------⋅

Mel.T.t.Rd 47 4 kNm,=

NT.t.Ed

NT.t.Rd--------------

NT.b.Ed

NT.b.Rd---------------

28374296------------ 0 6604 0 25,>,= = =

MN.el.T.Rd Mel.T.Rd 1 NT.Ed NT.Rd⁄( )2–[ ] 47 4 1 0 66042,–[ ]⋅, 26 7 kNm,= = =

2MN.T.b.Rd 2MN.T.t.Rd+ 2 26 7 2 26 7,⋅+,⋅ 106 8 kNm MV.Ed<, 175 kNm ei OK= = =

la

44

bs

ds



293

Käytetään jäykistelevyjä PL10×50 (fy = 355 N/mm2) uuman molemmilla puolilla: bs = 50 mm ts = 10 mm As = n bsts = 2 · 50 · 10 = 1000 mm2 (jäykisteiden pinta-ala aukon yhdellä reunalla) ds = 150 mm (ks. oheinen kuva) es = 20 mm (etäisyys aukon reunasta jäykisteen keskilinjaan) a = 4 mm (jäykisteen pienahitsit)

Tarkastetaan vaatimukset aukon mitoille ja sijainnille kun aukko on vahvistettu:


Jäykiste:

⇒ jäykiste OK (vaatimuksena vähintään PL3)

Uuma:

⇒ aukon vahvistuksen ansiosta T-osan PL-luokitus voidaan kokonaisuutena nostaaPL2:een (määräävänä on nyt uuman sijasta laipan PL-luokitus)

Edellisessä esimerkissä on laskettu seuraavat kestävyydet, jotka pätevät edelleen:

Vpl.Rd = 2214 kN ehjän poikkileikkauksen plastinen leikkauskestävyys Vb.Rd = 1722 kN ehjän poikkileikkauksen leikkauslommahduskestävyys Vo.pl.Rd = 860,8 kN aukollisen poikkileikkauksen plastinen leikkauskestävyys Vo.b.Rd = 625,7 kN aukollisen poikkileikkauksen leikkauslommahduskestävyys

sekä Mel.Rd = 3041 kNm ehjän poikkileikkauksen kimmoteorian mukainen taivutuskestävyys Mpl.Rd = 3350 kNm ehjän poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyys

ro ro do dt = dbdt db / dt lo

= 30 mm ≥ 15 mm = 30 mm ≥ 2tw= 2 ·12 = 24 mm = 400 mm ≤ 0,7h = 0,7 ·800 = 560 mm = 175 mm ≥ 0,1h = 0,1 ·800 = 80 mm = 175 mm ≥ 0,1lo = 0,1 ·500 = 50 mm = 1 ≥ 1 = 500 mm ≤ 3,5do = 3,5 ·400 = 1400 mm

OK (kuten aikaisemmin) OK (kuten aikaisemmin) OK (kuten aikaisemmin) OK (kuten aikaisemmin) vaatimus ei koske vahvistettua aukkoaOK (kuten aikaisemmin) OK

bs 2a–( ) ts 50 2 4⋅–( ) 10⁄ 4 4 7 3,≤,= =⁄ poikkileikkausluokka 1⇒

ds 2a–( ) tw 150 2 4⋅–( ) 12⁄ 12 0 26 8,≤,= =⁄ poikkileikkausluokka 1, ⇒ kun uuman ja laipan välistä

kaulahitsiä ei oteta huomioon



294

Aukollisen poikkileikkauksen taivutuskestävyys:

Lasketaan ensin aukon alapuolisen T-osan painopisteen etäisyys kyseisen T-osan laipasta:

T-osissa vaikuttava aksiaalinen voima ja T-osien kestävyys:

Tarkastetaan Vierendeel-taivutus:

lasketaan yläpuolisen T-osan taivutuskestävyys (nyt poikkileikkausluokan 2 mukaisesti):

⇒

z0.b

Ai zi∑Ai∑

---------------

bf tftf

2--- tw.eff db tf

db

2-----+⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2bsts tf dsts

2---+ +⎝ ⎠

⎛ ⎞+⋅+⋅

bf tf tw.eff db 2bsts+ +---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- = = =

400 25 252------ 12 175 25 175

2---------+⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2 50 10 25 150 102------+ +⎝ ⎠

⎛ ⎞⋅ ⋅ ⋅+⋅ ⋅+⋅ ⋅

400 25 12 175 2 50 10⋅ ⋅+⋅+⋅------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 41 3 mm,=

hT h z0.b– z0.t– 800 41 3 41 3,–,– 717 4 mm,= = =

NT.EdMEd

hT----------

2100 106⋅

717 4,------------------------ 2927 kN= = =

NT.Rd min NT.b.Rd NT.t.Rd[ , ] AT.eff

fy

γ M0---------⋅ 400 25 12 175 2 50 10⋅ ⋅+⋅+⋅( ) 355

1 0,---------⋅= = =

NT.Rd 4651 kN=

NT.Ed

NT.Rd------------

29274651------------ 0 63 1 0 OK,≤,= =

MV.Ed VEd lV⋅ 350 0, 0 5,⋅ 175 kNm (kuten aikaisemminkin)= = =

Af bf tf⋅ 400 25⋅ 10000 mm2= = =

Aw dt tw.eff⋅ 175 12⋅ 2100 mm2= = =

As 2bsts 2 50 10⋅ ⋅ 1000 mm2

Af Aw–≤ 10000 2100– 7900 mm2= = = = =

zpAf Aw As+ +

2bf------------------------------

10000 2100 1000+ +2 400⋅

--------------------------------------------------- 16 4 mm,= = =

Mpl.T.t.Rd Aw dt 2 tf zp–+⁄( ) Af tf 2 zp2

tf⁄ zp–+⁄( ) As dt tf es– zp–+( )+ +[ ]fy

γ M0---------⋅ = =

2100[ 175 2 25 16 4,–+⁄( )⋅ 10000 25 2 16 4, 225⁄ 16 4,–+⁄( )⋅ + +

1000 175 25 20– 16 4,–+( ) ] 3551 0,---------⋅ ⋅

Mpl.T.t.Rd 154 1 kNm,=



295

yläpuolisen ja alapuolisen T-osan taivutuskestävyydet ovat yhtäsuuret

⇒ molempien T-osien taivutuskestävyttä täytyy pienentää:

Vierendeel-taivutuksen mitoitusehto:

Poikkileikkauksen kestävyys on aukon kohdalla nyt OK, ja aukon vahvistukseen valitutjäykisteet ovat siis riittävän suuret.

Määritetään jäykisteiden ankkurointipituus aukon molemmilla puolilla, kun kiinnityshit-seinä on 4 mm pienahitsit:

⇒ valitaan ankkurointipituudeksi 150 mm.

NT.Ed

NT.Rd------------

29274651------------ 0 6293 0 25,>,= =

MN.pl.T.Rd Mpl.T.Rd 1 NT.Ed NT.Rd⁄( )–[ ] 154 1 1 0 6293,–[ ]⋅, 57 1 kNm,= = =

2MN.T.b.Rd 2MN.T.t.Rd+ 2 57 1 2 57 1,⋅+,⋅ 228 4kNm MV.Ed≥, 175 kNm OK= = =

Fs.Ed Fs.Rd As fys γ M0⁄ 1000 355 1 0 355 0 kN,=,⁄⋅== =

fvw.dfu 3⁄βwγ M2

---------------490 3⁄

0 9, 1⋅ 25,------------------------- 251 5 N/mm

2 hitsien leikkauslujuus (ks. luku 3),===

la 0 25lo 0 25 500 125 mm neljännes aukon pituudesta=⋅,=,≥

laFs.Ed

nts fys 3⁄( ) γ M0⁄-------------------------------------------

355 0, 103⋅

2 10 355 3⁄( ) 1 0,⁄⋅ ⋅------------------------------------------------------- 88 6 mm jäykisteen leikkauskestävyys,= =≥

laFs.Ed

2nafvw.d--------------------

355 0, 103⋅

2 2 4 251 5,⋅ ⋅ ⋅------------------------------------- 88 2 mm hitsien leikkauskestävyys,= =≥

laFs.Ed

2tw fyw 3⁄( ) γ M0⁄--------------------------------------------

355 0, 103⋅

2 12 355 3⁄( ) 1 0,⁄⋅ ⋅---------------------------------------------------- 72 2 mm uuman leikkauskestävyys,= =≥



296

2.14 Lähdeluettelo

[1] SFS-EN 1990:2002. (EN 1990:2002) Eurocode. Rakenteiden suunnitteluperusteet. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 139 s.

[2] Suomen kansallinen liite standardiin SFS-EN 1990. 15.10.2007. Ympäristöministeriö. 7 s.





[7] SFS-EN 1993-1-2:2005. (EN 1993-1-2:2005) Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-2: Rakenteen palomitoitus. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 76 s.




[11] SFS-EN 1993-1-3:2006+AC:2009. (EN 1993-1-3:2006+AC:2009) Eurokoodi 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-3: Yleiset säännöt. Lisäsäännöt kylmämuovatuille sauvoille ja levyille. (Sisältää myös korjaukset AC:2009) Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 128 s.




297



[15] SFS-EN 1993-1-8:2005. (EN 1993-1-8:2005) Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-8: Liitosten mitoitus. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 149 s.




[19] SFS-EN 1993-1-9:2005. (EN 1993-1-9:2005) Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-9: Väsyminen. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 42 s.




[23] SFS-EN 1993-1-12:2007. (EN 1993-1-12:2007) Eurokoodi 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-12: EN 1993 laajennus teräslajeihin S700 asti. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 10 s.





298

[26] SFS-EN 1993-2:2006. (EN 1993-2:2006) Eurocode 3. Design of steel structures. Part 2: Steel Bridges. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 103 s.

[27] SFS-EN 1993-2: AC:2009. (EN 1993-2: AC:2009) Korjausosa AC:2009 standardiin EN 1993-2. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 5 s.

[28] SFS-EN 1993-6:2007+AC:2009. (EN 1993-6:2007+AC:2009) Eurokoodi 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 6: Nosturia kannattavat rakenteet. Sisältää myös korjaukset AC:2009. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 42 s.

[29] Kouhi J. 20xx. “Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu: Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt. Sovellutusohjeita, taustatietoja, kommentteja, tulkintoja, selvennyksiä, kansallinen liite ja sen taustoja, oppi- ja opetusaineistoa, esimerkkejä.” Teräsrakenneyhdistys ry. Työversio 2009.

[30] Kouhi J. 20xx. “Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu: Osa 1-5: Levyrakenteet. Sovellutusohjeita, taustatietoja, kommentteja, tulkintoja, selvennyksiä, kansallinen liite ja sen taustoja, oppi- ja opetusaineistoa, esimerkkejä.” Teräsrakenneyhdistys ry. Työversio 2009.

[31] JRC Scientific and Technical Reports: Commentary and worked examples to EN 1993-1-5 “Plated structural elements”. Background documents in support to the implementation, harmonization and further development of the Eurocodes. First Edition October 2007. EUR 22898 EN - 2007.

[32] Niemi E. 2003. Levyrakenteiden suunnittelu. Tekninen tiedotus 2/2003. Teknologiateollisuus ry. Teknologiainfo Teknova Oy. 136 s.

Huom: Eurocoden osien EN 1993-1-5, EN 1993-1-8, EN 1993-1-9 ja EN 1993-1-10 osalta teos perustuu kirjoitushetken työversioihin prEN 1993-1-5:2002, prEN 1993-1-8:2002, prEN 1993-1-9:2002 ja prEN 1993-1-10:2002, mistä johtuen osa julkaisun mitoitusohjeista saattaa poiketa kyseisten Eurocoden osien lopullisista julkaistuista ohjeista.

[33] Heinisuo M. 2007. Design resistances of a net section appearing in prEN 1993-1-12 and in EN 1993-1-12. Statement 9.8.2007. Tampere University of Technology. Research Centre of Metal Stuctures. 10 s.




299

[35] Johansson B. 2005. Att konstruera med stål. Läromedel för konstruktörer. Modul 5: Tvärsnittsbärförmåga. Luleå Tekniska Universitet, Kunglika Tekniska Högskolan, Stålbyggnadsinstitutet. 50 s.

[36] Höglund T. 2006. Att konstruera med stål. Läromedel för konstruktörer. Modul 6: Stabilitet för balkar och stänger. Luleå Tekniska Universitet, Kunglika Tekniska Högskolan, Stålbyggnadsinstitutet. 102 s.

[37] SFS-ENV 1993-1-1:1993. (ENV 1993-1-1:1992) Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 436 s.

[38] Access Steel. 2006. NCCI: Mono-symmetrical uniform members under bending and axial compression. Document SN030a-EN-EU. [www.access-steel.com] (30.4.2010)

[39] COMBRI: Competitive Steel and Composite Bridges by Improved Steel Plated Structures. Final Report. 2007. RFCS research project RFS-CR-03018. 167 s.

[40] COMBRI+: COMBRI Design Manual - Part II: State-of-the-Art and Conceptual Design of Steel and Composite Bridges. 2008. RFCS project RFS2-CT-2007-00031. 121 s.

[41] Kylmämuovatut profiilit. Suunnittelu ja käyttö. 1987. Rautaruukki Oy, Metalliteollisuuden Kustannus Oy. 248 s.

[42] Stahl im Hochbau. Handbuch für die Anwendung von Stahl im Hoch- und Tiefbau. Band 1 / Teil 2. 1986. 14. Auflage. Düsseldorf, Verlag Stahleisen mbH. 880 s.

[43] Petersen C. 1982. Statik und Stabilität der Baukonstruktionen. 2. Auflage. Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg. 959 s.

[44] Handbuch für Entwurf, Berechnung und Bemessung unverschieblicher oder seitensteifer Stahlhochbauten nach Eurocode 3. No 85-DE. 1996. Brussels, ECCS. 232 s.

[45] Compendium of EN 1993-1-1. Summary, design aids and flow charts. ECSC Euro Build project. 84 s. [www.eurobuild-in-steel.com] (4.5.2010)

[46] Barsoum R.S. & Gallagher R.H. 1970. Finite Element Analysis of Torsional and Torsional-Flexural Stability Problems. International Journal for Numerical Methods in Engineering. Vol.2, s. 335-352.

[47] Teräsnormikortti N:o 20/2008: Leikkausvoiman ja pistekuorman yhteisvaikutus. 18.12.2008. Teräsnormikortisto. Teräsrakenneyhdistys ry. 2 s.

[48] Teräsnormikortti N:o 21/2009: WQ-palkin poikkileikkauksen mitoitus normaali- ja palotilanteessa. 5.3.2009. Teräsnormikortisto. Teräsrakenneyhdistys ry. 20 s.



300

[49] Klöppel K., Scheer J. 1960. Beulwerte ausgesteifter Rechteckplatten. Band I. W.Ernst & Sohn, Berlin.

[50] Klöppel K., Möller K.H. 1968. Beulwerte ausgesteifter Rechteckplatten. Band II. W.Ernst & Sohn, Berlin-München.

[51] LWO: Large web openings for service integration in composites floors. Final Report. 2006. RFCS project RFS-CT-2005-00037. 259 s. [http//lwo.steel-sci.org] (4.5.2010)


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

301

3. HITSATUN PROFIILIN KIINNITYKSET JA LIITOKSET

3.1 Yleistä

Liitosten suunnitteluohjeet on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-8 [8,9,10]. Aihetta on kä-sitelty perusteellisesti lähteessä [19]. Tässä käsikirjassa rajaudutaan lähinnä ruuviliitoksiin jahitsausliitoksiin, ja niiden kestävyyksien laskentaan.

Kumpi kannattaa valita, ruuviliitos vai hitsausliitos? Usein hitsaus on kustannustehokkain, taikäytännössä jopa ainoa mahdollinen liittämistapa.

Ruuviliitoksia kannattaa suosia asennustyömaalla, sillä säiden vaihteluineen hitsauksen suori-tus ja laadunvalvonta on aina vaikeampaa työmaaolosuhteissa kuin konepajalla, joten suunni-telmien mukaisen liitoksen aikaansaaminen ja varmistaminen on haasteellista. Lisäksi hitsat-tavien osien pintakäsittelyn korjaaminen hitsauksen jälkeen aiheuttaa lisäkustannuksia.

Näin ollen rakenteet kannattaa yleensä suunnitella siten, että rakenneosia ja osarakenteita val-mistetaan konepajalla niin suurina lohkoina kuin kuljetus- ja asennusteknisesti on järkevää, jatyömaalla ne liitetään toisiinsa ruuviliitoksin. Kuljettamista ja asentamista käsitellään luvuissa9-10.

Kuvassa 3.1 on esitetty liitoksen (joint) ja kiinnityksen (connection) ero. Liitos on laajempi käsitekuin kiinnitys. Kiinnitys tarkoittaa paikkaa, jossa kaksi sauvaa liittyvät toisiinsa. Lisäksi kiinnityskäsittää kiinnittymistavan (ruuvikiinnitys, hitsauskiinnitys jne.). Liitos on peruskomponenttien(esim. ruuvi, hitsi, päätylevy, pilarin uuma, pilarin laippa) yhdistelmä, jonka avulla sauvat voi-daan liittää yhteen siten, että voimasuureet pääsevät siirtymään sauvojen välillä. Edellä maini-tut termit eivät ole vielä vakiintuneet käyttöön ja sen takia niiden käytössä saattaa tässä käsi-kirjassa esiintyä epäjohdonmukaisuuksia.

Kuva 3.1

Liitoksen ja kiinnityksen ero

LIITOS

KIINNITYS

VASEN LIITOS

VASEN KIINNITYS

OIKEAKIINNITYS

OIKEALIITOS


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

302

3.2 Liitosten luokitus

Liitokset voidaan luokitella joko jäykkyyden tai lujuuden perusteella. Jäykkyyden perusteella lii-tokset jaetaan nimellisesti nivelellisiin liitoksiin, jäykkiin liitoksiin ja osittain jäykkiin liitoksiin. Lu-juuden perusteella ne jaetaan nimellisesti nivelellisiin liitoksiin, täysin lujiin liitoksiin ja osittainlujiin liitoksiin. Lujuuteen perustuva luokittelu suoritetaan vertaamalla liitoksen taivutuskestä-vyyden mitoitusarvoa

M

j.Rd

liitokseen liittyvien sauvojen taivutuskestävyyden mitoitusarvoihin,jolloin sauvan kestävyyden mitoitusarvoksi valitaan liitoksen vieressä olevan kestävyyden arvo[8,9,10].

Nimellisesti nivelelliset liitokset

(nominally pinned) täytyy suunnitella siten, että niihin ei pää-se kehittymään huomattavaa momenttia, joka voi vaikuttaa haitallisesti rakenteen sauvoihin.Lujuuteen perustuen liitos voidaan luokitella nimellisesti nivelelliseksi, jos liitoksen taivutuskes-tävyyden mitoitusarvo

M

j.Rd

on enintään 25 % täysin lujan liitoksen taivutuskestävyyden mi-toitusarvosta edellyttäen, että liitoksella on myös riittävä kiertymiskyky. Jäykkyyteen perustuenliitos voidaan luokitella nimellisesti nivelelliseksi, jos liitoksen kiertymisjäykkyyden alkuarvo

S

j.ini

on enintään

S

j.ini

≤

0,5

EI

b

/

L

b

, missä

I

b

on palkin neliömomentti ja

L

b

on palkin jänne-väli (pilarien keskiöiden välinen etäisyys). Ohjeet I-profiilien välisten liitosten

S

j.ini

-arvojenmäärittämiseksi on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-8. Edellä esitetty jäykkyyteen perus-tuva raja-arvo ei kuitenkaan koske pilarien pohjalevyjen liitosten luokitusta, joille on esitetty eriehdot osassa EN 1993-1-8 [8,9,10].

Jäykät liitokset

(rigid) mitoitetaan siten, että ne kykenevät kantamaan myös taivutusmoment-teja. Liitoksen todellisesta osittaisesta jäykkyydestä aiheutuvat muodonmuutokset eivät saa ol-la niin suuria, että niillä olisi merkittävää vaikutusta voimasuureiden jakaantumiseen tai raken-teen kokonaismuodonmuutokseen (rakenteen siirtymätilaan). Jäykiksi luokitelluilla liitoksillavoidaan olettaa olevan riittävä kiertymisjäykkyys, joka mahdollistaa rakenteen jatkuvuuteen pe-rustuvan kokonaistarkastelun. Jäykille liitoksille asetettavat ehdot on esitetty Eurocoden osas-sa EN 1993-1-8 [8,9,10].

Osittain jäykkien liitosten

(semi-rigid) mitoitus perustuu sauvojen väliseen vuorovaikutuk-seen, eli momentti-kiertymäyhteyteen. Momentti-kiertymäyhteydessä otetaan huomioon seu-raavat kolme rakenteellista pääominaisuutta: taivutuskestävyys, kiertymisjäykkyys, kiertymis-kyky. Liitokset, jotka eivät täytä nimellisesti nivelellisille tai jäykille liitoksille annettuja ehtoja, kä-sitellään osittain jäykkinä.


Eurocoden osan EN 1993-1-8 osittain jäykkiä liitoksia koskevat säännöt eivät sovellu lujuusluokkien S500-S700 teräksille [16,17].

Täysin lujan liitoksen

(full-strength) taivutuskestävyyden on oltava vähintään yhtä suuri kuinliitettävän sauvan kestävyys. Liitos voidaan luokitella täysin lujaksi, jos se täyttää kuvassa 3.2esitetyt vaatimukset [8,9,10].

Osittain luja liitos

(partial-strength) pystyy kantamaan siihen kohdistuvat voimasuureet, muttase ei täytä täysin lujalle liitokselle tai nimellisesti nivelelliselle liitokselle asetettuja vaatimuksia[8,9,10].


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

303

Jäykät liitokset voidaan toteuttaa ruuvi- tai hitsausliitoksina. Nivelliitokset sen sijaan toteutetaanlähes poikkeuksetta ruuviliitoksina, koska vain siten liitokset saadaan riittävän joustaviksi, ettäne eivät estä nivelliitokselta tarvittavaa kiertymistä tuella.

Nivelliitosten etuina voidaan yleisesti todeta, että niiden toteuttaminen on yksinkertaisempaa javalmistus- ja asennuskustannuksiltaan halvempaa kuin jäykkien liitosten käyttäminen. Lisäksirakenteen kokonaistarkastelu ja suunnittelu on yksinkertaisempaa. Palkkien maksimimomentitja taipumat kuitenkin kasvavat, joten palkeista tulee jonkin verran raskaampia. Toisaalta pilaritvoidaan toteuttaa kevyempinä, koska niihin ei kohdistu palkeilta tulevaa taivutusmomenttia(palkilta tuleva kuorma aiheuttaa pilariin momenttia ainoastaan liitoksen epäkeskeisyyden ta-kia).

Kuva 3.2

Täysin lujat liitokset [8,9,10]

Kuva 3.3

Liitosten momentti-kiertymäyhteys kimmoteorian mukaan

a) Pilarin yläpää

b) Liitos sijaitsee pilarin päiden välissä

Mj.Rd

Mj.Rd

joko: Mj.Rd ≥ Mb.pl.Rd

tai: Mj.Rd ≥ Mc.pl.Rd

joko: Mj.Rd ≥ Mb.pl.Rd

tai: Mj.Rd ≥ 2 Mc.pl.Rd

Mb.pl.Rd on plastisuusteorian mukainen palkin taivutuskestävyyden mitoitusarvo Mc.pl.Rd on plastisuusteorian mukainen pilarin taivutuskestävyyden mitoitusarvo

Mj Mj Mj

Ø Ø Ø

(a) Jäykkä liitosØ = 0

(b) Nivelellinen liitos Mj = 0

(c) Osittain jäykkä liitosMj ja Ø = 0Mj ≠ 0 ja Ø ≠ 0


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

304

Kuva 3.4

Plastista muodonmuutoskykyä omaavan osittain jäykän liitoksen momentti-kiertymäyhteys

3.3 Rakenteen kokonaistarkastelu liitosten kannalta

Liitoksen käyttäytymisen vaikutukset rakenteen sisäisten voimien ja momenttien jakaantumi-seen ja rakenteen kokonaismuodonmuutoksiin otetaan rakenneanalyysissä huomioon seuraa-vasti [8,9,10]:

• nivelellinen malli (simple, pinned), jossa liitoksen ei oleteta siirtävän taivutusmomentteja • jäykkä malli (continuous), jossa liitoksen käyttäytymisen ei oleteta vaikuttavan rakenne ana-

lyysiin • osittain jäykkä malli (semi-continuous), jossa liitosten käyttäytyminen otetaan huomioon ra-

kenneanalyysissä

Tarkoituksenmukainen liitosmalli määritetään taulukon 3.1 mukaisesti riippuen liitosluokasta javalitusta analyysimenetelmästä, joka voi olla jokin seuraavista [8,9,10]:

• kimmoteorian mukainen kokonaistarkastelu (elastic) • jäykkä-plastinen malli (rigid-plastic) • kimmo-plastinen malli(elastic-plastic)

Kuvassa 3.5 on esitetty kokonaistarkastelun (global analysis) eri menetelmissä liitoksille käy-tettävät momentti-kiertymä yhteydet. Kimmoteorian mukaisessa analyysissä riittää, että tunne-taan liitoksen jäykkyys. Kaikissa muissa menetelmissä on analyysia varten tunnettava lisäksimyös liitoksen kestävyys.

Valitusta analyysimenetelmästä riippumatta liitoksilla tulee olla riittävä kestävyys liitoksissa vai-kuttavien, rakenneanalyysistä aiheutuvien voimien ja momenttien siirtämiseksi, ja riittävä kier-tymiskyky analyysistä aiheutuvien kiertymien saavuttamiseksi.

Yleensä varmalla puolella oleva menetelmä on mallintaa rakenteen kaikki liitokset ensin täysinnivelellisinä, jolloin saadaan maksimi kenttämomentit, ja sitten täysin jäykkinä, jolloin saadaanliitosten ja niiden kautta viereisille rakenneosille siirtyvien rasitusten maksimi arvot.

Mj

Mj.Rd

Ø

Øpl


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

305


Lujuusluokkien S500-S700 teräksille ei käytetä jäykkä-plastista eikä kimmo-plastistaanalyysimallia, ks. taulukko 3.1. Käytettäessä epälineaarista plastisuusteorian mukaistakokonaisanalyysiä ja sauvojen osittainen plastisoituminen plastisilla alueilla otetaan huo-mioon, sauvojen välisten liitosten tulee olla vain täysin lujia liitoksia. Käytettäessä kimmo-teorian mukaista kokonaisanalyysiä, voidaan käyttää osittain lujia liitoksia edellyttäen, ettäliitosten kestävyys on suurempi kuin liitettävissä sauvoissa vaikuttavien sisäisten voimienja momenttien mitoitusarvot. Molemmissa tapauksissa liitosten kestävyys määritetäänkimmoteorian mukaisen voimien jakaantumisen perusteella itse liitoksen komponenteissa[16,17].

Taulukko 3.1

Liitosmallin valinta [8,9,10,16,17]

Kuva 3.5

Kokonaistarkastelussa liitoksille valittavat analyysimallit

Kokonaistarkastelussa

käytetty menetelmä

Liitosluokka

Kimmoteoria Nimellisesti nivelellinen Jäykkä Osittain jäykkä

a)

Jäykkä-plastinen malli

a)

Nimellisesti nivelellinen Täysin luja Osittain luja

Kimmo-plastinen malli

a)

Nimellisesti nivelellinen Jäykkä ja täysin luja - Osittain jäykkä ja osittain luja- Osittain jäykkä ja täysin luja - Jäykkä ja osittain luja

Liitosmalli

Nivelellinen Jäykkä Osittain jäykkä

a) ei sovelleta S500-S700 teräksillä [16,17]

a) Kimmoteorian mukainen analyysi

Ø

Mj

Sj.ini / η

Mj.Ed

Mj.Rd

b) Jäykkä-plastinen malli c) Yksinkertaistettu kimmo-plastinen malli

Ø Ø

ØCd

Sj.ini / η

MjMj

Mj.Rd Mj.Rd


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

306

3.4 Liitosten kiertymiskyky

Liitoksen kiertymiskyky määräytyy sen peruskomponenteista (esim. ruuvi, hitsi, päätylevy, pila-rin uuma, pilarin laippa), jotka voidaan luokitella muodonmuutoskykynsä perusteella sitkeisiinja hauraisiin [20].

Sitkeitä peruskomponentteja

ovat esimerkiksi: • taivutuksen kuormittama levy • leikkauksen kuormittama pilarin uuma • poikittaisen vedon kuormittama pilarin uuma

Hauraita peruskomponentteja

ovat esimerkiksi: • leikkauksen tai vedon kuormittamat ruuvit • hitsit

Haurailla liitoksilla ei ole juurikaan muodonmuutoskykyä liitoksen kestävyyden saavuttamisenjälkeen. Liitoksen hauraiksi luokitellut osat on suositeltavaa mitoittaa jonkin verran ylilujiksi niin,että liitoksen taivutuskestävyys

M

j.Rd

määräytyy liitoksen sitkeiksi luokiteltujen osien perus-teella [8,9,10,20].

Käytettäessä jäykkä-plastiseen materiaalimalliin perustuvaa plastisuusteorian mukaista koko-naistarkastelua, plastisessa nivelessä sijaitsevalla liitoksella tulee olla riittävä kiertymiskyky.Kiertymiskykyä ei tarvitse erikseen tarkastaa edellyttäen, että liitoksen taivutuskestävyydenmitoitusarvo

M

j.Rd

on vähintään 1,2 kertaa liitettävän sauvan poikkileikkauksen plastisuusteo-rian mukaisen taivutuskestävyyden mitoitusarvon

M

pl.Rd

suuruinen [8,9,10]. Plastinen nivelsyntyy tällöin liittyvään sauvaan liitoksen viereen.

Seuraavat Eurocoden osassa EN 1993-1-8 esitetyt ruuvi- tai hitsausliitosten kiertymis-kykyä koskevat ohjeet soveltuvat ainoastaan teräslajien S235-S355 liitoksille

(muista te-räslajeista tehtyjen liitosten kiertymiskyky voidaan määrittää kokeellisesti tai sopivilla laskenta-malleilla edellyttäen, että ne perustuvat Eurocoden osassa EN 1990 esitettyihin kokeellista mi-toitusta koskevien ohjeisiin):

Ruuviliitoksena toteutetulla palkki-pilari liitoksella, jossa pilarin uuman leikkauskestävyyden mi-toitusarvo määrää liitoksen taivutuskestävyyden

M

j.Rd

mitoitusarvon, voidaan olettaa olevanriittävä kiertymiskyky plastisuusteorian mukaista kokonaistarkastelua käytettäessa edellyttäen,että pilarin uuman hoikkuus on enintään

b

wc

/

t

wc

≤

69

ε

, missä

b

wc

on pilarin kaulahitsien vä-liin jäävä uuman korkeus (ks. kuva taulukossa 2.9) ja

t

wc

on pilarin uuman paksuus [8,9,10].

Palkki-pilariliitoksella, jossa käytetään ruuveilla kiinnitettyä päätylevyä (päätylevy kiinnitetäänpalkkiin hitsaamalla) tai ruuveilla kiinnitettyä laipan kulmateräskiinnitystä, voidaan olettaa ole-van riittävä kiertymiskyky plastisuusteorian mukaista kokonaistarkastelua käytettäessä edellyt-täen, että molemmat seuraavista ehdoista ovat voimassa [8,9,10]:

• liitoksen taivutuskestävyyden mitoitusarvon

M

j.Rd

määrää joko pilarin laipan taivutus tai palkin päätylevyn tai vedetyn laipan kulmateräksen taivutus

• joko pilarin laipan tai palkin päätylevyn tai laipan vedetyn kulmateräksen paksuus

t

(ei välttämättä sama kuin edellisessä kohdassa) on enintään

t

≤

0,36

d

, missä

d

on ruuvin varren halkaisija,

f

ub

on ruuvin murtolujuus ja

f

y

on kyseeseen tulevan peruskomponentin nimellinen myötölujuus

fub fy⁄


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

307

Ruuviliitoksella, jossa liitoksen ruuvien leikkaus määrää liitoksen taivutuskestävyyden mitoitus-arvon

M

j.Rd

, ei oleteta olevan riittävää kiertymiskykyä plastisuusteorian mukaista kokonaistar-kastelua käytettäessä [8,9,10].

Hitsatun palkki-pilariliitoksen kiertymiskyvyn

φ

Cd

voidaan olettaa olevan vähintään

φ

Cd

=0,025

h

c

/

h

b

(missä

h

b

on palkin korkeus ja

h

c

on pilarin poikkileikkauksen korkeus uumansuunnassa) edellyttäen, että molemmat seuraavat ehdot täyttyvät [8,9,10]:

• pilarin uuma on jäykistetty poikittaisen puristusvoiman suhteen, mutta jäykistämätön poikittaisen vedon suhteen

• pilarin uuman leikkauskestävyyden mitoitusarvo ei ole määräävä liitoksen taivutus- kestävyyden mitoitusarvoa laskettaessa

Jäykistämättömän hitsatun palkki-pilariliitoksen kiertymiskyvyn

φ

Cd

voidaan olettaa olevanvähintään

φ

Cd

= 0,015 radiaania, kun liitos on suunniteltu Eurocoden osan EN 1993-1-8 mu-kaisesti [8,9,10].

Tässä käsikirjassa ei käsitellä tarkemmin liitosten kiertymiskykyä eikä osittain jäykkien liitostenkiertymisjäykkyyttä. Kyseisiä aiheita käsitellään lisää Eurocoden osassa EN 1993-1-8 [8,9,10].

3.5 Kiinnitykset

3.5.1 Ruuvikiinnitykset

Rakenneosien väliset asennusliitokset (palkkien ja pilarien jatkokset sekä palkki-pilariliitokset)suunnitellaan hitsatuilla profiileilla pääsääntöisesti ruuvikiinnityksinä. Hitsauskiinnityksiä käyte-tään vain poikkeustapauksissa. Liitosten suunnittelussa on otettava huomioon koneellisen ki-ristyksen vaatimukset (ks. taulukko 3.10).

3.5.1.1 Aineet ja tarvikkeet

Käytettävien ruuvien, muttereiden ja aluslaattojen tulee olla Eurocoden osassa EN 1993-1-8esitettyjen viitestandardien mukaisia. Tavallisimmat niistä on esitetty seuraavissa taulukoissa.Osan EN 1993-1-8 viitestandardeissa mainitaan lisäksi eräitä muita ruuveja ja muttereita, joitaei ole tässä mainittu [8,9,10].

Eurocoden osan EN 1993-1-1 mukaisesti kansallisessa liitteessä voidaan esittää myös muitakäytettäviä materiaaleja. Kohdassa 1.3.2.1 esitettyä käytettäviä materiaaleja koskevaa Suo-men kansallisen liitteen yleisperiaatetta noudattaen voidaan Suomessa täten myös kiinnikkei-den osalta käyttää tuotteita, joille on voimassa oleva soveltuva tuotehyväksyntä.

Vaatimukset rakenteelliseen käyttöön tarkoitetuille ruuvikokoonpanoille on esitetty standardeis-sa EN 15048 (esijännittämättömät ruuvikokoonpanot) ja EN 14399 (esijännitetyt ruuvikokoon-panot). Ruuvikokoonpano tarkoittaa ruuvia ja mutteria, sekä tarvittaessa aluslaattaa taialuslaattoja (kuva 3.6). Standardin EN 14399 mukaisia ruuvikokoonpanoja voidaan käyttäämyös esijännittämättömiin sovellutuksiin [21]. Molemmat em. standardit ovat harmonisoitujatuotestandardeja, eli niissä esitetään myös ohjeet ruuvikokoonpanojen CE-merkinnälle (CE-merkintään liittyviä yleisiä asioita on käsitelty tämän käsikirjan luvussa 1).



308

Esijännittämättömiä ruuvikokoonpanoja koskeva standardi EN 15048 on tarkoitettu käytettä-väksi siten, että ruuvikokoonpanoon soveltuvat ruuvit, mutterit ja aluslaatat sekä niiden ominai-suudet (lujuusluokat, tarkkuusluokat jne.) valitaan käyttäen niiden eurooppalaisia tai kansain-välisiä tuotestandardeja (ks. esim. taulukossa 3.2 esitetyt kiinnikkeiden tuotestandardit), ottaensamalla huomioon standardissa EN 15048 kokoonpanolle ja siinä käytettävien osien yhteenso-pivuudelle esitetyt vaatimukset (taulukko 3.3).

Kuva 3.6 Ruuvikokoonpano ja puristeväli

Taulukko 3.2 Eurocoden osassa EN 1993-1-8 esitettyjen tavallisimpien ruuvien, muttereiden ja aluslaattojen viitestandardit [22...31]

Ruuvit

EN ISO 4014

Osakierteiset kuusioruuvit. Tarkkuusluokat A ja B

- koko ≤ M24 ja pituus ≤ 10d tai 150 mm: tarkkuusluokka A (= hieno) - koko > M24 tai pituus > 10d tai 150 mm: tarkkuusluokka B (= keski) - varren maksimipituus: min. [10d ; 500 mm] - kierteellisen osan pituus noin b = 2,5d a) - kannan korkeus noin k = 0,63d a) - lujuusluokat 5.6, 8.8, (9.8), 10.9

EN ISO 4016

Osakierteiset kuusioruuvit. Tarkkuusluokka C

- kaikki pituudet: tarkkuusluokka C (= karkea) - varren maksimipituus: min. [10d ; 500 mm] - kierteellisen osan pituus noin b = 2,5d a) - kannan korkeus noin k = 0,63d a) - lujuusluokat (3.6), 4.6, 4.8

EN ISO 4017

Täyskierteiset kuusioruuvit. Tarkkuusluokat A ja B

- koko ≤ M24 ja pituus ≤ 10d tai 150 mm: tarkkuusluokka A (= hieno) - koko > M24 tai pituus > 10d tai 150 mm: tarkkuusluokka B (= keski) - varren maksimipituus: 200 mm - kannan korkeus noin k = 0,63d a) - lujuusluokat 5.6, 8.8, (9.8), 10.9

EN ISO 4018

Täyskierteiset kuusioruuvit. Tarkkuusluokka C

- kaikki koot: tarkkuusluokka C (= karkea) - varren maksimipituus: min. [10d ; 500 mm] - kannan korkeus noin k = 0,63d a) - lujuusluokat (3.6), 4.6, 4.8

Σt = puristeväli

(jatkuu)



309

Esijännitettyjä ruuvikokoonpanoja koskeva standardi EN 14399 sisältää osat 1-10, jotka on esi-tetty taulukossa 3.4. Standardin EN 14399 osat sisältävät (toisin kuin standardi EN 15048)myös käytettävien ruuvien, muttereiden ja aluslaattojen mitat. Ruuvit eroavat ‘tavallisista’ ruu-veista mm. siten, että mutteri ja ruuvin kanta ovat avainväliltään normaalia suurempia. Hauras-murtuman välttämiseksi esijännitettävien ruuvien varren ja kannan välinen pyöristys on lisäksikaksi kertaa suurempi kuin taulukon 3.2 ruuveissa. Se vaatii käyttämään ruuvin kannan alla si-säkehältään viistettyä aluslaattaa. Esijännitetyissä ruuvikokoonpanoissa käytettävät aluslaatatovat hieman paksumpia kuin tavalliset aluslaatat.

Standardissa EN 14399 esitettyjen HV-järjestelmän ja HR-järjestelmän välinen olennaisin eroon, että HV-järjestelmässä ruuvien kierreosan pituus on lyhyempi ja mutterin korkeus matalam-pi kuin HR-järjestelmässä. Lisäksi HV-järjestelmässä on vain yksi lujuusluokka (10.9 / 10).

Standardi EN 1090-2 sallii esijännitettyjen liitosten kosketuspintojen maalaamisen ennen asen-tamista, kun liitokselta ei vaadita liukumisenkestoa (pelkän vedon kuormittamat liitokset). Kui-vakalvonpaksuuden tulee olla 75-100 μm [21].

Standardi EN 1090-2 ei esitä ohjeita esijännitettyjen liitosten kosketuspintojen maalaamisestatapauksissa, joissa liitokselta vaaditaan liukumisenkestoa. Lähteen [20] mukaan tavallisten

Mutterit

EN ISO 4032

Normaalikorkuiset kuusiomutterit. Tarkkuusluokat A ja B

- koot ≤ M16: tarkkuusluokka A (= hieno) - koot > M16: tarkkuusluokka B (= keski) - korkeus noin m = 0,87d a) - lujuusluokat 6, 8, 10

EN ISO 4033

Korkeat kuusiomutterit. Tarkkuusluokat A ja B

- koot ≤ M16: tarkkuusluokka A (= hieno) - koot > M16: tarkkuusluokka B (= keski) - korkeus noin m = 0,97d a) - lujuusluokat 9, 12

EN ISO 4034

Normaalikorkuiset kuusiomutterit. Tarkkuusluokka C

- kaikki koot: tarkkuusluokka C (= karkea) - korkeus noin m = 0,87d a) - koot ≤ M16: lujuusluokka 5 - koot > M16: lujuusluokat 4, 5

Aluslaatat

EN ISO 7089

Pyöreät aluslaatat. Normaalikokoiset. Tarkkuusluokka A

- kovuus 200 HV: lujuusluokille max. 8.8 ja 8 - kovuus 300 HV (karkaistu): lujuusluokille max. 10.9 ja 10 - korkeus noin h = 0,15d a) - ulkohalkaisija noin d2 = 1,85d a)

EN ISO 7090

Pyöreät viistetyt aluslaatat. Normaalikokoiset. Tarkkuusluokka A

- kovuus 200 HV: lujuusluokille max. 8.8 ja 8 - kovuus 300 HV (karkaistu): lujuusluokille max. 10.9 ja 10 - korkeus noin h = 0,15d a) - ulkohalkaisija noin d2 = 1,85d a)

EN ISO 7091

Pyöreät aluslaatat. Normaalikokoiset. Tarkkuusluokka C

- kovuus 100 HV: lujuusluokille max. 6.8 ja 6 - korkeus noin h = 0,15d a) - ulkohalkaisija noin d2 = 1,85d a)

a) Tässä ilmoitettu mitta on vain suuntaa antava likiarvo (tuotestandardi ei määritä ko. mittaa ruuvin nimelliskokoon suhteutettuna).

Sulkuihin merkityt lujuusluokat sisältyvät tuotestandardiin, mutta niiden käyttö ei ole sallittu

Eurocoden osan EN 1993-1-8 mukaisessa mitoituksessa [8,9,10]

Taulukko 3.2 Eurocoden osassa EN 1993-1-8 esitettyjen tavallisimpien ruuvien,(jatkuu) muttereiden ja aluslaattojen viitestandardit [22...31]



310

maalausjärjestelmien käyttäminen pienentää liitettävien osien välistä kitkaa. Lisäksi tutkimuk-sissa on havaittu, että tällöin esijännitys saattaa 2-3 kuukauden aikavälillä laueta 25-45 % [20].

Taulukko 3.3 Standardin EN 15048-1 mukaiset esijännittämättömät ruuvikokoonpanot rakenteelliseen käyttöön [32]

Kiinnikkeiden pintakäsittelynä voi olla esimerkiksi sähkösinkitys (ISO 4042) tai kuumasinkitys(EN ISO 10684), jotka soveltuvat pintakäsittelyksi myös EN 14399 mukaisissa esijännitetyissäliitoksissa.

Ruuveja valmistetaan myös ruostumattomista teräksistä ja ns. säänkestävistä teräksistä (esim.ASTM standardin A325 tyypin 3 lajin A kiinnittimet). Säänkestävät ruuvikokoonpanot tulee val-mistaa ilmastokorroosiota kestävästä materiaalista, jonka koostumus pitää esittää. Niiden me-kaanisten ominaisuuksien, toimivuuden ja toimitustilan tulee täyttää standardin EN 15048-1 tai

Lujuusluokat Iskusitkeysvaatimus

Ruuvit 4.6, 5.6, 8.8, 10.9 27 J / -20 ºC

4.8, 5.8, 6.8 27 J /+20 ºC

Mutterit 4, 5, 6, 8, 10, 12 -

Eri tarkkuusluokkien yhteensopivuudet

Ruuvi Mutteri Aluslaatta

Tarkkuusluokka A tai B Tarkkuusluokka A, B tai C Tarkkuusluokka A tai C

Tarkkuusluokka C Tarkkuusluokka A, B tai C Tarkkuusluokka C

Eri lujuusluokkien yhteensopivuudet

Ruuvi Mutteri Aluslaatta

4.6 4, 5, 6 tai 8

min. 100 HV

4.8

5.6 5, 6 tai 8

5.8

6.8 6 tai 8

8.8 8 tai 10 min. 100 HV tai min. 300 HV a) 10.9 10 tai 12

a) Eurocoden osan EN 1993-1-8 mukaan kovuus 300 HV (= karkaistu) vaaditaan lujuusluokan 8.8 ja 10.9 ruuvien yhteydessä yksileikkeisissä päällekkäisliitoksissa, kun käytetään vain yhtä ruuvia tai ruuviriviä (EN 1993-1-8: 3.6.1)

- Standardi EN 15048-1 on tarkoitettu käytettäväksi siten, että ruuvikokoonpanoon soveltuvat ruuvit, mutterit ja aluslaatat sekä niiden ominaisuudet (lujuusluokat, tar kkuusluokat jne.) valitaan käyttäen niiden eurooppalaisia tai kansainvälisiä tuotestandardeja (ks. esim. taulukossa 3.2 esitetyt kiinnikkeiden tuotestandardit), ja ottaen samalla huomioon standardissa EN 15048-1 kokoonpanolle ja siinä käytettävien osien yhteensopivuudelle esitetyt vaatimukset. - Standardi on tarkoitettu sovellettavaksi ruuveille M12 - M36. - Standardi ei esitä ohjeita aluslaatan käytölle. - Ruuvit ja mutterit varustetaan valmistajan ja lujuusluokan osoittavalla merkinnällä, sekä yleismerkinnällä SB (= Structural Bolting). Aluslaattojen merkinnälle ei ole esitetty vaatimuksia. - Standardissa EN 15048 on esitetty ohjeet myös ruostumattomasta teräksestä valmistetuille ruuvikokoonpanoille.



311

standardin EN 14399-1 vaatimukset. Ruostumattomasta teräksestä valmistettuja ruuveja eiyleensä saa käyttää esijännitettäviin sovellutuksiin [21].

Ruuveja ja muttereita ei saa hitsata, ellei erikseen toisin ole ilmoitettu [21]. Hitsattavia mutterei-ta ovat kuitenkin esimerkiksi standardin EN ISO 21670 mukaiset erityiset mutterit.

Perustusruuveissa voidaan käyttää edellä esitettyjen materiaalien lisäksi standardien EN10025 ja EN 10080 mukaisia materiaaleja edellyttäen, että nimellinen myötölujuus on enintään640 N/mm2 kun perustusruuveja kuormittaa leikkaus, ja enintään 900 N/mm2 muissa tapauk-sissa [8,9,10].

Taulukko 3.4 Standardin EN 14399 mukaiset esijännitetyt ruuvikokoonpanot rakenteelliseen käyttöön [33...42]

Esijännitetyt ruuvikokoonpanot

EN 14399-1 Yleiset vaatimukset - soveltuvat esijännitykselle 0,7 × fub × As - lujuusluokan 10.9 ruuvien kierre on valmistettu muovaamalla (ei leikkaamalla) - voidaan käyttää kuumasinkittyjä tuotteita (EN ISO 10684)

EN 14399-2 Testaus - soveltuvuus esijännitykselle 0,7 × fub × As

EN 14399-3 HR-järjestelmä:

- koot M12 - M36 - lujuusluokat 8.8 / 8 ja 10.9 / 10

- ruuvit: - osakierteiset - tarkkuusluokka C - iskusitkeys 27 J / -20 ºC - maksimipituus koosta riippuen 100 - 200 mm - kierteellisen osan pituus noin b = 2,5d a) - kannan korkeus noin k = 0,63d a) - mutterit: - EN ISO 4032 - tarkkuusluokka B - aluslaatat: - EN 14399-5 mutterin alla - EN 14399-6 ruuvin kannan tai mutterin alla

EN 14399-4 HV-järjestelmä:

- koot M12 - M36 - lujuusluokka 10.9 / 10 - lyhyt kierre, matala mutteri

- ruuvit: - osakierteiset - tarkkuusluokka C - iskusitkeys 27 J / -20 ºC - maksimipituus koosta riippuen 95 - 200 mm - kierteellisen osan pituus noin b = 1,6d a) - kannan korkeus noin k = 0,63d a) - mutterit: - tarkkuusluokka B - korkeus noin m = 0,8d - aluslaatat: - EN 14399-5 mutterin alla - EN 14399-6 ruuvin kannan tai mutterin alla

EN 14399-5 Pyöreät aluslaatat - vain mutterin alla - kovuus 300 HV (karkaistu) - tarkkuusluokka A - korkeus noin h = 0,2d a) - ulkohalkaisija noin d2 = 1,85d a)

(jatkuu)



312

Esijännitetyt ruuvikokoonpanot

EN 14399-6 Pyöreät viistetyt aluslaatat - sama kuin aluslaatta EN 14399-5, mutta: - sisäkehän toinen nurkka viistetty - ruuvin kannan (viiste tulee ruuvin puolelle) tai mutterin alla

EN 14399-7 HR-järjestelmä uppokantaruuveille:

- koot M12 - M36 - lujuusluokat 8.8 / 8 ja 8.8 / 10 ja 10.9 / 10

- ruuvit: - sama kuin EN 14399-3, mutta: - uppokanta, korkeus sama kuin EN 14399-3 - kannan viistous 45 º - kannan halkaisija dk = 2d - mutterit: - sama kuin EN 14399-3 - aluslaatat: - EN 14399-5 tai EN 14399-6 - vain mutterin alla

EN 14399-8 HV-järjestelmä soviteruuveille:

- koot M12 - M36 - lujuusluokka 10.9 / 10 - lyhyt kierre, matala mutteri

- ruuvit: - sama kuin EN 14399-4, mutta: - varren halkaisija miinustoleroitu - mutterit: - sama kuin EN 14399-4 - aluslaatat: - EN 14399-5 mutterin alla - EN 14399-6 ruuvin kannan tai mutterin alla

EN 14399-9 Esijännitystä ilmaisevat aluslaatat HR- ja HV-järjestelmille:

- lujuusluokat H8 ja H10 (käytettävän ruuvin lujuusluokan mukaisesti)

- lisäkomponenttina HR- tai HV-järjestelmän mukaisessa ruuvi-mutteri-aluslaatta kokoonpanossa - voidaan käyttää: - joko ruuvin kannan tai mutterin alla - joko kierrettävän osan tai ei-kierrettävän osan alla - aluslaatassa olevat ulkonemat puristuvat kasaan kun ruuvia kiristetään - esijännityksen saavuttaminen todennetaan rakotulkilla (tulkki ei saa mahtua rakoon) - ei käytetä säänkestävien tai ruostumattomien terästen liitoksissa [21]

EN 14399-10 HRC-järjestelmä, jossa kalibroitu esijännitys:

- koot M12 - M30 (ei M36) - lujuusluokka 10.9 / 10

- ruuvit: - sama kuin EN 14399-3, mutta: - kuusiokannan vaihtoehtona myös pyöreä kanta - ruuvin kierrepäässä on lisäosa, joka katkeaa irti kun ruuvin esijännitys saavutetaan (lisäosan pituus koosta riippuen 16 - 26 mm) - mutterit: - sama kuin EN 14399-3 tai : - korkeus noin m = 1,0d - aluslaatat: - sama kuin EN 14399-3 - mutterin kiristämiseen käytetään erikoisväännintä

a) Tässä ilmoitettu mitta on vain suuntaa antava likiarvo (tuotestandardi ei määritä ko. mittaa ruuvin nimelliskokoon suhteutettuna).

Ks. myös taulukossa 3.8 esitetyt ohjeet.

Taulukko 3.4 Standardin EN 14399 mukaiset esijännitetyt ruuvikokoonpanot(jatkuu) rakenteelliseen käyttöön [33...42]



313

3.5.1.2 Ruuvien lujuusluokat, koot, reikäkoot ja ruuvikiinnitysten yleisohjeet

Eurocoden osassa EN 1993-1-8 esitetyt mitoitusohjeet pätevät taulukossa 3.5 esitetyille ruu-vien lujuusluokille. Kansallisessa liitteessä voidaan jättää jotkut ruuvin lujuusluokat pois.

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-8 [11]: Suositellaan vain ruuvin lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 käyttöä.

Tässä käsikirjassa käsitellään Suomen kansallisen liitteen suosituksen mukaisesti lähinnä vainlujuusluokkien 8.8 ja 10.9 korkealujuuksisia ruuveja. Peruslujuutena voidaan pitää lujuusluokan8.8 ruuveja.

Ruuvin lujuusluokka merkitään muodossa x.y, missä kokonaisosa ilmaisee ruuvin murtolujuu-den jaettuna sadalla. Tunnuksen desimaaliosa ilmaisee myötölujuuden ja murtolujuuden suh-teen kerrottuna kymmenellä. Jos ruuvin lujuusluokka on esimerkiksi 10.9, murtolujuus ja myö-tölujuus saadaan siis seuraavasti:

murtolujuus:

myötölujuus:

Mutterin lujuusluokka merkitään ruuvien tapaan, mutta käyttäen pelkkää tunnuksen kokonais-osaa (4, 5, 6, 8, 10 tai 12), joka ilmaisee mutterin murtolujuuden samalla periaatteella kuin ruu-veillakin. Mutterin lujuusluokan on vastattava vähintään ruuvin lujuusluokkaa, mutta mutteri voiolla myös korkeampaa lujuutta (ks. taulukot 3.3 - 3.4).

Standardissa EN 1090-2 esitetyt teräsrakenteissa käytettävät ruuvikoot M12 - M36 on lueteltutaulukossa 3.6 [21]. Taulukosta on jätetty pois tietyt standardeissa EN 15048 ja EN 14399 esiin-tyvät välikoot, joiden saatavuus on kyseenalaista (M14, M18, M33).

Ruuveilla käytettävien reikien nimellisvälykset on esitetty taulukossa 3.7. Eurocoden osassaEN 1993-1-8 ja standardissa EN 1090-2 reijät luokitellaan niiden muodon ja nimellisvälyksenperusteella seuraavasti [8,9,10,21] :

• normaalikokoiset pyöreät reijät • ylisuuret pyöreät reijät • lyhyet pidennetyt reijät • pitkät pidennetyt reijät

Taulukkoon 3.8 on koottu ruuvien, muttereiden ja aluslaattojen käyttöön liittyviä ruuvikokoonpa-noja koskevia yleisiä ohjeita ja suosituksia.

Taulukko 3.5 Ruuvien myötölujuuden fyb ja murtolujuuden fub nimellisarvot [8,9,10]

Ruuvin lujuusluokka 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

fyb (N/mm2) 240 320 300 400 480 640 900

fub (N/mm2) 400 400 500 500 600 800 1000

fub x 100⋅ 10 100⋅ 1000 N/mm2= = =

fyb fub y 10⁄( )⋅ 1000 9 10⁄( )⋅ 900 N/mm2= = =



314

Taulukko 3.6 Teräsrakenteissa käytettävien ruuvien koot ja poikkipinta-alat

Taulukko 3.7 Nimellisvälykset taulukon 3.6 ruuvien reijille (mm) [8,9,10,21]

Taulukko 3.8 Ruuvikokoonpanoihin liittyviä yleisiä ohjeita ja suosituksia

Ruuvi a) M12 M16 M20 (M22) M24 (M27) M30 M36

Varren bruttopinta-ala A (mm2) 113 201 314 380 452 573 707 1018

Jännityspinta-ala As (mm2) b) 84,3 157 245 303 353 459 561 817

a) Sulkuihin merkittyjen kokojen saatavuus on syytä varmistaa. b) Ruuvin poikkipinta-ala varren kierteellisellä alueella. Voimassa taulukoissa 3.2 - 3.4 esitetyillä ruuveilla.

Ruuvin koko M12 M16 M20 M22 M24 M27 ja suuremmat

Normaalit pyöreät reijät a) 1 b) c) 2 3

Ylisuuret pyöreät reijät 3 4 6 8

Lyhyet pidennetyt reijät (pituudelle) d) 4 6 8 10

Pitkät pidennetyt reijät (pituudelle) d) 1,5d

a) Soviteruuvin vapaareijän halkaisijaksi valitaan ruuvin varren nimellishalkaisija (EN 14399-8 soviteruuveilla varren halkaisija on 1 mm suurempi kuin kier teellisen osan).

b) Pinnoitetuille kiinnittimille 1 mm:n nimellisvälystä voidaan suurentaa kiinnittimen pinnoitteen paksuuden verran

c) Ruuveilla M12 - M14 ja uppokantaruuveilla voidaan käyttää myös 2 mm nimellisvälystä edellyttäen, että reunapuristuskestävyyteen perustuva ruuvin tai ruuviryhmän kestävyys on pienempi tai yhtäsuuri kuin ruuvien leikkauskestävyyteen perustuva ruuvin tai ruuviryhmän kestävyys. Lisäksi lujuusluokkien 4.8, 5.8, 6.8, 8.8 ja 10.9 leikkauskestävyyden mitoitusarvoa Fv.Rd pienennetään kohdassa 3.5.1.7.1 esitetyn mukaisesti.

d) Pidennetyissä reijissä ruuvien nimellisvälyksen tulee leveyssuunnassa olla sama kuin normaaleilla pyöreil- lä reijillä.

Taulukon alaviite c) on korjattu lähteen [10] mukaisesti.

Liitettävät levyosat

ja täytelevyt

Liitoksen muodostavien viereisten levyosien välinen paksuusero D (ks. kuva 3.7) saa olla enintään 2 mm ja esijännitettäviä ruuveja käytettäessä enintään 1 mm. Jos käytetään täytelevyjä varmistamaan, että ero ei ylitä edellä esitettyä rajaa, täytelevyjen paksuuden tulee olla vähintään 2 mm [21].

Täytelevyjen (ns. shimmilevyt) paksuus tulee valita siten, että niiden lukumäärä rajoittuu korkeintaan kolmeen [21].

Uppokantaruuveilla upotuksen nimellismittojen ja niiden toleranssien tulee olla sellaiset, että asennuksen jälkeen ruuvi on samalla tasolla kuin uloimman levyn uloin pinta. Jos upotus tehdään useamman levyn läpi, levyt tulee pitää tiiviisti yhdessä upotuksen valmistamisen aikana. Jos uppokantaruuveihin kohdistuu vetorasituksia, tai niitä niitä käytetään esijännitettävissä liitoksissa, upotuksen nimellissyvyyden tulee olla vähintään 2 mm pienempi kuin uloimman levyn nimellispaksuus [21].

(jatkuu)



315

Ruuvit

Eurocoden osa EN 1993-1-8 ei esitä ohjeita ruuvin taivutuskestävyydelle eikä leikkauksen ja taivutuksen yhteisvaikutukselle. Lähteissä [43,44] suositellaan, että ruuvin varren läpimitaksi valitaan vähintään 1/5 ruuvin puristevälistä (kuva 3.6), jolloin ruuviin syntyvät taivutusjännitykset voidaan jättää huomioon ottamatta.

Ruuvin pituus valitaan siten, että ruuvin varsi ulottuu mutterin ulkopuolelle vähintään yhden täyden kierteen pituuden verran mitattuna ruuvin päästä mutterin ulkopintaan [21].

Esijännittämättömillä ruuveilla mutterin kantopinnan ja varren kierteettömän osan väliin tulee jäädä vähintään yksi täysi kierre (kierteen päätteen lisäksi) [21].

Standardien EN 14399-3 ja EN 14399-7 mukaisilla esijännitettävillä ruuveilla mutterin kantopinnan ja varren kierteettömän osan väliin tulee jäädä vähintään neljä täyttä kierrettä (kierteen päätteen lisäksi) [21].

Standardien EN 14399-4 ja EN 14399-8 mukaisilla esijännitettävillä ruuveilla ruuvin puristevälin (ks. kuva 3.6) tulee ola standardin EN 14399-4 taulukon A.1 mukainen [21].

Soviteruuveja voidaan käyttää sekä esijännitetyissä että esijännittämättömissä liitoksissa. Soviteruuvin kierteet eivät saa olla leikkaustasossa. Soviteruuvin varren kierteellisen osan pituus reunapuristuksen alaisessa reijän pinnassa saa olla enintään 1/3 kyseisen levyn paksuudesta, ks. kuva 3.8 [8,9,10,21].

Mutterit

Mutterin lujuusluokan tulee olla sama tai korkeampi kuin ruuvin lujuusluokan [32].

Erikseen tulee esittää onko muttereiden varmistamiseksi käytettävä kiristämisen lisäksi muita toimenpiteitä tai välineitä. Merkittäville värähtelyille alttiissa ohutlevykokoonpanojen pienen puristevälin liitoksissa, kuten esim. varastohyllyissä tulee käyttää erityistä lukitusmenetelmää. Esijännitettävissä ruuvikokoonpanoissa ei tarvita lisätoimenpiteitä muttereiden varmistamiseksi [21].

Ruuveja ja muttereita ei saa hitsata, ellei toisin esitetä. Tämä ei koske standardin EN ISO 21670 mukaisia hitsattavia erityismuttereita tai vaarnatappeja [21].

Aluslaatat

Aluslaattoja ei yleensä tarvitse käyttää esijännittämättömien ruuvien kanssa, kun ruuvit asennetaan tavallisiin pyöreisiin reikiin. Jos niitä kuitenkin käytetään, tulee esittää myös laitetaanko aluslaatta vain kierrettävän osan (mutteri tai ruuvin kanta) vai molempien alle. Aluslaatan käyttäminen kierrettävän osan alla mm. pienentää rakenneosan pintakäsittelyn vaurioitumisen riskiä [21].

Yksileikkeisissä päällekkäisliitoksissa, joissa on vain yksi ruuvirivi, asetetaan aluslaatta sekä mutterin että ruuvin kannan alle [8,9,10].

Lujuusluokan 8.8 ja 10.9 ruuvien yhteydessä käytetään karkaistuja (= kovuus 300 HV) aluslaattoja yksileikkeisissä päällekkäisliitoksissa, joissa käytetään vain yhtä ruuvia tai ruuviriviä [8,9,10].

Esijännitetyt ruuvikiinnitykset: Pyöreitä aluslaattoja, tai tarvittaessa kovuudeltaan vastaavia 300 HV karkaistuja vinoaluslaattoja, tulee käyttää lujuusluokan 8.8 ruuvien kanssa kierrettävän osan (mutteri tai ruuvin kanta) alla. Lujuusluokan 10.9 ruuvien kanssa aluslaattoja tulee käyttää sekä mutterin että ruuvin kannan alla [21].

Liitoksissa, joissa on pidennettyjä tai ylisuur ia reikiä, tulee käyttää levymäisiä aluslaattoja. Ruuvikoonpanon puristevälin pituuden säätämiseen voidaan käyttää yhtä ylimääräistä levyaluslaattaa tai enintään kolmea aluslaattaa, joiden yhteenlaskettu paksuus on enintään 12 mm. Ne tulee sijoittaa sen osan alle, jota ei kierretä [21].

Levymäisten aluslaattojen mitat ja teräslaji tulee esittää. Ne eivät saa olla 4 mm ohuempia [21].

Vinoaluslaattoja tulee käyttää, jos kiinnitettävän tuotteen pinnan ja ruuvin akselin normaalitason välinen kaltevuuskulma on suurempi kuin [21]: a) 3 º, ruuveille, joiden d ≤ 20 mm b) 2 º, ruuveille, joiden d > 20 mm Vinoaluslaattojen mitat ja teräslaji tulee esittää.

Taulukko 3.8 Ruuvikokoonpanoihin liittyviä yleisiä ohjeita ja suosituksia(jatkuu)



316

Kuva 3.7 Ruuviliitoksen viereisten osien välille muodostuva paksuusero D [21]

Kuva 3.8 Soviteruuvi, jonka kierteet sijaitsevat reunapuristuspinnalla [8,9,10]

3.5.1.3 Ruuvien sijoittelu

Ruuvien pienimmät ja suurimmat keskiövälit, sekä reuna- ja päätyetäisyydet on esitetty taulu-kossa 3.9. Taulukko sisältää ohjeet myös pidennettyjen reikien sijoittelulle. Pidennettyjen rei-kien koon tulee olla taulukossa 3.7 esitettyjen arvojen mukaiset [21].

Väsytyskuormitetuille rakenteille reikien pienimmät keskiövälit sekä reuna- ja päätyetäisyydeton esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-9 [12,13,14].

Kuvassa 3.9 on esitetty reikien etäisyyksille käytetyt merkinnät [8,9,10].

Taulukossa 3.10 on esitetty taulukon 3.9 sääntöjen mukaisesti ruuvien M12 - M36 sijoittelun mi-nimimitat sekä lähteessä [45] esitetyt suositusmitat. Ruuvit voidaan kiristää koneellisesti, kunruuvien keskinäinen etäisyys on taulukon suositusmittojen mukainen.

D

t

≤ t / 3



317

Kuva 3.9 Kiinnittimien välisten etäisyyksien merkinnät [8,9,10]

a) Kiinnittimien etäisyyksien merkinnät b) Limitettyjen kiinnittimien reikien merkinnät

c) Limitetyt keskiövälit - puristetut rakenneosat d) Limitetyt keskiövälit - vedetyt rakenneosat

F F

F

F

p1 p1 e1 L

L ≥ 2,4 d0

p2 ≥ 1,2 d0

e2

p2p2

p2

p1 p1.0 (uloin rivi)

p2

p1.i (sisempi rivi)

p1 ≤ 14 t ja ≤ 200 mm p2 ≤ 14 t ja ≤ 200 mm

p1.0 ≤ 14 t ja ≤ 200 mm p1.i ≤ 28 t ja ≤ 400 mm

F

e) Pidennettyjen reikien pääty- ja reunaetäisyydet

e4 0,5d0

d0e3



318

Taulukko 3.9 Ruuvien pienin ja suurin keskiöväli, pääty- ja reunaetäisyydet staattisesti kuormitetuille rakenteille [8,9,10]

Pääty- ja reunaetäisyydet sekä keskiöväli, (ks. kuva 3.9)

Minimiarvo Maksimiarvo a) b) c)

EN 10025 mukaisista teräksistä tehdyt rakenteet (paitsi EN 10025-5 mukaiset säänkestävät teräkset)

EN 10025-5 mukaisista säänkestävistä teräksistä tehdyt rakenteet

Säälle tai muille korroosiorasituksille altis rakenne

Rakenne, joka ei ole altis säälle tai muille korroosiorasituksille

Suojaamaton rakenne

Päätyetäisyys e1 1,2d0 4 t + 40 mm max[8 t ; 125 mm]

Reunaetäisyys e2 1,2d0 4 t + 40 mm max[8 t ; 125 mm]

Etäisyys e3 pidennetyissä reijissä

1,5d0 d)

Etäisyys e4 pidennetyissä reijissä

1,5d0 d)

Keskiöväli p1 2,2d0 min[14 t ; 200 mm] min[14 t ; 200 mm] min[14 tmin ; 175 mm]

Keskiöväli p1.0 min[14 t ; 200 mm]

Keskiöväli p1.1 min[28 t ; 400 mm]

Keskiöväli p2 e) 2,4d0 min[14 t ; 200 mm] min[14 t ; 200 mm] min[14 tmin ; 175 mm]

a) Keskiöväleillä sekä pääty- ja reunaetäisyyksillä ei ole ylärajaa paitsi seuraavissa tapauksissa: - puristetuissa rakenneosissa paikallisen lommahduksen ja korroosion välttämiseksi - korroosiorasituksille alttiit vedetyt rakenneosat korroosion välttämiseksi Molemmissa edellä mainituissa tapauksissa noudatetaan taulukossa esitettyjä maksimiarvoja.

b) Kiinnittimien välisen puristetun levyn paikallinen lommahdus lasketaan kohdan 2.6.3 mukaisesti olettamallalevy pilariksi ja käyttämällä nurjahduspituutena arvoa 0,6p1. Kiinnittimien välisen puristetun levyn paikallis-ta lommahdusta ei tarvitse tarkastaa, jos p1 /t on pienempi kuin 9ε. Reunaetäisyys e2 /t tai e4 /t saa ollaenintään ulokkeelliselle puristetulle taso-osalle paikallisen lommahduksen estämiseksi esitetyn r aja-arvonsuuruinen, ks. taulukko 2.8. Varmalla puolella olevana yksinkertaistuksena voidaan käyttää arvoa 9ε. Nämä vaatimukset eivät koske päätyetäisyyttä.

c) t on uloimman liitettävän osan pienempi paksuus.

d) Pidennettyjen reikien raja-arvot on esitetty taulukossa 3.7

e) Limitetyille kiinnitinriveille voidaan käyttää minimiarvoa p2 = 1,2d0 , jos kahden limityksessä olevan kiinnittimen välinen minimietäisyys L ≥ 2,4d0 , ks. kuva 3.9b.

Väsytyskuormitetuille rakenteille reikien pienimmät keskiövälit sekä reuna- ja päätyetäisyydet on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-9.



319

Taulukko 3.10 Ruuvien sijoittelun minimietäisyydet ja suositeltavat etäisyydet [8,9,10,45]

3.5.1.4 Ruuvikiinnitysten luokitus

Ruuvikiinnitykset jaetaan kahteen pääryhmään sen mukaan, kohdistuuko ruuveihin leikkaustavai vetoa. Näiden pääryhmien sisällä ruuvikiinnitykset jaetaan vielä kiinnitysluokkiin A...E tässäesitetyn mukaisesti [8,9,10].

3.5.1.4.1 Leikkausvoiman kuormittamat kiinnitykset

Leikkausvoiman kuormittamat ruuvikiinnitykset jaetaan kolmeen luokkaan [8,9,10] :

Kiinnitysluokka A: Reunapuristustyyppinen kiinnitys Tässä luokassa käytetään lujuusluokkien 4.6 - 10.9 ruuveja. Ruuveja ei tarvitse esijännittää jaliitettävien osien liitospinnoille ei aseteta erikoisvaatimuksia.

Kiinnitysluokka B: Käyttörajatilassa liukumisen estävä kiinnitys Tässä luokassa käytetään esijännitettäviä lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuveja. Liukumista käyt-törajatilassa ei sallita.

Kiinnitysluokka C: Murtorajatilassa liukumisen estävä kiinnitys Tässä luokassa käytetään esijännitettäviä lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuveja. Liukumista mur-torajatilassa ei sallita. Lisäksi vedetyssä kiinnityksessä on tarkastettava ruuvin reikien kohdallanettopoikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen vetokestävyys Nnet.Rd murtorajatilassa(taulukko 3.11).

Leikkausvoiman kuormittamissa liitoksissa, joihin kohdistuu isku tai merkittävä värähtely ja /taivaihtuvasuuntainen kuormitus, käytetään jotakin seuraavista menetelmistä [8,9,10] :

• hitsaus • lukittuvat ruuvit • esijännitetyt ruuvit • injektioruuvit • muita ruuvityyppejä, jotka tehokkaasti estävät liitettävien osien liikkumisen (esim. soviteruuvit)• niittejä

Ruuvi a) Reikä b) d0 (mm)

e1 (mm) e2 (mm) p1 (mm) p2 (mm)

minimi suositus minimi suositus minimi suositus minimi suositus

M12 13 16 30 16 25 29 40 32 40

M16 18 22 40 22 30 40 55 44 55

M20 22 27 50 27 40 49 70 53 70

(M22) 24 29 55 29 45 53 75 58 75

M24 26 32 60 32 50 58 80 63 80

(M27) 30 36 70 36 55 66 90 72 90

M30 33 40 75 40 60 73 100 80 100

M36 39 47 90 47 70 86 120 94 120

a) Sulkuihin merkittyjen kokojen saatavuus on syytä varmistaa. b) Reikäkoot, ks. myös taulukko 3.7

Taulukossa esitetyt lähteen [45] mukaiset suositusetäisyydet mahdollistavat ruuvien kiristämisen koneellisesti.

Taulukko ei päde standardin EN 14399-8 mukaisille soviteruuveille, koska niiden varren nimellis-

halkaisija sekä käytettävät reikäkoot poikkeavat tavallisista ruuveista.



320

Kun liitoksen liukuminen ei ole hyväksyttävissä (koska leikkausvoiman suunta vaihtuu, tai kunliukuminen ei ole hyväksyttävissä jostakin muusta syystä) käytetään ruuvikiinnitysluokkien B taiC esijännitettyjä kiinnityksiä, tai soviteruuveja, niittejä tai hitsausta [8,9,10].

Tuulikuorman rasittamissa jäykistysjärjestelmissä ja/tai stabiiliuden takaavissa jäykistysjärjes-telmissä voidaan käyttää ruuvikiinnitysluokan A mukaisia kiinnityksiä [8,9,10].


Kun lujuusluokkien S500-S700 teräksillä käytetään leikkausvoiman kuormittamia ruuveja, jotka ovat ylisuurissa tai pidennetyissä reijissä, käytetään vain kiinnitysluokan C kiinnityksiä [16,17].

3.5.1.4.2 Vedon kuormittamat kiinnitykset

Vedettyjen ruuvien kiinnitykset jaetaan kahteen luokkaan seuraavasti [8,9,10]:

Kiinnitysluokka D: Esijännittämättömin ruuvein tehdyt kiinnitykset Tässä luokassa käytetään lujuusluokkien 4.6 - 10.9 ruuveja. Ruuveja ei tarvitse esijännittää. Tä-tä luokkaa ei saa käyttää, jos kiinnitykseen kohdistuu usein vaihteleva veto. Kuitenkin luokkaavoidaan käyttää, jos kiinnityksiin kohdistuu tavallisia tuulikuormia.

Kiinnitysluokka E: Esijännitettävin ruuvein tehdyt kiinnitykset Tässä luokassa käytetään esijännitettäviä lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuveja. Esijännitys paran-taa väsymiskestävyyttä (esijännityksen teho riippuu kuitenkin yksityiskohdista ja toleransseista).

Kuvassa 3.10 on havainnollistettu voimien välittyminen ruuvikiinnityksen sisällä leikkausvoimankuormittamassa tai vedon kuormittamassa kiinnityksessä ruuvikiinnitysluokissa A...E. Taulu-kossa 3.11 on esitetty kyseisiä kuormituksia vastaavat mitoitusehdot.

Kuva 3.10 Voimien välittyminen ruuvikiinnityksen sisällä leikkausvoiman tai vedon kuormittamassa kiinnityksessä [20]

3)2)1)

Bearing

Bearing

BearingShear

Shear

Friction

TensionFriction

Punching Punching

Figure 2.2 Force components in the bearing bolts and pre-loaded bolts,

according to [Trahair et al, 2001]

Internal forces (shear, bearing, and tension) may be transferred by bearing bolts and by friction

between plates clamped together in the case of a preloaded friction grip joint These forces are shown

a) Reunapuristustyyppinen leikkausvoiman kuormittama esijännitttämätön kiinnitys (kiinnitysluokka A)

b) Leikkausvoiman kuormittama esijännitetty kitkaliitos (kiinnitysluokat B ja C)

c) Vedon kuormittama kiinnitys (kiinnitysluokat D ja E)

Reunapuristus

ReunapuristusReunapuristusLeikkaus

Leikkaus Kitka

Kitka

Lävistyminen Lävistyminen

Veto



321

Taulukko 3.11 Ruuvikiinnitysluokat [8,9,10]

Jos esijännitetyissä leikkauksen tai vedon kuormittamissa kiinnityksissä ruuvin esijännitystä eihyödynnetä kiinnityksen kestävyyden laskemisessa, mutta esijännitystä vaaditaan toteuttami-sen tai laadun takia (esim. säilyvyys), voidaan ruuvin esijännityksen taso esittää kansallisessaliitteessä [8,9,10].


Esijännitys tässä tapauksessa on 0,7fub As . Tällöin ruuvikiinnitysten toteutus tarkastetaan EN 1090-2 mukaisesti vähintään kuten esijännittämättömien ruuvikiinnitysten tapauksessa.

Luokka Mitoitusehto Huomautuksia

Leikkausvoiman kuormittamat kiinnitykset

A Reunapuristustyyppinen kiinnitys

Fv.Ed ≤ Fv.Rd Fv.Ed ≤ Fb.Rd

• esijännitystä ei vaadita • kaikki lujuusluokat 4.6 - 10.9

B Käyttörajatilassa liukumisen kestävä kiinnitys

Fv.Ed.ser ≤ Fs.Rd.ser Fv.Ed ≤ Fv.Rd Fv.Ed ≤ Fb.Rd

• esijännitettävät lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuvit • ei liukumista käyttörajatilassa

C Murtorajatilassa liukumisen kestävä kiinnitys

Fv.Ed ≤ Fs.Rd Fv.Ed ≤ Fb.Rd Σ Fv.Ed ≤ Nnet.Rd

• esijännitettävät lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuvit • ei liukumista käyttörajatilassa • nettopoikkileikkauksen plastinen kestävyys Nnet.Rd lasketaan kohdassa 2.6.1 esitetyn mukaisesti

Vedon kuormittamat kiinnitykset

D Esijännittämätön ruuvi

Ft.Ed ≤ Ft.Rd Ft.Ed ≤ Bp.Rd

• esijännitystä ei vaadita • kaikki lujuusluokat 4.6 - 10.9

E Esijännitettävä ruuvi

Ft.Ed ≤ Ft.Rd Ft.Ed ≤ Bp.Rd

• esijännitettävät lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuvit

Fv.Ed.ser on leikkausvoiman mitoitusarvo ruuvia kohti käyttörajatilassa

Fv.Ed on leikkausvoiman mitoitusarvo ruuvia kohti murtorajatilassa

Fv.Rd on leikkauskestävyyden mitoitusarvo ruuvia kohti

Fb.Rd on reunapuristuskestävyyden mitoitusarvo ruuvia kohti

Fs.Rd.ser on liukumiskestävyyden mitoitusarvo ruuvia kohti käyttörajatilassa

Fs.Rd on liukumiskestävyyden mitoitusarvo ruuvia kohti murtorajatilassa

Ft.Ed on vetävän voiman mitoitusarvo ruuvia kohti murtorajatilassa

Ft.Rd on vetokestävyyden mitoitusarvo ruuvia kohti

Bp.Rd on lävistymiskestävyyden mitoitusarvo ruuville ja mutterille

Kestävyydet tarkastetaan kohdan 3.5.1.7 mukaisesti. Vetävän voiman mitoitusarvoon Ft.Ed lasketaan mukaan vipuvaikutus (ks. kohta 3.5.1.6). Ruuvit joihin kohdistuu sekä leikkausvoima että vetävä voima tarkastetaan lisäksi kohdan 3.5.1.7.3 mukaiselle yhteisvaikutukselle.



322

3.5.1.5 Voimien jakautuminen ruuveille

Voimat voidaan jakaa ruuveille kimmoteorian tai plastisuusteorian mukaisesti. Kimmoteorianmukaista lineaarista jakoa voidaan käyttää aina. Siinä voimien jakaantuminen on suoraan ver-rannollinen etäisyyteen kiertokeskiöstä.

Ainoastaan kimmoteorian mukaista sisäisten voimien jakaantumista voi käyttää seuraa-vissa tapauksissa [8,9,10]:

• kun ruuveja käytetään kiinnitysluokassa C liukumisen kestävässä kiinnityksessä • leikkausvoiman kuormittamat kiinnitykset, jos kiinnittimen leikkauskestävyyden mitoitusarvo on pienempi kuin reunapuristuskestävyyden mitoitusarvo (eli Fv.Rd < Fb.Rd) • kun kiinnityksiin kohdistuu isku, värähtely tai kuorman suunnan vaihtuminen (tuulikuormia lukuun ottamatta)

Muulloin voidaan käyttää myös plastisuusteorian mukaista voimien jakaantumista. Jokainen ja-kaantuma joka on realistinen ja tasapainossa liitokseen kohdistuvien voimien kanssa on hyväk-syttävissä (luonnollisesti edellyttäen, että kyseisten komponenttien kestävyys ei ylity).

Kun liitokseen kohdistuu vain keskeinen leikkausvoima, voiman voidaan olettaa jakaantuvan ta-saisesti kiinnittimille edellyttäen, että kiinnittimien koko ja luokka on sama. Poikkeuksena tähänovat peräkkäisten ruuvien muodostamat ns. pitkät liitokset, ks. kohta 3.5.1.7.1.

Käytettäessä leikkausvoiman siirtämiseksi kiinnittimiä, joiden jäykkyys on erilainen,suurimman jäykkyyden omaava kiinnitin mitoitetaan koko suunnittelukuormalle. Poik-keuksena tähän sääntöön on, että ruuvien ja hitsien muodostamissa hybridikiinnityksissä esi-jännitettyjen lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuvikiinnitysten voidaan olettaa ruuvikiinnitysluokassaC jakavan kuormitusta samalla tavalla hitsien kanssa edellyttäen, että ruuvien lopullinen jännit-täminen tapahtuu hitsauksen jälkeen [8,9,10].

Kuvassa 3.11 on esitetty kimmoteorian mukainen ja yksi mahdollinen plastisuusteorian mukai-nen voimien jakaantuminen ruuveille.


Käytettäessä lujuusluokkien S500-S700 teräksiä, voimat jaetaan ruuveille ainoastaan kimmoteorian mukaisesti [16,17].



323

Kuva 3.11 Voimien jakaantuminen ruuveille

3.5.1.6 Vipuvoimat vedetyissä kiinnityksissä

Kun kiinnittimiin kohdistuu vetoa, kiinnittimet suunnitellaan kestämään kuvassa 3.12 esitetyt vi-puvaikutuksesta syntyvät lisävoimat mikäli niitä esiintyy [8,9,10].

Vipuvaikutuksesta johtuvat pakkovoimat voidaan jättää huomioon ottamatta, kun syntyvät muo-donmuutokset ovat pieniä ja vetävän normaalivoiman ruuveihin siirtävä laippa on riittävän pak-su. Muussa tapauksessa vipuvaikutuksesta syntyvät voimat lisätään vetävän normaalivoimanaiheuttamiin ruuvien rasituksiin kuvassa 3.12 esitetyn mukaisesti.

Kuva 3.12 Vipuvoimat Q

Lineaarinen Plastinen (yksi mahdollisuus)

F M ph Sd Sd= 5

F V F

F M p

F F

v Sd Sd

h Sd Sd

h Sd v Sd

.

.

. .

= −(=

+ ≤

2

2 2

pp

pp

MSd MSd

VSd VSd

Fh.Sd

0,5Fh.Sd

VSd/5

Fb.Rd

Fh.Sd

Fh.Sd

Fb.Rd

Fv.Sd

0,5Fh.Sd

Fh.Sd

Fv.Sd

Fb.Rd

MEd

VEd

MEd

VEd

Fb.Rd

F2.x

F2.x

Fb.Rd

F2.y

Fb.Rd

F1.x

F2.x=0,5F1.x

VEd/ 5

Fh.Ed

1

2

3

1

2

1

2

3

F2.y

Plastinen (yksi mahdolisuus), kunLineaarinenFv.Rd> Fb.Rd

F1.x MEd 5p( ) F2.y VEd Fb.Rd–( ) 2⁄=⁄=

F1.y F2.y F3.y VEd 5⁄( ) F2.x MEd 2p( )⁄ 2Fb.Rd–= = = =

Fv.Ed MEd 5p( )⁄[ ]2VEd 5⁄[ ]2+ Fb.Rd Fv.Rd F2.x

2F2.y

2+ Fb.Rd Fv.Rd<≤≤ ≤=

FEd

0,5 FEd + Q 0,5 FEd + Q

Q Q

mn m n

dw dw

tf



324

Käytännössä vipuvoimien vaikutusta ei tarvitse erikseen ottaa huomioon silloin, kun liitoksetsuunnitellaan Eurocoden osan EN 1993-1-8 mukaisesti käyttäen laskelmissa ns. ekvivalenttiaT-osaa. Mahdollisten vipuvoimien vaikutus sisältyy silloin implisiittisesti T-osan avulla suoritet-tavaan mitoitukseen [8,9,10].

T-osan mitoituksessa on silti kyettävä tunnistamaan esiintyykö vipuvoimia vai ei. Vipuvoimiasaattaa syntyä, jos kuvan 3.12 mukaisen 2+2 reikäisen T-osan (eli kaksi 1+1 reikäistä T-osaavierekkäin) laippa on niin ohut, että se toteuttaa seuraavan ehdon [8,9,10]:

missä m ja n ovat ruuvin etäisyydet kuvassa 3.12 esitetyn mukaisesti

(mittaa m laskettaessa otetaan huomioon valssatun profiilin

nurkkapyöristys tai hitsatun profiilin hitsi)

e on reijän keskiön etäisyys reunasta T-osan pituussuunnassa

As on ruuvin jännityspinta-ala (taulukko 3.6)

nb = 2 on ruuvirivien lukumäärä, kun yhdessä ruuvirivissä on 2 ruuvia

Lb on ruuvin venymäpituus jonka arvoksi valitaan ruuvin puristeväli

(= liitettävien materiaalien ja aluslaattojen yhteenlaskettu paksuus)

lisättynä arvolla, joka on puolet ruuvin kannan ja mutterin yhteenlasketusta

paksuudesta (saadaan taulukoista 3.2 ja 3.4)

l on T-osan pituus

Σ leff on T-osan tehollinen pituus

Lauseketta (3.2) voidaan käyttää kuvan 3.12 mukaiselle 2+2 reikäiselle T-osalle yksinkertais-tuksena Eurocoden osassa EN 1993-1-8 esitetyistä varsin lukuisista lausekkeista.

Kun vipuvoimia ehdon (3.1) mukaan saattaa syntyä, niiden suuruus voidaan tarvittaessa arvioi-da seuraavasti:

T-osan laipan plastinen momentti lasketaan lausekkeesta [8,9,10]:

Vipuvoimat lasketaan T-osassa vaikuttavan voiman suuruudesta riippuen seuraavasti [46]:

• kun 0,5 FT.Ed · m < Mpl.f :

• kun Mpl.f ≤ 0,5 FT.Ed · m < 2Mpl.f :

• kun 0,5 FT.Ed · m ≥ 2Mpl.f :

tf

8 8 m3Asnb,

Lb Σleff---------------------------3 kun n 1 25m (3.1),≤≤

Σleff min 2 e 2m 0 625n,+ +( ) ; l ⋅[ ] kun n 1 25m (3.2),≤=

Mpl.f 0 25Σleff tf2

fy γ M0⁄ (3.3),=

Q 0 (3.4)=

Q0 5FT.Ed m Mpl.f–⋅,

n----------------------------------------------- murtumismuoto 2 (3.5)=

QMpl.f

n----------- murtumismuoto 1 (3.6)=



325

Lausekkeen (3.5) mukainen vipuvoima muodostuu, kun laippaan on kehittynyt plastisuusteo-rian mukainen plastinen nivel (Mpl.f ) laipan juureen, jolloin laippa myötää mekanismin 2 mu-kaisesti (kuva 3.13a).

Lausekkeen (3.6) mukainen vipuvoima muodostuu, kun laippaan on kehittynyt plastisuusteo-rian mukaiset plastiset nivelet (Mpl.f ) laipan juureen ja ruuvin viereen, jolloin laippa myötää me-kanismin 1 mukaisesti (kuva 3.13b).

Kuva 3.13 T-osan murtumismuodot

Q

Q0,5ΣBt.Rd

0,5ΣBt.Rd

Mpl.RdFT.Rd

muoto 2 Yhdistetty ruuvien murtuminen ja levyn myötöa) Murtumismuoto 2: Ruuvien murtuminen kun laippa samalla myötää

Q

Q

FEd

0,5 FEd + Q

0,5 FEd + Q

M

M

Mpl.RdFT.Rd

Q+0,5FT.Rd

Q+0,5FT.Rd

Q

Q

muoto 1 Levyn myötö

akenne Ekvivalentti T-osa Voimakuvio Moment

b) Murtumismuoto 1: Täyden mekanismin syntyminen laipassa

Q

Q

FEd

0,5 FEd + Q

0,5 FEd + Q



326

3.5.1.7 Ruuvikiinnitysten kestävyydet

‘Tavallisille’ ruuveille esitetyt ohjeet soveltuvat periaatteessa sellaisenaan myös soviteruuveille.Soviteruuveja voidaan käyttää sekä esijännitetyissä että esijännittämättömissä liitoksissa[8,9,10].

Standardin EN 14399-8 mukaisilla soviteruuveilla varren nimellishalkaisija on kuitenkin tavalli-sista ruuveista poiketen 1 mm suurempi kuin ruuvin kokomerkintä (sen sijaan kierteellisen osanhalkaisija ja jännityspinta-ala on samat kuin tavallisilla ruuveilla). Myös soviteruuveilla käytettä-vien vapaareikien koot poikkeavat tavallisten ruuvien reikäkoosta. Tämän vuoksi kestävyyksilletässä esitetyt taulukkoarvot eivät kaikilta osin päde soviteruuveille.

Soviteruuveja koskevat myös seuraavat lisäsäännöt [8,9,10,21]:

• soviteruuveilla vapaareijän halkaisijaksi valitaan ruuvin varren nimellishalkaisija • soviteruuvin kierteet eivät saa olla leikkaustasossa • soviteruuvin kierteellisen varren osan pituus reunapuristuksen alaisessa reijän pinnassa saa olla enintään 1/3 levyn paksuudesta, ks. kuva 3.8.

3.5.1.7.1 Leikkauskestävyys ja reunapuristuskestävyys

Leikkausvoiman kuormittamissa kiinnityksissä ruuvin leikkausvoiman mitoitusarvon on oltavapienempi kuin leikkauskestävyyden ja reunapuristuskestävyyden mitoitusarvo.

Kiinnitinryhmän kestävyys määritetään yksittäisten kiinnittimien reunapuristuskestävyyksienmitoitusarvojen Fb.Rd summana edellyttäen, että jokaisen yksittäisen kiinnittimen leikkauskes-tävyyden mitoitusarvo Fv.Rd on suurempi tai yhtä suuri kuin vastaavan yksittäisen kiinnittimenreunapuristuskestävyyden mitoitusarvo Fb.Rd . Muussa tapauksessa kiinnitinryhmän kestä-vyys määritetään kertomalla ruuvien lukumäärä kiinnitinryhmän pienimmällä yksittäisen ruuvinkestävyyden mitoitusarvolla, joka on Fb.Rd tai Fv.Rd sen mukaan, kumpi on pienempi [8,9,10] .

Kun ruuvi on taulukon 3.7 mukaisessa normaalin nimellisvälyksen mukaisessa reijässä, ja kunruuvin kierteet ovat leikkautumistasossa, ruuvin leikkauskestävyys lasketaan seuraavasti,[8,9,10]:

missä Fv.Rd on ruuvin leikkauskestävyys leikettä kohden

fub on ruuvin murtolujuus (taulukko 3.5)



Fv.Rd 0 6fub, As γ M2⁄ lujuusluokissa 4.6 , 5.6 , 8.8 (3.7)=

Fv.Rd 0 5fub, As γ M2⁄ lujuusluokissa 4.8 , 5.8 , 6.8 , 10.9 (3.8)=



327

Jos ruuvin kierteet eivät ole leikkautumistasossa, ruuvin leikkauskestävyys lasketaan kaikillaruuvin lujuusluokilla seuraavasti [8,9,10]:

missä A on ruuvin poikkipinta-ala varren kierteettömällä alueella (taulukko 3.6).

Ruuville M12 (ja M14) voidaan käyttää myös 2 mm nimellisvälyksellä olevaa reikää edellyttäen,että reunapuristuskestävyyteen perustuva ruuvin tai ruuviryhmän kestävyys on pienempi taiyhtäsuuri kuin ruuvien leikkauskestävyyteen perustuva ruuvin tai ruuviryhmän kestävyys. Täl-löin lujuusluokkien 4.8 , 5.8 , 6.8 , 8.8 ja 10.9 leikkauskestävyyden kaavoissa (3.7) - (3.9) esite-tyt mitoitusarvot Fv.Rd kerrotaan pienennystekijällä 0,85 [8,9,10].

Tuotteille, joiden kierteet valmistetaan leikkaamalla ja jotka eivät täytä standardin EN 1090 vaa-timuksia, kaavoissa (3.7) - (3.9) esitetyt leikkauskestävyyden mitoitusarvot Fv.Rd kerrotaanpienennystekijällä 0,85 [8,9,10].

Merkittävissä voimaa kantavissa leikkausliitoksissa on suositeltavaa käyttää aina osakierteisiäruuveja siten, että leikkautumistaso on ruuvin varren kierteettömällä alueella. Sekundäärisissäliitoksissa (esim. porrasaskelmien kiinnittäminen reisilankkuun) voidaan käyttää täyskierteisiäruuveja.

Jos ruuvien ja yhteenliitettävien osien toleransseista johtuen on vaarana, että kierteet menevätleikkautumistasoon, on järkevää tehdä laskelmat jo alunperin siten, että oletetaan kierteidenolevan leikkautumistasossa.

Taulukko 3.12 Ruuvin leikkauskestävyys Fv.Rd (kN)

Ruuvi a) M12 M16 M20 (M22) M24 (M27) M30 M36


Leikkauskestävyys Fv.Rd leikettä kohden, kun kierteet ovat leikkautumistasossa

luokka

8.8 32,4 60,3 94,1 116,4 135,6 176,3 215,4 313,7

10.9 33,7 62,8 98,0 121,2 141,2 183,6 224,4 326,8

Varren bruttopinta-ala A (mm2) 113 201 314 380 452 573 707 1018

Leikkauskestävyys Fv.Rd leikettä kohden, kun kierteet eivät ole leikkautumistasossa

luokka

8.8 43,4 77,2 120,6 146,0 173,7 219,9 271,4 390,9

10.9 54,3 96,5 150,8 182,5 217,2 274,8 339,3 488,6


Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osan EN 1993-1-8 suositusarvolla γM2 = 1,25. Maakohtaiset

vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex). Taulukko

ei päde standardin EN 14399-8 mukaisille soviteruuveille.

Fv.Rd 0 6fub, A γ M2⁄ kun ruuvin kierteet eivät ole leikkautumistasossa (3.9)=



328

Jos leikkausta ja reunapuristusta siirtävä ruuvi menee täytelevyjen läpi (kuva 3.14), joidenkokonaispaksuus tp on suurempi kuin yksi kolmasosa ruuvin nimellishalkaisijasta (elitp > 1/3d), ruuvin leikkauskestävyyttä Fv.Rd pienennetään kertomalla se pienennystekijälläβp [8,9,10]:

missä d on ruuvin nimellishalkaisija

tp on täytelevyjen paksuus (kuva 3.14)

Kaksileikkeisille liitoksille, joissa täytelevyt ovat jatkoksen molemmilla puolin, tp :n arvoksi vali-taan paksumman täytelevyn paksuus [8,9,10].

Kuva 3.14 Kiinnittimet menevät täytelevyjen läpi [8,9,10]

Jos liitoksen ulommaisten ruuvien välinen etäisyys Lj voiman suunnassa on suurempi kuin15d (eli Lj > 15d), liitoksen kaikkien ruuvien leikkauskestävyyttä Fv.Rd pienennetään seuraa-valla kertoimella [8,9,10]:

missä Lj on liitoksen ulommaisten ruuvien välinen etäisyys voiman suunnassa

(kuva 3.15)

d on ruuvin nimellishalkaisija

Edellä esitettyä sääntöä ei kuitenkaan sovelleta, jos siirrettävä voima jakaantuu tasan liitoksenpituudelle (esim. leikkausvoiman siirtäminen profiilin uuman ja laipan välillä) [8,9,10].

βp9d

8d 3tp+-------------------- mutta βp 1 0 (3.10),≤=

Täytelevyt

βLf 1Lj 15d–

200d-------------------- mutta 0,75 βLf 1 0 (3.11),≤ ≤–=



329

Kuva 3.15 Pitkät liitokset

Reunapuristuskestävyys Fb.Rd lasketaan seuraavasti [8,9,10]:

missä fu on tarkasteltavan osan nimellinen murtolujuus


t on tarkasteltavan osan paksuus


Lausekkeessa (3.12) tarvittavat tekijät k1 ja αb määritetään seuraavasti:

• voiman suunnassa (kuva 3.18, alueet A ja B):

• voimaa vastaan kohtisuorassa suunnassa (kuva 3.18, alueet C ja D):

Jos tarkasteltavassa levyosassa vaikuttaa puristusta (eli jos voiman suunta on vastakkainen kuinesim. kuvassa 3.16), ruuvin päätyetäisyys e1 ei vaikuta reunapuristuskestävyyteen, jolloin tekijäαb määritetään lausekkeen (3.13a) sijasta lausekkeella (3.13b) myös levyn pään ruuveille.

Lausekkeen (3.12) käyttöä koskevat lisäksi seuraavat lisäohjeet [8,9,10]:

• ylisuurissa reijissä reunapuristuskestävyyden lausekkeen (3.12) mukainen mitoitusarvo Fb.Rd kerrotaan pienennystekijällä 0,8

1,00

0,75

0,50

0,25

015 d

Lj

65 d

FF

FF

Lj Lj

Lj

βLf

Fb.Rd k1 αb fu d t γ M2⁄ (3.12)=

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, levyn pään ruuveille (A) (3.13a)=

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

p1

3d0--------

14---–⎝ ⎠

⎛ ⎞, sisemmille ruuveille (B) (3.13b)=

k1 min 2 5 ; 2 8e2

d0-----, 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4p2

d0-----, 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, reunarivin ruuveille (C) (3.13c)=

k1 min 2 5 ; 1 4p2

d0-----, 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, sisemmille ruuveille (D) (3.13d)=



330

• pidennetyissä reijissä, kun pidennetyn reijän pituussuuntainen akseli on kohtisuorassa vaikuttavan voiman suhteen, reunapuristuskestävyyden lausekkeen (3.12) mukainen mitoitusarvo Fb.Rd kerrotaan pienennystekijällä 0,6

• uppokantaisilla ruuveilla reunapuristuskestävyyttä Fb.Rd laskettaessa kyseeseen tulevan liitettävän levyn paksuutta t pienennetään arvolla, joka on puolet upotuksen syvyydestä

• yksileikkeisissä päällekkäisliitoksissa, joissa on vain yksi ruuvirivi (ks. kuva 3.16), asetetaan aluslaatta sekä ruuvin kannan että mutterin alle ulosvetomurtumisen välttämiseksi. Reunapu- ristuskestävyys Fb.Rd ruuvia kohti rajoitetaan arvoon:



t on tarkasteltavan osan paksuus


Kuva 3.16 Yksileikkeinen päällekäisliitos, jossa on yksi ruuvirivi [8,9,10]

Kun ruuviin kohdistuva voima ei ole päätyetäisyyden suuntainen (kuva 3.17), reunapuristus-kestävyys voidaan laskea tarkastamalla reunapuristuskestävyys päätyetäisyyden suuntaiselleja sitä vastaan kohtisuoralle komponentille erikseen [8,9,10].

Kuva 3.17 Vinosti suuntautunut voima voidaan jakaa komponenteiksi, ja reunapuristuskestä- vyys tarkastetaan kummallekin suunnalle erikseen

Fb.Rd 1 5fu d t, γ M2⁄ (3.14)≤

F



331

Lausekkeiden (3.13a...d) perusteella ruuviryhmän ruuvien reunapuristuskestävyydet voidaanjakaa kuvassa 3.18 esitetyn mukaisesti neljään eri kestävyysalueeseen A...D. Käytettäessäruuveille Eurocoden mukaisia minimietäisyyksiä (taulukot 3.9 ja 3.10), alueen A ruuvit ovat kriit-tisimmät, ja kestävyydet jäävät kaikilla ruuveilla varsin pieniksi (vain noin 30 % edullisimmallasijoittelulla saavutettavasta maksimikestävyydestä). Sen sijaan käytettäessä taulukon 3.10 mu-kaisia suositusetäisyyksiä, ruuvien kestävyydet ovat kaikilla alueilla A...D likimain tasaisestinoin 75 % tavoitteellisesta maksimikestävyydestä. (Suositusetäisyydet ovat kompromissi, jokamahdollistaa koneellisen kiristämisen, antaa kestävyyden kannalta kohtuullisen korkean ‘hyö-tysuhteen’ ja jakaa kestävyydet tasaisesti eri ruuveille, sekä toisaalta pitää ruuvien keskinäisetetäisyydet riittävän pieninä, jolloin koko ruuviryhmän tarvitsema tilantarve pysyy kohtuullisenaja puristuksen alaisissa liitoksissa levyn nurjahtaminen ruuvien välissä ei pääse liian helpostimuodostumaan mitoittavaksi).

Taulukossa 3.14 on esitetty reunapuristuskestävyys ruuvia kohden, kun levyn paksuus on 10mm, käytetään lujuusluokan 8.8 tai 10.9 ruuveja, ja ruuvit on sijoitettu minimietäisyyksien taisuositusetäisyyksien mukaisesti. Taulukossa 3.15 on esitetty samalla ruuvien sijoittelulla lu-juusluokan 8.8 ruuvin leikkaus- ja reunapuristuskestävyys yksileikkeisessä liitoksessa, kun lii-tettävien levyjen teräslaji on S355 ja ruuvin kierteet eivät ulotu leikkaustasoon (käytetäänosakierteisiä ruuveja).

Jos tilankäytön kannalta on mahdollista, ruuvien reunapuristuskestävyys voidaan sopivalla si-joittelulla maksimoida siten, että ruuvien etäisyydet eivät muodostu reunapuristuskestävyyttärajoittavaksi. Lisäksi kestävyydet jakautuvat tällöin ruuviryhmän kaikille ruuveille laskennalli-sesti täysin tasaisesti. Tähän päästään valitsemalla ruuvien etäisyydet lausekkeiden (3.13a...d)perusteella seuraavasti:

Reunapuristuskestävyyden lauseke sievenee lausekkeiden (3.15a...d) mukaisilla ruuvien etäi-syyksillä samalla seuraavaksi:

Valitsemalla ruuvien etäisyydet lausekkeiden (3.15a...d) mukaisesti ruuviryhmälle tarvittavattarkastelut yksinkertaistuvat, kun ruuviryhmä kiertyy kiertokeskiönsä suhteen (esim. kuvan3.11 mukainen kuormitus): koska ruuvien etäisyydet eivät ole vaikuttamassa kestävyyteen,reunapuristuskestävyyden suhteen kriittisin on suoraan se ruuvi, johon kohdistuvien voimienresultantti on suurin.

Lausekkeiden (3.15a...d) mukaiset laskennallisen maksimikestävyyden Fb.Rd mahdollistamatruuvien vähimmäisetäisyydet on esitetty taulukossa 3.13. Vastaavat reunapuristuskestävyydenarvot on esitetty taulukossa 3.14, ja taulukossa 3.15 on esitetty samalla ruuvien sijoittelulla lu-juusluokan 8.8 ruuvin leikkaus- ja reunapuristuskestävyys yksileikkeisessä liitoksessa, kun lii-

e1 3d0 (3.15a)≥p1 3 75d0 (3.15b),≥e2 1 5d0 (3.15c),≥p2 3d0 (3.15d)≥

Fb.Rd 2 5 αb fu d t, γ M2⁄ (3.16)=

αb min 1 0 ; fub

fu------, (3.17)=



332

tettävien levyjen teräslaji on S355 ja ruuvin kierteet eivät ulotu leikkautumistasoon (käytetäänosakierteisiä ruuveja).

Kuva 3.18 Reunapuristuskestävyyden alueet A...D ruuviryhmän sisällä

Taulukko 3.13 Ruuvien sijoittelun vähimmäisetäisyydet, jotka mahdollistavat reunapuristus- kestävyyden laskennallisen maksimin saavuttamisen

Ruuvi a) Reikä b) d0 (mm)

e1 (mm) e2 (mm) p1 (mm) p2 (mm)

optimi optimi optimi optimi

M12 13 39 20 49 39

M16 18 54 27 68 54

M20 22 66 33 83 66

(M22) 24 72 36 90 72

M24 26 78 39 98 78

(M27) 30 90 45 113 90

M30 33 99 50 124 99

M36 39 117 59 146 117

a) Sulkuihin merkittyjen kokojen saatavuus on syytä varmistaa. b) Reikäkoot, ks. myös taulukko 3.7

Taulukko ei päde standardin EN 14399-8 mukaisille soviteruuveille, koska niiden varren nimellis-

halkaisija sekä käytettävät reikäkoot poikkeavat tavallisista ruuveista.

A

F

B

C

D

C



333

Taulukko 3.14 Reunapuristuskestävyys Fb.Rd (kN) ruuvia kohden, kun t = 10 mm

Ruuvi M12 M16 M20 (M22)d0 (mm) 13 18 22 24Sijoittelu: minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimiS235 24,8 66,5 86,4 32,3 85,3 115,2 39,4 109,1 144,0 43,0 121,0 158,4S275 29,6 79,4 103,2 38,6 101,9 137,6 47,1 130,3 172,0 51,3 144,5 189,2S355 33,7 90,5 117,6 44,0 116,1 156,8 53,6 148,5 196,0 58,5 164,7 215,6

S275N 26,8 72,0 93,6 35,0 92,4 124,8 42,7 118,2 156,0 46,5 131,1 171,6S355N 33,7 90,5 117,6 44,0 116,1 156,8 53,6 148,5 196,0 58,5 164,7 215,6S420N 35,8 96,0 124,8 46,7 123,3 166,4 56,9 157,6 208,0 62,1 174,8 228,8S460N 37,1 99,7 129,6 48,5 128,0 172,8 59,1 163,6 216,0 64,4 181,5 237,6S275M 25,4 68,3 88,8 33,2 87,7 118,4 40,5 112,1 148,0 44,2 124,4 162,8S355M 32,3 86,8 112,8 42,2 111,4 150,4 51,5 142,4 188,0 56,1 158,0 206,8S420M 35,8 96,0 124,8 46,7 123,3 166,4 56,9 157,6 208,0 62,1 174,8 228,8S460M 37,1 99,7 129,6 48,5 128,0 172,8 59,1 163,6 216,0 64,4 181,5 237,6S500MC 37,8 101,5 132,0 49,4 130,4 176,0 60,2 166,7 220,0 65,6 184,9 242,0S550MC 41,3 110,8 144,0 53,9 142,2 192,0 65,7 181,8 240,0 71,6 201,7 264,0S600MC 44,7 120,0 156,0 58,4 154,1 208,0 71,2 197,0 260,0 77,6 218,5 286,0S650MC 48,1 129,2 168,0 62,9 165,9 224,0 76,6 212,1 280,0 83,5 235,3 308,0S700MC 51,6 138,5 180,0 67,4 177,8 240,0 82,1 227,3 300,0 89,5 252,1 330,0S690QL 53,0 142,2 184,8 69,2 182,5 246,4 84,3 233,3 308,0 91,9 258,8 338,8Ruuvi M24 (M27) M30 M36d0 (mm) 26 30 33 39Sijoittelu: minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimiS235 48,0 132,9 172,8 51,6 151,2 194,4 59,1 163,6 216,0 69,7 199,4 259,2S275 57,3 158,8 206,4 61,7 180,6 232,2 70,6 195,5 258,0 83,3 238,2 309,6S355 65,3 180,9 235,2 70,3 205,8 264,6 80,5 222,7 294,0 94,9 271,4 352,8

S275N 52,0 144,0 187,2 55,9 163,8 210,6 64,1 177,3 234,0 75,5 216,0 280,8S355N 65,3 180,9 235,2 70,3 205,8 264,6 80,5 222,7 294,0 94,9 271,4 352,8S420N 69,3 192,0 249,6 74,6 218,4 280,8 85,4 236,4 312,0 100,7 288,0 374,4S460N 72,0 199,4 259,2 77,4 226,8 291,6 88,7 245,5 324,0 104,6 299,1 388,8S275M 49,3 136,6 177,6 53,1 155,4 199,8 60,8 168,2 222,0 71,7 204,9 266,4S355M 62,7 173,5 225,6 67,4 197,4 253,8 77,2 213,6 282,0 91,0 260,3 338,4S420M 69,3 192,0 249,6 74,6 218,4 280,8 85,4 236,4 312,0 100,7 288,0 374,4S460M 72,0 199,4 259,2 77,4 226,8 291,6 88,7 245,5 324,0 104,6 299,1 388,8S500MC 73,3 203,1 264,0 78,9 231,0 297,0 90,3 250,0 330,0 106,5 304,6 396,0S550MC 80,0 221,5 288,0 86,1 252,0 324,0 98,6 272,7 360,0 116,2 332,3 432,0S600MC 86,6 240,0 312,0 93,2 273,0 351,0 106,8 295,5 390,0 125,9 360,0 468,0S650MC 93,3 258,5 336,0 100,4 294,0 378,0 115,0 318,2 420,0 135,6 387,7 504,0S700MC 100,0 276,9 360,0 107,6 315,0 405,0 123,2 340,9 450,0 145,3 415,4 540,0S690QL 102,6 284,3 369,6 110,4 323,4 415,8 126,5 350,0 462,0 149,2 426,5 554,4- Minimietäisyyden mukaiset kestävyydet (etäisyydet taulukosta 3.10):

Pätevät päätyruuveille. Muiden kuin päätyruuvien kestävyys saadaan kertomalla taulukon arvot tekijällä 1,20. - Suositusetäisyyden mukaiset kestävyydet (etäisyydet taulukosta 3.10):

Pätevät päätyruuveille. Voidaan käyttää likiarvona myös ruuviryhmän muille ruuveille. - Optimietäisyyden mukaiset kestävyydet (etäisyydet taulukosta 3.13): Pätevät ruuviryhmän kaikille ruuveille. - Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osan EN 1993-1-8 suositusarvolla γM2 = 1,25 ja taulukoiden

1.12 - 1.14 murtolujuuden nimellisillä arvoilla. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex).

- Muille paksuuksille (kuitenkin t ≤ 40 mm) taulukon arvot kerrotaan korjauskertoimella t /10. - Taulukon arvot pätevät ruuvien lujuusluokille 8.8 ja 10.9. - Taulukko ei päde uppokantaruuveille eikä standardin EN 14399-8 mukaislle soviteruuveille.



334

Taulukko 3.15 Ruuvikiinnityksen kestävyys (kN) leikettä kohden, kun ruuvin lujuusluokka on 8.8 ja liitettävien levyjen teräslaji on S355

Ruuvi M12 M16 M20 (M22)d0 (mm) 13 18 22 24Sijoittelu: minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimie1 (mm) 16 30 39 22 40 54 27 50 66 29 55 72e2 (mm) 16 25 20 22 30 27 27 40 33 29 45 36p1 (mm) 29 40 49 40 55 68 49 70 83 53 75 90p2 (mm) 32 40 39 44 55 54 53 70 66 58 75 72

t (mm)

6 20,2 43,4 43,4 26,4 69,7 77,2 32,2 89,1 117,6 35,1 98,8 129,48 27,0 35,2 77,2 42,9 118,8 120,6 46,8 131,8 146,010 33,7 44,0 53,6 120,6 58,5 146,012 40,4 52,8 64,4 70,215 43,4 66,0 80,5 87,716 70,4 85,8 93,618 77,2 96,6 105,220 107,3 116,922 118,0 128,625 120,6 146,030

Ruuvi M24 (M27) M30 M36d0 (mm) 26 30 33 39Sijoittelu: minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimi minimi suositus optimie1 (mm) 32 60 78 36 70 90 40 75 99 47 90 117e2 (mm) 32 50 39 36 55 45 40 60 50 47 70 59p1 (mm) 58 80 98 66 90 113 73 100 124 86 120 146p2 (mm) 63 80 78 72 90 90 80 100 99 94 120 117

t (mm)

6 39,2 108,6 141,1 42,2 123,5 158,8 48,3 133,6 176,4 57,0 162,8 211,78 52,3 144,7 173,7 56,2 164,6 211,7 64,4 178,2 235,2 75,9 217,1 282,210 65,3 173,7 70,3 205,8 219,9 80,5 222,7 271,4 94,9 271,4 352,812 78,4 84,3 219,9 96,6 267,3 113,9 325,7 390,915 98,0 105,4 120,7 271,4 142,4 390,916 104,5 112,4 128,8 151,918 117,6 126,5 144,9 170,920 130,6 140,6 161,0 189,822 143,7 154,6 177,1 208,825 163,3 175,7 201,2 237,330 173,7 210,8 241,5 284,8

- Levyn paksuus tarkoittaa ohuinta liitettävien levyjen paksuuksista.- Paksun viivan yläpuolella reunapuristuskestävyys on määräävä ja viivan alapuolella ruuvin leikkauskestä-

vyys on määräävä. Paksun viivan alapuolinen arvo on ruuvin leikkauskestävyys, kun ruuvin kierteet eivät ulotu leikkautumistasoon (käytetään osakierteisiä ruuveja). Jos ruuvin kierteet ulottuvat leikkautumistasoon, reunapuristuskestävyyden arvoja on verrattava taulukon 3.12 mukaisiin ruuvin leikkauskestävyyden arvoihin.

- Minimietäisyyden mukaiset reunapuristuskestävyydet (etäisyydet taulukosta 3.10): Pätevät päätyruuveille. Muiden kuin päätyruuvien kestävyys saadaan kertomalla taulukon arvot tekijällä 1,20.

- Suositusetäisyyden mukaiset reunapuristuskestävyydet (etäisyydet taulukosta 3.10): Pätevät päätyruuveille. Voidaan käyttää likiarvona myös ruuviryhmän muille ruuveille.

- Optimietäisyyden mukaiset reunapuristuskestävyydet (etäisyydet taulukosta 3.13): Pätevät ruuviryhmän kaikille ruuveille.

Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osan EN 1993-1-8 suositusarvolla γM2 = 1,25 ja taulukoiden 1.12 - 1.14 murtolujuuden nimellisillä arvoilla. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex). Taulukko ei päde uppokantaruuveille eikä standardin EN 14399-8 mukaislle soviteruuveille.



335

3.5.1.7.2 Vetokestävyys ja lävistymiskestävyys

Kun ruuvikiinnitykseen kohdistuu ruuvin varren suuntainen veto, kestävyyden mitoitusehdotovat [8,9,10]:

missä Ft.Ed on kiinnitykseen kohdistuvan ruuvin varren suuntaisen voiman


Ft.Rd on ruuvin vetokestävyyden mitoitusarvo

Bp.Rd on ruuvin lävistymiskestävyyden mitoitusarvo

Ruuvin vetokestävyys Ft.Rd lasketaan seuraavasti [8,9,10]:

missä k2 = 0,63 uppokantaruuveille

k2 = 0,90 muille ruuveille

fub on ruuvin murtolujuus (taulukko 3.5)



Tuotteille, joiden kierteet valmistetaan leikkaamalla ja jotka eivät täytä standardin EN 1090 vaa-timuksia, kaavassa (3.20) esitetty vetokestävyyden mitoitusarvo Ft.Rd kerrotaan pienennyste-kijällä 0,85 [8,9,10].

Taulukko 3.16 Ruuvin vetokestävyys Ft.Rd (kN)

Ruuvi a) M12 M16 M20 (M22) M24 (M27) M30 M36


Lujuusluokka 8.8 48,6 90,4 141,1 174,5 203,3 264,4 323,1 470,6

Lujuusluokka 10.9 60,7 113,0 176,4 218,2 254,2 330,5 403,9 588,2


- Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osan EN 1993-1-8 suositusarvolla γM2 = 1,25. Maakohtaiset

vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex). - Uppokantaruuveille taulukon kestävyydet kerrotaan korjauskertoimella 0,70.

Ft.Ed Ft.Rd (3.18)≤Ft.Ed Bp.Rd (3.19)≤

Ft.Rd k2 fub As γ M2⁄ (3.20)=



336

Ruuvin kannan tai mutterin lävistymiskestävyys Bp.Rd lasketaan seuraavasti [8,9,10]:

missä dm on lävistymishalkaisija, jonka arvoksi valitaan pienempi seuraavista:

- ruuvin kannan etäisimpien pisteiden välin ja avainvälin keskiarvo, tai

- mutterin etäisimpien pisteiden välin ja avainvälin keskiarvo

tp on ruuvin kannan tai mutterin alla olevan levyn paksuus

fu on levymateriaalin nimellinen murtolujuus


Lävistymiskestävyyden lauseke (3.21) ei päde uppokantaruuveille.

Ruuvin kannan lävistymiskestävyys muodostuu lausekkeiden (3.20) ja (3.21) mukaisesti mää-rääväksi, jos seuraava ehto on voimassa:

Taulukko 3.17 Lävistymishalkaisija dm (mm) a) M12 M16 M20 (M22) M24 (M27) M30 M36

Ruuvit:

EN ISO 4014 EN ISO 4016 EN ISO 4017 EN ISO 4018

18,9 25,1 31,5 35,7 37,8 43,1 48,4 57,9

Mutterit:

EN ISO 4032 b) EN ISO 4033 b) EN ISO 4034

18,9 25,1 31,5 35,7 37,8 43,1 48,4 57,9

Ruuvit ja mutterit:

EN 14399-3 EN 14399-4 EN 14399-8

23,0 28,3 33,5 37,8 43,1 48,4 52,7 63,2

a) Sulkuihin merkittyjen kokojen saatavuus on syytä varmistaa. b) Joidenkin kokojen muttereissa on pieniä mittapoikkeamia taulukon arvoista. Taulukon arvot ovat tällöin varmalla puolella.

Taulukko ei päde uppokantaruuveille.

Bp.Rd 0 6 πdm tp fu, γ M2 (3.21)⁄=

tp

k2 fub As

0 6 πdm fu,-------------------------- (3.22)<



337

Taulukko 3.18 Ruuvin kannan tai mutterin lävistymiskestävyyden raja-arvo paksuus (mm)

Ruuvi: a) M12 M16 M20 (M22) M24 (M27) M30 M36

8.8 10.9 8.8 10.9 8.8 10.9 8.8 10.9 8.8 10.9 8.8 10.9 8.8 10.9 8.8 10.9

Taulukossa 3.17 esitettyjen EN ISO-standardien mukaiset ruuvit ja mutterit:

S235 4,7 5,9 6,6 8,3 8,3 10,3 9,0 11,3 9,9 12,4 11,3 14,1 12,3 15,4 15,0 18,7

S275 4,0 5,0 5,6 6,9 6,9 8,6 7,5 9,4 8,3 10,4 9,5 11,8 10,3 12,9 12,5 15,7

S355 3,5 4,3 4,9 6,1 6,1 7,6 6,6 8,3 7,3 9,1 8,3 10,4 9,0 11,3 11,0 13,7

S275N 4,4 5,5 6,1 7,7 7,6 9,5 8,3 10,4 9,1 11,4 10,4 13,0 11,4 14,2 13,8 17,3

S355N 3,5 4,3 4,9 6,1 6,1 7,6 6,6 8,3 7,3 9,1 8,3 10,4 9,0 11,3 11,0 13,7

S420N 3,3 4,1 4,6 5,7 5,7 7,1 6,2 7,8 6,9 8,6 7,8 9,8 8,5 10,6 10,4 13,0

S460N 3,2 3,9 4,4 5,5 5,5 6,9 6,0 7,5 6,6 8,3 7,5 9,4 8,2 10,2 10,0 12,5

S275M 4,6 5,8 6,5 8,1 8,0 10,0 8,8 11,0 9,6 12,1 11,0 13,7 12,0 15,0 14,6 18,2

S355M 3,6 4,5 5,1 6,4 6,3 7,9 6,9 8,6 7,6 9,5 8,7 10,8 9,4 11,8 11,5 14,3

S420M 3,3 4,1 4,6 5,7 5,7 7,1 6,2 7,8 6,9 8,6 7,8 9,8 8,5 10,6 10,4 13,0

S460M 3,2 3,9 4,4 5,5 5,5 6,9 6,0 7,5 6,6 8,3 7,5 9,4 8,2 10,2 10,0 12,5

S500MC 3,1 3,9 4,3 5,4 5,4 6,8 5,9 7,4 6,5 8,1 7,4 9,2 8,0 10,1 9,8 12,2

S550MC 2,8 3,5 4,0 5,0 5,0 6,2 5,4 6,8 5,9 7,4 6,8 8,5 7,4 9,2 9,0 11,2

S600MC 2,6 3,3 3,7 4,6 4,6 5,7 5,0 6,2 5,5 6,9 6,3 7,8 6,8 8,5 8,3 10,4

S650MC 2,4 3,0 3,4 4,3 4,2 5,3 4,6 5,8 5,1 6,4 5,8 7,3 6,3 7,9 7,7 9,6

S700MC 2,3 2,8 3,2 4,0 4,0 5,0 4,3 5,4 4,8 5,9 5,4 6,8 5,9 7,4 7,2 9,0

S690QL 2,2 2,8 3,1 3,9 3,9 4,8 4,2 5,3 4,6 5,8 5,3 6,6 5,7 7,2 7,0 8,7

Taulukossa 3.17 esitettyjen EN 14399-standardien mukaiset ruuvit ja mutterit:

S235 3,9 4,9 5,9 7,4 7,8 9,7 8,5 10,6 8,7 10,9 10,1 12,6 11,3 14,1 13,7 17,1

S275 3,3 4,1 4,9 6,2 6,5 8,1 7,1 8,9 7,3 9,1 8,4 10,5 9,5 11,8 11,5 14,4

S355 2,9 3,6 4,3 5,4 5,7 7,1 6,2 7,8 6,4 8,0 7,4 9,2 8,3 10,4 10,1 12,6

S275N 3,6 4,5 5,4 6,8 7,2 9,0 7,9 9,8 8,0 10,0 9,3 11,6 10,4 13,0 12,7 15,8

S355N 2,9 3,6 4,3 5,4 5,7 7,1 6,2 7,8 6,4 8,0 7,4 9,2 8,3 10,4 10,1 12,6

S420N 2,7 3,4 4,1 5,1 5,4 6,7 5,9 7,4 6,0 7,5 7,0 8,7 7,8 9,8 9,5 11,9

S460N 2,6 3,2 3,9 4,9 5,2 6,5 5,7 7,1 5,8 7,2 6,7 8,4 7,5 9,4 9,1 11,4

S275M 3,8 4,7 5,7 7,2 7,6 9,4 8,3 10,3 8,5 10,6 9,8 12,2 11,0 13,7 13,3 16,7

S355M 3,0 3,7 4,5 5,6 5,9 7,4 6,5 8,1 6,7 8,3 7,7 9,6 8,7 10,8 10,5 13,1

S420M 2,7 3,4 4,1 5,1 5,4 6,7 5,9 7,4 6,0 7,5 7,0 8,7 7,8 9,8 9,5 11,9

S460M 2,6 3,2 3,9 4,9 5,2 6,5 5,7 7,1 5,8 7,2 6,7 8,4 7,5 9,4 9,1 11,4

S500MC 2,5 3,2 3,9 4,8 5,1 6,3 5,6 7,0 5,7 7,1 6,6 8,2 7,4 9,2 9,0 11,2

S550MC 2,3 2,9 3,5 4,4 4,7 5,8 5,1 6,4 5,2 6,5 6,0 7,5 6,8 8,5 8,2 10,3

S600MC 2,2 2,7 3,3 4,1 4,3 5,4 4,7 5,9 4,8 6,0 5,6 7,0 6,3 7,8 7,6 9,5

S650MC 2,0 2,5 3,0 3,8 4,0 5,0 4,4 5,5 4,5 5,6 5,2 6,5 5,8 7,3 7,1 8,8

S700MC 1,9 2,3 2,8 3,5 3,7 4,7 4,1 5,1 4,2 5,2 4,8 6,0 5,4 6,8 6,6 8,2

S690QL 1,8 2,3 2,8 3,4 3,6 4,5 4,0 5,0 4,1 5,1 4,7 5,9 5,3 6,6 6,4 8,0

a) Sulkuihin merkittyjen kokojen saatavuus on syytä varmistaa.

- Levyn paksuus tarkoittaa ruuvin kannan tai mutterin alla olevaa ohuinta levyn paksuutta. - Ohuemmilla paksuuksilla lävistymiskestävyys muodostuu määrääväksi.

Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osan EN 1993-1-8 suositusarvolla γM2 = 1,25 ja taulukoiden 1.12 - 1.14 murtolujuuden nimellisillä arvoilla. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex). Taulukko ei päde uppokantaruuveille.



338

3.5.1.7.3 Yhdistetty leikkaus- ja vetokestävyys

Jos ruuviin kohdistuu sekä leikkausvoima että vetävä voima, seuraavan ehdon on oltava voi-massa [8,9,10]:

missä Fv.Ed on ruuviin kohdistuva leikkausvoima leikettä kohden murtorajatilassa

Fv.Rd on ruuvin leikkauskestävyyden mitoitusarvo leikettä kohden

kohdan 3.5.1.7.1 mukaisesti

Ft.Ed on ruuviin kohdistuvan ruuvin varren suuntaisen voiman


Ft.Rd on ruuvin vetokestävyyden mitoitusarvo kohdan 3.5.1.7.2 mukaisesti

3.5.1.7.4 Liukumiskestävyys

Liukumisenkestävissä kiinnityksissä esijännitetyt ruuvit puristavat kitkapinnat toisiinsa, eivätkäliitospinnat pääse liukumaan toisiinsa nähden. Kiinnityksen kestävyys riippuu liitettävien osienmateriaaliominaisuuksien lisäksi ruuvin esijännitysvoimasta sekä liitospintojen kitkakertoimes-ta. Liukumisenkestäviä kiinnityksiä kutsutaan myös kitkaliitoksiksi.

Esijännitettyjen lujuusluokkien 8.8 ja 10.9 ruuvien liukumiskestävyyden mitoitusarvo yhtä ruu-via kohden lasketaan seuraavasti kohdan 3.5.1.4 mukaisissa kiinnitysluokissa [8,9,10]:

missä ks on taulukon 3.19 mukainen tekijä

n on kitkapintojen (liukumistasojen) lukumäärä

μ on kitkakerroin, joka määritetään käytettävälle kitkapinnalle joko

kokeellisesti standardin EN 1090-2 mukaisesti [21], tai valitaan taulukosta 3.20

Fp.C = 0,7fub As on ruuvin esijännitysvoima fub on ruuvin murtolujuus (taulukko 3.5)


γM3.ser on liukumiskestävyyden osavarmuusluku käyttörajatilassa (taulukko 2.5)

γM3 on liukumiskestävyyden osavarmuusluku murtorajatilassa (taulukko 2.5)

Liitospinnat jaetaan kitkakertoimen perusteella neljään luokkaan. Luokkia vastaavat kitkaker-toimet saadaan taulukosta 3.20 ja liukumiskestävyydet taulukosta 3.21.

Fv.Ed

Fv.Rd-----------

Ft.Ed

1 4F, t.Rd-------------------+ 1 0 (3.23),≤

Fs.Rd.ser

ks n μγ M3.ser--------------- Fp.C kiinnitysluokassa B (3.24)=

Fs.Rd

ks n μγ M3

------------- Fp.C kiinnitysluokassa C (3.25)=



339

Taulukko 3.19 Tekijän ks arvot [8,9,10]

Taulukko 3.20 Kitkakerroinluokat [8,9,10,21]

Kuvaus (ks. myös taulukko 3.7) ks

Ruuvit ovat normaaleissa pyöreissä reijissä. 1,0

Ruuvit ovat ylisuurissa reijissä tai lyhyissä pidennetyissä reijissä. Pidennetyn reijän pituussuuntainen akseli on kohtisuorassa suunnassa vaikuttavan voiman kanssa.

0,85

Ruuvit ovat pitkissä pidennetyissä reijissä. Pidennetyn reijän pituussuuntainen akseli on kohtisuorassa suunnassa vaikuttavan voiman kanssa.

0,7

Ruuvit ovat lyhyissä pidennetyissä reijissä. Pidennetyn reijän pituussuuntainen akseli on yhdensuuntainen vaikuttavan voiman kanssa.

0,76

Ruuvit ovat pitkissä pidennetyissä reijissä. Pidennetyn reijän pituussuuntainen akseli on yhdensuuntainen vaikuttavan voiman kanssa.

0,63

Luokka Kitkakerroin μ Kitkapintojen käsittely

A 0,50 Pinnat, joilta irtonainen ruoste on poistettu hiekka- tai teräsraepuhalluksella, ei pistemäisiä syöpymiä.

B 0,40 Hiekalla tai teräsrakeilla puhalletut pinnat: a) alumiini- tai sinkkipohjaisella tuotteella ruiskupäällystetty pinta b) alkali- tai alkali-sinkkimaali, jonka paksuus on 50 - 80 μm

C 0,30 Teräsharjalla tai liekkipuhalluksella puhdistetut pinnat, ir tonainen ruoste poistettu.

D 0,20 Käsittelemättömät pinnat.

- Testaus- ja tarkastusvaatimukset on esitetty standardissa EN 1090-2 [21]. - Muiden pintakäsittelyjen kitkakerroinluokka määritetään käyttäen rakenteessa pintaa edustavia koekappaleita ja käyttämällä standardin EN 1090-2 mukaista koemenetelmää. - Maalattuja pintoja käytettäessä esijännitysvoima voi pienentyä ajan myötä.



340

Taulukko 3.21 Liukumiskestävyys Fs.Rd (kN) kitkakerroinluokassa D yhtä ruuvia ja liukumistasoa kohden kun ruuvi on normaalissa pyöreässä reijässä (ks = 1,0)

Jos liukumisenkestävää kiinnitystä kuormittaa leikkausvoiman lisäksi vetävä voima Ft.Ed taiFt.Ed.ser , liukumiskestävyys lasketaan seuraavasti [8,9,10]:

Jos momenttiliitoksessa ruuvien vetävät voimat tasapainottuvat puristetun puolen kosketusvoi-milla, liukumiskestävyyden pienennystä ei tarvitse tehdä [8,9,10].

Kitkaliitoksen asennusta käsitellään luvussa 10.

3.5.1.7.5 Palamurtumiskestävyys

Ruuviryhmä voi murtua profiilin päässä kuvan 3.19 mukaisesti. Kyseessä on palamurtuminen,joka aiheutuu perusaineen vetomurtumisesta vedon kuormittamassa pinnassa samalla kunleikkauksen kuormittama pinta myötää leikkautumalla. Murtuminen tapahtuu nettopoikkileik-kauksessa pitkin ruuvien keskilinjoja. Palamurtuminen voi määrätä liitoksen kestävyyden, kunkäytetään korkeaa teräslujuutta ja pieniä ruuvien reunaetäisyyksiä.

Ruuvi a) M12 M16 M20 (M22) M24 (M27) M30 M36


Liukumiskestävyys käyttörajatilassa:

Lujuusluokka 8.8 8,6 16,0 24,9 30,9 35,9 46,7 57,1 83,2

10.9 10,7 20,0 31,2 38,6 44,9 58,4 71,4 104,0

Liukumiskestävyys murtorajatilassa:

Lujuusluokka 8.8 7,6 14,1 22,0 27,1 31,6 41,1 50,3 73,2

10.9 9,4 17,6 27,4 33,9 39,5 51,4 62,8 91,5


- Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osan EN 1993-1-8 suositusarvoilla γM3.ser = 1,1 ja γM3 = 1,25. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National

Annex). - Muissa reikätyypeissä olevien ruuvien kestävyydet saadaan kertomalla taulukon arvot kyseeseen tulevalla tekijällä ks (ks. taulukko 3.19) - Muiden kitkakerroinluokkien kestävyydet saadaan kertomalla taulukon arvot seuraavilla korjauskertoimilla: Luokka A: 2,5 B: 2,0 C: 1,5

Fs.Rd.ser

ks n μγ M3.ser--------------- Fp.C 0 8Ft.Ed.ser,–( ) kiinnitysluokassa B (3.26)=

Fs.Rd

ks n μγ M3

------------- Fp.C 0 8Ft.Ed,–( ) kiinnitysluokassa C (3.27)=



341

Kuva 3.19 Palamurtuminen [8,9,10]

Profiilin pään palamurtumiskestävyys lasketaan seuraavista kaavoista [8,9,10]:


fy on tarkasteltavan osan nimellinen myötölujuus

Ant on vedon kuormittama nettopinta-ala

Anv on leikkauksen kuormittama nettopinta-ala

γM0 ja γM2 ovat kestävyyden osavarmuuslukuja (taulukko 2.5)

b) Epäkeskeinen kuorma

a) Keskeinen kuorma

1 Pieni vetovoima 2 Suuri leikkausvoima 3 Pieni leikkausvoima 4 Suuri vetovoima

NEdNEd

NEd NEd

1

2

3

4

Veff.1.Rd fu Ant γ M2⁄ 1 3⁄( ) fy Anv γ M0⁄ keskeinen kuorma, kuva 3.19a (3.28)+=

Veff.2.Rd 0 5 f, u Ant γ M2⁄ 1 3⁄( ) fy Anv γ M0⁄ epäkeskeinen kuorma, kuva 3.19b (3.29)+=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

342

3.5.2 Hitsauskiinnitykset

3.5.2.1 Yleistä

Työmaalla tehtäviä hitsauskiinnityksiä pitäisi välttää mahdollisuuksien mukaan, koska hitsaami-nen on hankalampaa asennustyömaalla kuin konepajassa. Lisäksi hitsauksen laadunvarmistusonnistuu konepajassa helpommin.

Tässä esitetyt ohjeet perustuvat Eurocoden osaan EN 1993-1-8, jossa esitetyt säännöt pätevätkäytettäessä yleisiä lisäaineellisia kaarihitsausmenetelmiä (esim. puikkohitsaus, MIG/MAG-hit-saus, jauhekaarihitsaus) ja kun liitettävien levyjen ainepaksuus on vähintään 4 mm [8,9,10].Ohuempien materiaalien hitsausliitoksille annetaan ohjeita Eurocoden osassa EN 1993-1-3 [4].Todettakoon, että Eurocoden ohjeet eivät päde laserhitsaukselle.

Käytettävien hitsausaineiden tulee olla Eurocoden osassa EN 1993-1-8 esitettyjen viitestan-dardien mukaisia. Hitsausaineet tulee valita siten, että niiden myötölujuuden, murtolujuuden,murtovenymän ja Charpy-V iskuenergian minimiarvot vastaavat vähintään hitsattavan perusai-neen vastaavia arvoja [8,9,10].


Käytettäessä lujuusluokkien S500-S700 teräksiä voidaan käyttää myös perusainetta pehmeämpiä eli alilujia hitsausaineita [16,17].

Eurocodessa tai standardissa EN 1090-2 ei esitetä ohjeita hitsausaineen valinnalle tilanteessa,jossa eri lujuusluokan teräksiä liitetään yhteen. Tällöin hitsausaine valitaan kuitenkin yleensäalemman lujuusluokan mukaan, ellei erityisesti ole syytä toisin määrätä [48].

Standardi EN ISO 5817 määrittelee hitsausluokat, joita sovelletaan valmistettaviin hitsausliitok-siin [49]. Hitsausluokkia on kolme, ja ne merkitään tunnuksilla D (tyydyttävä), C (hyvä) tai B(vaativa). Ne perustuvat sallittuihin hitsausvirheisiin, joiden raja-arvot on annettu ao. standar-dissa (ks. tarkemmin tämän käsikirjan kohta 8.4.3). Vaadittava hitsausluokka määräytyy taulu-kossa 3.22 esitetyn mukaisesti standardissa EN 1090-2 rakenteelle tai rakenneosalle valituntoteutusluokan perusteella [21]. Taulukossa tarvittavia EXC-toteutusluokkia ja niiden valintaakäsitellään luvussa 8. Yleensä päädytään käyttämään hitsausluokkaa B tai C. Hitsausluokanvalinnalla ei ole kuitenkaan vaikutusta hitsien kestävyyden laskentaan.

Taulukko 3.22

Hitsausluokkien määräytyminen standardin EN 1090-2 mukaan [21]

Toteutusluokka (EN 1090-2)

EXC1 EXC2 EXC3 EXC4

Hitsausluokka

a)

Luokka D (jos vaaditaan) Luokka C

b)

Luokka B Luokka B+

c)

a) Standardin EN ISO 5817 mukainen hitsausluokka lukuun ottamatta virhetyyppejä: - “Jyrkkä liittyminen” (505) - “Mikroliitosvirhe” (401) joita ei oteta huomioon. b) Yleensä hitsausluokka C, paitsi hitsausluokka D seuraaville virhetyypeille: - “Reunahaava” (5011,5012) - “Pintapalon valuma” (506) - “Sytytysjälki” (601) - “Avoin imuontelo” (2025) c) Hitsausluokka B, sekä lisävaatimukset EN 1090-2 taulukon 17 mukaisesti.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

343

Hitsauskiinnitysten lamellirepeilyä tulee välttää. Lamellirepeilyä käsitellään luvussa 5.

Voimien jakaantuminen hitsauskiinnityksessä voidaan laskea olettamalla käyttäytyminen jokokimmoteorian tai plastisuusteorian mukaiseksi. Tavallisesti voidaan olettaa, että kuorman ja-kaantuminen hitseissä on yksinkertaistettu. Jäännösjännityksiä ja jännityksiä, jotka eivät vaiku-ta kuorman siirtämiseen, ei tarvitse ottaa huomioon määritettäessä hitsin kestävyyttä. Tätäperiaatetta sovelletaan erityisesti normaalijännityksiin, jotka ovat hitsin akselin suuntaisia[8,9,10].

Hitsausliitokset tulee suunnitella siten, että niillä on riittävä muodonmuutoskyky. Liitosten, joihinvoi muodostua plastinen nivel, hitsit suunnitellaan siten, että hitseilla on vähintään sama kes-tävyyden mitoitusarvo kuin heikoimmalla liitettävistä osista. Muissa liitoksissa, joissa vaaditaanmahdollisen venymisen takia muodonmuutoskykyä, hitseiltä vaaditaan riittävää lujuutta jotta neeivät murru ennen viereisen perusaineen yleistä myötäämistä [8,9,10].

Leikkausvoiman kuormittamissa hitsatuissa kiinnityksissä ja ruuveilla kiinnitetyissä päätylevy-liitoksissa palkin uuman hitsit mitoitetaan liitokseen kiinnitettävässä palkissa vaikuttavalle leik-kausvoimalle ottamatta huomioon palkin laipan hitsejä [8,9,10].

Taivutusmomentin kuormittamissa hitsatuissa liitoksissa hitsit tulee mitoittaa siten, että liitok-sen taivutuskestävyyden mitoitusarvo

M

j.Rd

määräytyy aina muiden liitoksen peruskompo-nenttien kuin hitsien perusteella. Palkki-pilariliitoksissa ja palkkien jatkoksissa, joihin syntyykiertyvä plastinen nivel, hitsit mitoitetaan vähintään pienemmälle seuraavista [8,9,10]:

• liitettävän sauvan plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyyden mitoitusarvo

M

pl.Rd

•

α

kertaa liitoksen taivutuskestävyyden mitoitusarvo

M

j.Rd

missä:

α

= 1,4 kehät, joilla jäykistysjärjestelmä täyttää EN 1993-1-1 kohdan 5.2.1(3) ehdon (5.1) sivusiirtymisen vaikutusten suhteen

α

= 1,7 kaikissa muissa tapauksissa

Tällöin varmalla puolella oleva yksinkertaistus on mitoittaa hitsit aina sauvan plastisuusteorianmukaiselle taivutuskestävyydelle

M

pl.Rd

.

3.5.2.2 Pienahitsit

Pienahitsejä voidaan käyttää osien kiinnittämiseen, jos liitospintojen muodostama kulma on60 - 120º. Myös pienemmät kulmat kuin 60º ovat sallittuja. Kuitenkin tällöin hitsiä tarkastellaanosittain läpihitsattuna päittäishitsinä (kohta 3.5.2.3), jolloin hitsin paksuudeksi valitaan enintäänse hitsautumissyvyys, joka voidaan saavuttaa säännöllisesti (osoitettava hitsauskokein). Kul-man ollessa yli 120º pienahitsin kestävyys tulee määrittää kokeellisesti Eurocoden osassa EN1990 esitettyjen kokeellisen mitoituksen ohjeiden mukaisesti [8,9,10].

Pienahitsin efektiivinen a-mitta on suurimman kolmion (joko tasakylkinen tai erikylkinen) kor-keus, joka voidaan piirtää hitsin kylkien ja hitsin pinnan sisään mitattuna kohtisuorassa suun-nassa kyseisen kolmion uloimpaan pintaan nähden, ks. kuva 3.20 [8,9,10]. Yleensä pyritäänkäyttämään tasakylkisiä pienahitsejä.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

344

Kuva 3.20

Pienahitsin efektiivinen a-mitta [8,9,10]

Voimia siirtävän pienahitsin a-mitaksi tulee valita vähintään 3 mm [8,9,10]:

Hitsin kokoon vaikuttavat hitsaustekniset seikat, kun hitsin koko ei määräydy lujuusteknistenvaatimusten perusteella. Hitsin jäähtymisnopeuden kannalta a-mitta ohjeistetaan lähteessä[48] valitsemaan lujuusluokilla S235-S420 tällöin seuraavasti:

missä

t

on aineen paksuus (paksumpi liitettävistä levyistä). Jos hitsin a-mitta on kaavan (3.31)mukaista arvoa pienempi, liitettävää levyä on esilämmitettävä.

Suunnittelija merkitsee konepajapiirustuksiin aina laskelmien edellyttämän efektiivisen a-mitanilman tunkeuman vaikutusta. Mekanisoitua hitsausta käytettäessä konepajassa voidaan harki-ta tunkeuman hyväksikäyttöä kuvan 3.21 mukaisesti edellyttäen, että hitsauskokein osoitetaanettä vaadittu tunkeuma voidaan jatkuvasti saavuttaa käytettävällä hitsausmenetelmällä[8,9,10].

Kuva 3.21

Pienahitsin efektiivinen a-mitta, kun hyödynnetään tunkeumaa [8,9,10]

aaaa

a 3 mm (3.30)≥

a t mm 0 5 mm (3.31),–≥

a


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

345

Pienahitsin tehollisena pituutena

l

eff

käytetään täysikokoisen pienahitsin kokonaispituutta.Tehollisen pituuden arvoksi voidaan valita hitsin kokonaispituus vähennettynä arvolla kaksi ker-taa efektiivinen a-mitta. Edellyttäen, että hitsi on täysikokoinen koko pituudeltaan, ei tehollistapituutta tarvitse pienentää hitsin aloitus- tai lopetuskohtien takia [8,9,10]:

Pienahitsejä, joiden tehollinen pituus on lyhyempi kuin suurempi arvoista 30 mm tai 6 kertaaa-mitta, ei käsitellä voimia siirtävinä [8,9,10]:

Pienahitsejä ei saa lopettaa rakenneosien päissä tai sivuilla, vaan ne hitsataan jatkuvina ja täy-sikokoisina kulman ympäri kaksi kertaa hitsin kyljen pituiseksi jos liitoksen muoto sen mahdol-listaa. Katkopienahitsien tapauksessa tätä sääntöä sovelletaan vain nurkkien viimeiseen hitsiin[8,9,10].

Katkopienahitsejä ei saa käyttää syövyttävissä olosuhteissa. Katkopienahitseissä osahitsien

L

w

väliset hitsaamattomien osien (

L

1

tai

L

2

) mitat valitaan siten, että kuvan 3.22 mukaiset vaa-timukset täyttyvät. Hitsaamaton osa (

L

1

tai

L

2

) mitataan vastakkaisilta puolilta tai samalta puo-lelta riippuen siitä kumpi on lyhyempi. Katkopienahitsejä sisältävät kiinnitykset tehdään siten,että liitettävän osan päässä on molemmilla puolilla aina hitsi, jonka pituus

L

we

on vähintään0,75 kertaa kyseeseen tulevan kapeamman levyn leveys, ks. kuva 3.22 [8,9,10].

leff max 6a ; 30 mm[ ] (3.32)≥


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

346

Kuva 3.22

Katkopienahitsien vaatimukset [8,9,10]

L1

Pienempi arvoista: Lwe ≥ 0,75b ja 0,75b1

Vedetyt hitsatut rakenneosat:- pienempi arvoista: L1 ≤ 16 t ja 16 t1 ja 200 mm

Hitsattu rakenneosa, johon kohdistuu puristus tai leikkaus:- pienempi arvoista: L2 ≤ 12 t ja 12 t1 ja 0,25b ja 200 mm

Ft.Ed Ft.Ed

t b1

b t1

b t1

t b1

t b1

b

t1

Lw Lwe

L1

Lw Lwe

Ft.Ed Ft.Ed

Fc.E Fc.E

L2

L2 Lw Lwe


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

347

Hitsin pituusakselin suhteen kuvan 3.23 mukaisesti epäkeskeisesti kuormitettuja yksittäisiäpienahitsejä ja yhdeltä puolelta osittain läpihitsattuja päittäishitsejä tulee välttää, jos mahdollis-ta. Mikäli niitä kuitenkin käytetään, kuvan 3.23 mukaisesta hitsin pituusakselin suhteen epäkes-keisestä kuormituksesta hitsin juureen aiheutuvat rasitukset tulee ottaa huomioon [8,9,10].

Kuva 3.23

Yhdeltä puolelta hitsatut yksittäiset pienahitsit ja osittain hitsatut päittäishitsit, joi-den juureen aiheutuu rasitusta hitsin pituusakselin suhteen tapahtuvasta taivutuksesta [8,9,10]

Pitkissä päällekkäisliitoksissa siirrettävään voimaan nähden pituussuuntaisen pienahitsin kes-tävyyden mitoitusarvoa pienennetään kertomalla se pienennystekijällä

β

Lw

pituussuuntaisenepätasaisen jännitysjakauman huomioon ottamiseksi. Tätä sääntöä ei kuitenkaan sovelleta, joshitsin pituussuunnassa jännitysjakauma vastaa viereisen perusmateriaalin jännitysjakaumaa,kuten esimerkiksi I-profiilin uuman ja laippojen välisen kaulahitsin tapauksessa [8,9,10].

Päällekkäisliitoksissa, jotka ovat siirrettävän voiman suunnassa pidempiä kuin 150a, pienen-nystekijäksi

β

Lw

valitaan

β

Lw.1

seuraavasti [8,9,10]:

missä

L

j

on on siirrettävän voiman suuntainen päällekkäisliitoksen kokonaispituus

Kun 1,7 metriä pidemmät pienahitsit kiinnittävät levyrakenteiden poikittaisjäykisteitä, pienen-nystekijäksi

β

Lw

valitaan

β

Lw.2


missä

L

j

on on siirrettävän voiman suuntainen päällekkäisliitoksen kokonaispituus


Päällekkäisliitoksessa pituussuuntaisen pienahitsin pituus saa olla enintään 50a, ellei jännitysjakaumaa oteta huomioon mitoituksessa [16,17].

a) Taivutusmomentti aiheuttaa vetoa hitsin juureen

b) Epäkeskeinen vetovoima aiheuttaa vetoa hitsin juureen

e e

βLw.1 1 20 2Lj,150a-------------- mutta βLw.1 1 0 (3.33),≤–,=

βLw.2 1 1 Lw 17⁄ mutta 0,6 βLw.2 1 0 (3.34),≤ ≤–,=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

348

Pienahitsin kestävyys lasketaan käyttämällä joko komponenttimenetelmää tai yksinkertaistet-tua menetelmää seuraavassa esitetyn mukaisesti.

3.5.2.2.1 Pienahitsin kestävyys, kun käytetään komponenttimenetelmää

Komponenttimenetelmässä hitsin yksikköpituuden siirtämät voimat jaetaan hitsin pituussuun-taisen akselin suhteen yhdensuuntaisiin ja sitä vastaan kohtisuoriin komponentteihin, sekä hit-sin laskentapinnan suuntaisiin ja sitä vastaan kohtisuorassa oleviin komponentteihin [8,9,10].

Hitsin pinta-alan mitoitusarvo on [8,9,10]:

missä

a

on pienahitsin efektiivinen a-mitta

l

eff

on pienahitsin tehollinen pituus

Hitsin pinta-alan mitoitusarvon oletetaan sijaitsevan hitsin juuressa [8,9,10].

Jännitykset jaetaan hitsin laskentapinnalla kuvan 3.24 mukaisiin komponentteihin. Kunkin kom-ponentin oletetaan jakaantuvan hitsin laskentapinnalla tasaisesti [8,9,10].

Kuva 3.24

Pienahitsin laskentapinnan jännitykset

Hitsin akselin suuntaista normaalijännitystä

σ

II

ei oteta huomioon laskettaessa hitsin kestä-vyyttä [8,9,10]. Hitsin akselin suuntainen normaalijännitys johtuu siitä, että hitsi joutuu veny-mään pituussuunnassa saman verran kuin liitettävät osat. Tämä jännitys on hitsin kannaltasekundäärinen, koska se ei johdu hitsiä kuormittavasta primääristä voimasta. Näin ollen sitä eioteta huomioon laskettaessa hitsin staattista kestävyyttä. Taivutetussa I-profiilissa taivutukses-ta aiheutuva hitsin akselin suuntainen normaalijännitys on kaulahitsin kannalta sekundäärinenjännitys.

Aw aleff (3.35)∑=

• σ⊥ on laskentapintaa vastaan kohtisuoranormaalijännitys

• σ|| on hitsin akselin suuntainen normaali-jännitys

• τ⊥ on hitsin akselia vastaan kohtisuoraleikkausjännitys (laskentapinnan ta-sossa) ja

• τ|| on hitsin akselin suuntainen leikkaus-jännitys (laskentapinnan tasossa).

σ⊥ σ||

τ⊥

τ||


HITSATUT PROFIILIT

Luku 3

349

Pienahitsin mitoitusehdot ovat [8,9,10]:

missä

f

u

on heikoimman liitettävän osan nimellinen murtolujuus

β

w

on kyseeseen tuleva lujuuskerroin (taulukko 3.23)

γ

M2

on kestävyyden osavarmuusluku (taulukko 2.5)

Todettakoon, että tasakylkisellä pienahitsillä ehto (3.36) muodostuu aina määrääväksi.


Käytettäessä lujuusluokkien S500-S700 teräksiä voidaan käyttää myös perusainetta pehmeämpiä eli alilujia hitsausaineita. Alilujia hitsausaineita käytettäessä

fu korvataan taulukon 3.24 mukaisella hitsausaineen murtolujuudella feu käytettäessä standardien EN 499, EN 12534 ja EN 12535 mukaisia hitsausaineita. βw :n arvona käytetään arvoa 1,0 [16,17].

Kirjoittajan huomautus: - EN 499 on kumottu ja korvattu standardilla EN ISO 2560 - EN 12534 on kumottu ja korvattu standardilla EN ISO 16834 - EN 12535 on kumottu ja korvattu standardilla EN ISO 18276

Hitsattaessa kahta eri lujuusluokan terästä (esim. hybridipalkin laipat ja uuma) käytetään hitsi-en mitoituksessa alemman lujuusluokan teräksen arvoja [8,9,10].

Taulukko 3.23 Hitsin lujuuskertoimet terästen eri lujuusluokille [8,9,10,16,17]

Hitsin lujuuskerroin βw

S235 0,8

S275 0,85

S355 0,9

S420 1,0

S460 1,0

Lujuusluokkien S500-S700 teräksille käytetään arvoa βw = 1,0.

σ⊥2

3 τ⊥2 τ ||

2+( )+fu

βwγ M2--------------- (3.36)≤

σ⊥0 9 f, u

γ M2------------- (3.37)≤



350

Taulukko 3.24 Hitsausaineiden murtolujuus feu jos S500-S700 teräksillä käytetään alilujia hitsausaineita [16,17]

Jos levyt liitetään toisiinsa T-liitoksena (ks. kuva taulukossa 3.25), ja liitettävään levyyn kohdis-tuu ainoastaan suoraa vetoa tai puristusta, kaksipuoleisen symmetrisen pienahitsin kestävyysF2w.Rd voidaan laskea ehtoon (3.36) perustuen seuraavasta kaavasta (tasakylkisellä pienahit-sillä ehto (3.36) muodostuu aina määrääväksi):

missä F2w.Rd on levyn kummallakin puolella olevan pienahitsin yhteenlaskettu kestävyys

fu on heikoimman liitettävän osan nimellinen murtolujuus

βw on kyseeseen tuleva lujuuskerroin (taulukko 3.23)



b on levyn hitsattu leveys (= puolet hitsien yhteenlasketusta pituudesta)

Taulukossa 3.25 on esitetty lausekkeen (3.38) mukaisesti laskettu kaksipuoleisen symmetrisenpienahitsin kestävyys, kun liitettävään levyyn kohdistuu vain suoraa vetoa tai puristusta.

Kaavaan (3.38) perustuen voidaan kyseisessä tapauksessa myös määrittää tarvittava a-mittavarmalla puolella yksinkertaistaen, kun oletetaan liitettävään levyyn pituusyksikköä kohti koh-distuva vetävä voima kyseisen levyn plastisen vetokestävyyden suuruiseksi (eli tfy / γM0), jol-loin saadaan seuraava lauseke kaksipuoleisen symmetrisen tasalujan pienahitsin vaadittavallea-mitalle:

missä fy on liitettävän osan nimellinen myötölujuus (kun kyseinen osa

on samaa tai alempaa lujuusluokkaa kuin viereinen osa)

fu on liitettävän osan nimellinen murtolujuus (kun kyseinen osa




Taulukossa 3.26 on esitetty lausekkeen (3.39) mukaisesti määritetty vaadittava a-mitta kaksi-puoleiselle symmetriselle tasalujalle pienahitsille, kun liitettävään levyyn kohdistuu vain suoraavetoa tai puristusta. Hitsillä on tällöin myös riittävä muodonmuutoskyky.

Hitsausaineen lujuusluokka

35 42 55 62 69

Murtolujuus feu (N/mm2) 440 500 640 700 770

F2w.Rd2

βw-------

fu

γ M2--------- a b (3.38)⋅ ⋅=

aβw

2-------

γ M2

γ M0---------

fy

fu---- t (3.39)⋅ ⋅ ⋅≥



351

Taulukko 3.25 Kaksipuoleisen symmetrisen pienahitsin kestävyys F2w.Rd (kN), kun levynhitsattu leveys on b = 100 mm (hitsien yhteenlaskettu pituus on 200 mm) jaliitettävään levyyn kohdistuu vain suoraa vetoa tai puristusta

Liitettävä levy Murtolujuus a) Hitsin a-mitta (mm)

(paksuus t) fu (N/mm2) 3 4 5 6 7 8 9 10

S235 360 152,7 203,6 254,6 305,5 356,4 407,3 458,2 509,1

S275 430 171,7 228,9 286,2 343,4 400,6 457,9 515,1 572,3

S355 490 184,8 246,4 308,0 369,6 431,2 492,8 554,4 616,0

S275N 390 155,7 207,6 259,5 311,5 363,4 415,3 467,2 519,1

S355N 490 184,8 246,4 308,0 369,6 431,2 492,8 554,4 616,0

S420N 520 176,5 235,3 294,2 353,0 411,8 470,7 529,5 588,3

S460N 540 183,3 244,4 305,5 366,6 427,7 488,8 549,8 610,9

S275M 370 147,7 197,0 246,2 295,5 344,7 394,0 443,2 492,5

S355M 470 177,2 236,3 295,4 354,5 413,6 472,7 531,7 590,8

S420M 520 176,5 235,3 294,2 353,0 411,8 470,7 529,5 588,3

S460M 540 183,3 244,4 305,5 366,6 427,7 488,8 549,8 610,9

S500MC 550 186,7 248,9 311,1 373,4 435,6 497,8 560,0 622,3

S550MC 600 203,6 271,5 339,4 407,3 475,2 543,1 610,9 678,8

S600MC 650 220,6 294,2 367,7 441,2 514,8 588,3 661,9 735,4

S650MC 700 237,6 316,8 396,0 475,2 554,4 633,6 712,8 792,0

S700MC 750 254,6 339,4 424,3 509,1 594,0 678,8 763,7 848,5

S690QL 770 261,3 348,5 435,6 522,7 609,8 696,9 784,0 871,2

a) Taulukoiden 1.12 - 1.14 mukaiset nimelliset lujuusarvot, kun t ≤ 40 mm

- Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osien EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-8 suositusar volla γM2 = 1,25. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National

Annex).

- Taulukon kestävyydet pätevät: - kun liitettävään levyyn kohdistuu vain suoraa vetoa tai puristusta - kun liitettävä levy on samaa tai alempaa lujuusluokkaa kuin viereinen levy - kun käytetään hitsausainetta, jonka myötölujuuden ja murtolujuuden minimiarvot vastaavat vähintään liitettävän levyn vastaavia arvoja. Taulukon kestävyydet eivät päde lujuusluokkien S500 -S700

teräksille, jos niillä käytetään alilujia hitsausaineita.

- Muille kiinnityspituuksille korjauskerroin on b /100, missä b on levyn hitsattu leveys.

kestävyys teräslajilla S3suuntainen leikkausjänn

tw

a

t

FEd



352

Taulukko 3.26 Kaksipuoleisen symmetrisen pienahitsin vaadittava a-mitta, kun liitettäväänlevyyn kohdistuu vain suoraa vetoa tai puristusta ja kiinnityksen kestävyys onsama kuin liitettävän levyn plastinen vetokestävyys

Liitettävä levy (paksuus t)

Myötölujuus a) fy (N/mm2)

Murtolujuus a) fu (N/mm2)

Hitsin a-mitta b)

S235 235 360 0,46·t

S275 275 430 0,48·t

S355 355 490 0,58·t

S275N 275 390 0,53·t

S355N 355 490 0,58·t

S420N 420 520 0,71·t

S460N 460 540 0,75·t

S275M 275 370 0,56·t

S355M 355 470 0,60·t

S420M 420 520 0,71·t

S460M 460 540 0,75·t

S500MC 500 550 0,80·t

S550MC 550 600 0,81·t

S600MC 600 650 0,82·t

S650MC 650 700 0,82·t

S700MC 700 750 0,82·t

S690QL 690 770 0,79·t

a) Taulukoiden 1.12 - 1.14 mukaiset nimelliset lujuusarvot, kun t ≤ 40 mm (teräslajeilla S650MC ja S700MC myötölujuuden arvoja on yksinkertaistettu vaadittavan a-mitan kannalta varmalle puolelle). b) Kuitenkin vähintään a ≥ 3 mm.

- Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osien EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-8 suositusar voilla γM0 = 1,0 ja γM2 = 1,25. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA,

National Annex). - Taulukon a-mitat pätevät: - kun liitettävään levyyn kohdistuu vain suoraa vetoa tai puristusta - kun liitettävä levy on samaa tai alempaa lujuusluokkaa kuin viereinen levy - kun käytetään hitsausainetta, jonka myötölujuuden ja murtolujuuden minimiarvot vastaavat vähintään liitettävän levyn vastaavia arvoja. Taulukon a-mitat eivät päde lujuusluokkien S500 -S700 teräksille,

jos niillä käytetään alilujia hitsausaineita.

kestävyys teräslajilla S3suuntainen leikkausjänn

tw

a

t

FEd



353

3.5.2.2.2 Pienahitsin kestävyys, kun käytetään yksinkertaistettua menetelmää

Pienahitsin kestävyys voidaan vaihtoehtoisesti laskea myös ns. yksinkertaistetulla menetelmäl-lä. Tällöin hitsiin kohdistuvien voimien resultantin oletetaan aiheuttavan hitsin laskentapoikki-pintaan aina pelkkää leikkausta riippumatta voimaresultantin ja hitsin todellisesta suunnasta(varmalla puolella oleva yksinkertaistus). Komponenttimenetelmän mitoitusehdosta (3.36) saa-daan tällöin johdettua hitsin (leikkaus)lujuuden mitoitusarvolle seuraava kaava [8,9,10]:

missä fu on heikoimman liitettävän osan nimellinen murtolujuus



Menetelmän etuna on, että hitsiin kohdistuvan voimaresultantin suuntaa ei tarvitse tuntea, kos-ka näin laskien se ei vaikuta hitsin kestävyyden mitoitusarvoon. Riittää että tunnetaan hitsiinkohdistuvan voimaresultantin suuruus. Toisaalta menetelmä johtaa hieman ylimitoitukseen riip-puen voiman suunnasta.

Hitsin mitoitusehto on [8,9,10]:

missä Fw.Ed on hitsin pituusyksikköä kohti vaikuttavan voiman mitoitusarvo

Fw.Rd on hitsin kestävyyden mitoitusarvo pituusyksikköä kohti

Hitsin kestävyyden mitoitusarvo pituusyksikköä kohti lasketaan kaavasta [8,9,10]:

missä fvw.d on hitsin leikkauslujuuden mitoitusarvo kaavan (3.40) mukaisesti


Taulukossa 3.27 on esitetty lausekkeeseen (3.42) perustuen, mutta kaksipuoleiselle symmet-riselle pienahitsikiinnitykselle laskettu kestävyys, kun liitettävään levyyn kohdistuva kuormitusvoi olla vetoa ja / tai leikkausta (vrt. taulukko 3.25, joka kuitenkin rajoittuu tilanteeseen jossa lii-tettävään levyyn kohdistuu pelkästään suoraa vetoa tai puristusta).

fvw.d

fu 3⁄βwγ M2--------------- (3.40)=

Fw.Ed Fw.Rd (3.41)≤

Fw.Rd fvw.d a (3.42)=



354

Kaavaan (3.42) perustuen voidaan määrittää tarvittava a-mitta kaksipuoleiselle symmetrisellepienahitsille varmalla puolella yksinkertaistaen, kun oletetaan liitettävään levyyn pituusyksik-köä kohti kohdistuva voima kyseisen levyn plastisen vetokestävyyden suuruiseksi (eli tfy / γM0),jolloin vaadittavalle a-mitalle saadaan seuraava lauseke:

missä fy on liitettävän osan nimellinen myötölujuus (kun kyseinen osa


fu on liitettävän osan nimellinen murtolujuus (kun kyseinen osa




Taulukossa 3.28 on esitetty lausekkeen (3.43) mukaisesti määritetty vaadittava a-mitta kaksi-puoleiselle symmetriselle tasalujalle pienahitsille, kun liitettävään levyyn kohdistuva kuormitusvoi olla vetoa ja / tai leikkausta (vrt. taulukko 3.26, joka kuitenkin rajoittuu tilanteeseen jossa lii-tettävään levyyn kohdistuu pelkästään suoraa vetoa tai puristusta). Taulukon arvoja voidaankäyttää riippumatta levyyn kohdistuvien voimien resultantin suunnasta. Hitsillä on tällöin myösriittävä muodonmuutoskyky.

a3βw

2-------------

γ M2

γ M0---------

fy

fu---- t (3.43)⋅ ⋅ ⋅≥



355

Taulukko 3.27 Kaksipuoleisen symmetrisen pienahitsin kestävyys F2w.Rd (kN), kun levynhitsattu leveys on b = 100 mm (hitsien yhteenlaskettu pituus on 200 mm) jaliitettävään levyyn kohdistuva kuormitus on vetoa ja / tai leikkausta

Liitettävä levy Murtolujuus a) Hitsin a-mitta (mm)

(paksuus t) fu (N/mm2) 3 4 5 6 7 8 9 10

S235 360 124,7 166,3 207,8 249,4 291,0 332,6 374,1 415,7

S275 430 140,2 186,9 233,7 280,4 327,1 373,9 420,6 467,3

S355 490 150,9 201,2 251,5 301,8 352,1 402,3 452,6 502,9

S275N 390 127,2 169,5 211,9 254,3 296,7 339,1 381,5 423,8

S355N 490 150,9 201,2 251,5 301,8 352,1 402,3 452,6 502,9

S420N 520 144,1 192,1 240,2 288,2 336,2 384,3 432,3 480,4

S460N 540 149,6 199,5 249,4 299,3 349,2 399,1 448,9 498,8

S275M 370 120,6 160,8 201,1 241,3 281,5 321,7 361,9 402,1

S355M 470 144,7 193,0 241,2 289,4 337,7 385,9 434,2 482,4

S420M 520 144,1 192,1 240,2 288,2 336,2 384,3 432,3 480,4

S460M 540 149,6 199,5 249,4 299,3 349,2 399,1 448,9 498,8

S500MC 550 152,4 203,2 254,0 304,8 355,6 406,5 457,3 508,1

S550MC 600 166,3 221,7 277,1 332,6 388,0 443,4 498,8 554,3

S600MC 650 180,1 240,2 300,2 360,3 420,3 480,4 540,4 600,4

S650MC 700 194,0 258,7 323,3 388,0 452,6 517,3 582,0 646,6

S700MC 750 207,8 277,1 346,4 415,7 485,0 554,3 623,5 692,8

S690QL 770 213,4 284,5 355,6 426,8 497,9 569,0 640,2 711,3

a) Taulukoiden 1.12 - 1.14 mukaiset nimelliset lujuusarvot, kun t ≤ 40 mm

- Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osien EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-8 suositusar volla γM2 = 1,25. Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä (= NA, National

Annex).

- Taulukon kestävyydet pätevät: - riippumatta liitettävään levyyn kohdistuvien voimien resultantin suunnasta - kun liitettävä levy on samaa tai alempaa lujuusluokkaa kuin viereinen levy - kun käytetään hitsausainetta, jonka myötölujuuden ja murtolujuuden minimiarvot vastaavat vähintään liitettävän levyn vastaavia arvoja. Taulukon kestävyydet eivät päde lujuusluokkien S500 -S700


- Muille kiinnityspituuksille korjauskerroin on b /100, missä b on levyn hitsattu leveys.

tw

a

t



356

Taulukko 3.28 Kaksipuoleisen symmetrisen pienahitsin vaadittava a-mitta, kun liitettäväänlevyyn kohdistuva kuormitus on vetoa ja / tai leikkausta ja kiinnityksen kestä-vyys on vähintään sama kuin liitettävän levyn plastinen kestävyys




Hitsin a-mitta b)

S235 235 360 0,57·t

S275 275 430 0,59·t

S355 355 490 0,71·t

S275N 275 390 0,65·t

S355N 355 490 0,71·t

S420N 420 520 0,87·t

S460N 460 540 0,92·t

S275M 275 370 0,68·t

S355M 355 470 0,74·t

S420M 420 520 0,87·t

S460M 460 540 0,92·t

S500MC 500 550 0,98·t

S550MC 550 600 0,99·t

S600MC 600 650 1,00·t

S650MC 650 700 1,01·t

S700MC 700 750 1,01·t

S690QL 690 770 0,97·t



National Annex). - Taulukon a-mitat pätevät: - riippumatta liitettävään levyyn kohdistuvien voimien resultantin suunnasta - kun liitettävä levy on samaa tai alempaa lujuusluokkaa kuin viereinen levy - kun käytetään hitsausainetta, jonka myötölujuuden ja murtolujuuden minimiarvot vastaavat vähintään liitettävän levyn vastaavia arvoja. Taulukon a-mitat eivät päde lujuusluokkien S500 -S700 teräksille,

jos niillä käytetään alilujia hitsausaineita.

tw

a

t



357

3.5.2.3 Päittäishitsit

Läpihitsatun päittäishitsin kestävyys voidaan Eurocoden osan EN 1993-1-8 mukaan olettaa yh-tä suureksi kuin heikoimman liitettävän osan kestävyys edellyttäen, että käytetään hitsausainei-ta joiden myötölujuuden ja murtolujuuden minimiarvot vastaavat vähintään hitsattavanperusaineen vastaavia arvoja [8,9,10].


Käytettäessä lujuusluokkien S500-S700 teräksiä voidaan käyttää myös perusainetta pehmeämpiä eli alilujia hitsausaineita. Alilujia hitsausaineita käytettäessä hitsin kestävyys määritetään hitsausaineen lujuuden perusteella [16,17].

Osittain läpihitsatun päittäishitsin kestävyys lasketaan kohdan 3.5.2.2 mukaisesti kuten tun-keuman omaavan pienahitsin kestävyys. Osittain läpihitsatun päittäishitsin paksuudeksi vali-taan enintään se hitsautumissyvyys, joka voidaan saavuttaa säännöllisesti (osoitettava hit-sauskokein) [8,9,10].

Kuva 3.25 Päittäishitsejä puoli-V-railossa

Läpihitsatun päittäishitsin tapauksessa Eurocode siis sallii olettaa edellä esitetyn mukaisesti,että kiinnityksen kestävyys on yhtä suuri kuin heikoimman liitettävän osan kestävyys. Jos läpi-hitsatun päittäishitsin kestävyys kuitenkin lasketaan komponenttimenetelmällä soveltaen yh-denmukaisesti osittain läpihitsatun päittäishitsin kestävyydelle esitettyjä ohjeita, havaitaan ettälaskentamallin antamat tulokset eivät ole täysin yhtäpitäviä tasalujuusotaksuman kanssa, ks.taulukko 3.29.

tt e

a) fully penetrated butt weld

b) partially penetrated butt weld

b) Osittain läpihitsattu päittäishitsia) Täysin läpihitsattu päittäishitsi

a = t a < tt



358

Taulukko 3.29 Läpihitsatun päittäishitsin laskennallinen kestävyys, jos sovelletaan osittainläpihitsatun päittäishitsin laskentaohjeita komponenttimenetelmällä

Kahdesta osittain läpihitsatusta hitsistä, jotka on vahvistettu kuvan 3.26 mukaisesti pienahit-seillä, koostuvan T-liitoksen kestävyys voidaan määrittää kuten läpihitsatun päittäishitsin, joshitsien yhteenlaskettu nimellinen hitsin paksuus (anom.1 + anom.2) pois lukien hitsaamaton rako(cnom) on vähintään T-liitoksen pystylevynä olevan osan paksuus edellyttäen, että hitsaamatonrako ei ole suurempi kuin pienempi arvoista t / 5 tai 3 mm [8,9,10].

Muussa tapauksessa T-liitoksen päittäishitsin kestävyys lasketaan kohdan 3.5.2.2 mukaisestikuten pienahitsin kestävyys tai kuten tunkeuman omaavan pienahitsin kestävyys, riippuen tun-




Hitsin kestävyys b)

S235 235 360 1,00·Npl.Rd

S275 275 430 1,00·Npl.Rd

S355 355 490 0,99·Npl.Rd

S275N 275 390 1,00·Npl.Rd

S355N 355 490 0,99·Npl.Rd

S420N 420 520 0,89·Npl.Rd

S460N 460 540 0,85·Npl.Rd

S275M 275 370 0,97·Npl.Rd

S355M 355 470 0,95·Npl.Rd

S420M 420 520 0,89·Npl.Rd

S460M 460 540 0,85·Npl.Rd

S500MC 500 550 0,79·Npl.Rd

S550MC 550 600 0,79·Npl.Rd

S600MC 600 650 0,78·Npl.Rd

S650MC 650 700 0,78·Npl.Rd

S700MC 700 750 0,77·Npl.Rd

S690QL 690 770 0,80·Npl.Rd

a) Taulukoiden 1.12 - 1.14 mukaiset nimelliset lujuusarvot, kun t ≤ 40 mm (teräslajeilla S650MC ja S700MC myötölujuuden arvoja on yksinkertaistettu, josta johtuen esitetyt tulokset ovat likimääräiset). b) Npl.Rd = t · fy / γM0 on levyn plastisuusteorian mukainen kestävyys pituusyksikköä kohti. Mitoituskestävyys on rajoitettu enintään levyn kestävyyden Npl.Rd suuruiseksi. Eurocoden osan EN 1993-1-8 mukaan täysin läpihitsatun päittäishitsin kestävyys voidaan otaksua yhtäsuureksi kuin heikoimman liitettävän osan kestävyys.


National Annex). - Taulukon arvot pätevät: - kun liitettävä levy on samaa tai alempaa lujuusluokkaa kuin viereinen levy - kun käytetään hitsausainetta, jonka myötölujuuden ja murtolujuuden minimiarvot vastaavat vähintään liitettävän levyn vastaavia arvoja. Taulukon kestävyydet eivät päde lujuusluokkien S500 -S700


tFEd FEd



359

keuman suuruudesta. Hitsin paksuus tai a-mitta määritetään yhdenmukaisesti joko pienahitse-jä tai osittain läpihitsattuja päittäishitsejä koskevien sääntöjen mukaisesti tapauksesta riippuen[8,9,10].

Kuva 3.26 T-liitoksen läpihitsatut päittäishitsit [8,9,10]

3.5.2.4 Uuman ja laipan välinen hitsi

Uuman ja laipan väliset hitsit voidaan mitoittaa nimelliselle leikkausvuolle VEd / hw , jos VEd ≤Vbw.Rd (VEd on uumassa vaikuttava leikkausvoiman mitoitusarvo ja Vbw.Rd on leikkauslom-mahduskestävyyden uuman osuus lausekkeen (2.110) mukaisesti) [5,6]. Vaihtoehtoisesti hitsitvoidaan tällöin mitoittaa varmalla puolella yksinkertaistaen myös suoraan leikkausvuolleVbw.Rd / hw .

Suuremmilla leikkausvoiman arvoilla (eli kun VEd > Vbw.Rd ) uuman ja laipan väliset hitsit voi-daan mitoittaa varmalla puolella yksinkertaistaen leikkausvuolle , ellei jänni-tystilaa selvitetä tarkemmin [5,6]. I-profiilin kaksipuoleisen symmetrisen pienahitsinvaadittavalle a-mitalle voidaan täten johtaa seuraava lauseke:

missä η on uuman leikkauskestävyydessä muokkauslujittumisen huomioon

ottava tekijä EN 1993-1-5 mukaisesti (taulukko 2.19)

βw on hitsin kyseeseen tuleva lujuuskerroin (taulukko 3.23)


fuw on uuman nimellinen murtolujuus


Jos γM1 = γM0 , hitsin leikkauskestävyys vastaa tällöin uuman plastista leikkauskestävyyttä(ks. lausekkeet (2.101) ja (2.109) ).

anom.1 + anom.2 ≥ t

cnom ≤ min(t / 5 ja 3 mm)

anom.2cnom

anom.1

t

ηfywtw 3γ M1( )⁄

a ηβw

2------

γ M2

γ M1---------

fyw

fuw------- tw (3.44)⋅ ⋅ ⋅ ⋅≥



360

Edellä esitettyjä ohjeita voidaan käyttää myös uuman ja pitkittäisjäykisteen sekä uuman ja poi-kittaisjäykisteen välisille hitseille.

Taulukossa 3.30 on esitetty lausekkeen (3.44) mukainen a-mitta. Jos hitsiin kohdistuu muunsuuntaisia jännityskomponentteja (poikkeuksena hitsin akselin suuntainen normaalijännitys,ks. 3.5.2.2.1), hitsin kestävyys lasketaan kohdan 3.5.2.2 mukaisesti. Myös hitsin asennusaikai-nen kestävyys on tarkastettava aina erikseen, kun profiili nostetaan nostoreijistä.

Taulukko 3.30 I-profiilin kaksipuoleisen symmetrisen pienahitsin vaadittava a-mitta, kun hit-sin pituussuuntainen leikkauskestävyys on sama kuin uuman plastinen leik-kauskestävyys, ja hitsiin kohdistuu vain hitsin akselin suuntainen leikkaus-jännitys

Uumalevy (paksuus tw)



Hitsin a-mitta b)

S235 235 360 0,39·tw

S275 275 430 0,41·tw

S355 355 490 0,49·tw

S275N 275 390 0,45·tw

S355N 355 490 0,49·tw

S420N 420 520 0,61·tw

S460N 460 540 0,64·tw

S275M 275 370 0,47·tw

S355M 355 470 0,51·tw

S420M 420 520 0,61·tw

S460M 460 540 0,64·tw

S500MC 500 550 0,57·tw

S550MC 550 600 0,57·tw

S600MC 600 650 0,58·tw

S650MC 650 700 0,58·tw

S700MC 700 750 0,58·tw

S690QL 690 770 0,56·tw


- Tämän taulukon arvot on laskettu Eurocoden osien EN 1993-1-1 ja EN 1993-1-8 suositusar voilla γM1 = 1,0 ja γM2 = 1,25. Lisäksi tekijälle η on käytetty Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaisia suositusarvoja (käsikirjan taulukko 2.19). Maakohtaiset vaatimukset on tarkastettava kyseisen maan kansallisesta liitteestä

(= NA, National Annex).

- Taulukon a-mitat pätevät: - kun I-profiilin uumaan kohdistuu vain leikkausta ja uuman plastiselle leikkauskestävyydelle osavarmuusluku γM0 = γM1(= 1,0). - kun uuma on samaa tai alempaa lujuusluokkaa kuin laippa - kun käytetään hitsausainetta, jonka myötölujuuden ja murtolujuuden minimiarvot vastaavat vähintään uuman materiaalin vastaavia arvoja. Taulukon a-mitat eivät päde lujuusluokkien

S500-S700 teräksille, jos niillä käytetään alilujia hitsausaineita.

tw

a

tw



361

3.5.2.5 HAZ-vyöhykkeen pehmeneminen S500-S700 terästen hitsausliitoksissa

Hitsauksen aikana huippulämpötila hitsissä ja sen välittömässä läheisyydessä vaihtelee sulanteräksen lämpötilasta käytettyyn työlämpötilaan varsin kapealla alueella. Hitsausliitoksen erikohtiin kohdistuu siten erilainen lämpökäsittelyvaikutus, ja liitokseen syntyy erilaisen mikrora-kenteen omaavia vyöhykkeitä joilla on erilaiset ominaisuudet. Alueesta, jossa perusaineen omi-naisuudet ovat täten eri tavoin muuttuneet, käytetään yleisnimitystä muutosvyöhyke (= HAZ,Heat Affected Zone).

Sellaisilla teräksillä, joiden lujuus on aikaansaatu seostuksen ohella levyn valmistukseen kuu-luvilla lämpökäsittelyillä (esim. termomekaanisesti valssatut teräkset tai nuorrutetut teräkset),hitsauksessa tapahtuva lämpövaikutus saa aikaan HAZ-vyöhykkeen sisällä tietyillä alueilla te-räksen kovuuden (ja samalla myös lujuuden) alenemista. Lujuusluokkien S500-S700 teräksillälujuuden alenemista tapahtuu jo siinä määrin, että se tulee ottaa huomioon hitsatun rakenne-osan kestävyyden mitoitusarvoissa.

Mitoitusohjeet lujuusluokkien S500-S700 teräksille on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-12 [16,17]. Siinä ei ole kuitenkaan käsitelty HAZ-vyöhykkeen pehmenemistä ja sen vaikutustarakenneosan kestävyyteen. Sen sijaan kyseisen Eurocoden osan Suomen kansalliseen liittee-seen on sisällytetty seuraavat ohjeet:


Lujuusluokkien S500-S700 teräksillä perusaineen myötölujuus fy kerrotaan luvulla kHAZ välittömästi hitsin vieressä (hitsin muutos- vyöhykkeellä eli HAZ) seuraavasti, ellei muita arvoja osoiteta oikeammiksi kokeellisesti:

- kHAZ = 1,0 kun fy ≤ 500 N/mm2 - kHAZ = 0,85 kun fy = 700 N/mm2

Väliarvot interpoloidaan lineaarisesti.

Lukuarvot myötölujuuden pienennystekijälle kHAZ voidaan tämän mukaisesti laskea seuraa-vasta lausekkeesta:

kHAZ 1 0 15,fy 500–

200------------------- kun 500 N/mm

2fy 700 N/mm

2 (3.45)≤ ≤⋅–=



362

Kuva 3.27 Myötölujuuden pienennystekijä kHAZ lujuusluokkien S500-S700 teräksille

Hitsin HAZ-vyöhykkeen pehmeneminen ei siis vaikuta itse hitsin kestävyyteen, vaan perusai-neen kestävyyteen, ja siten kyseisen rakenneosan kestävyyteen välittömästi hitsin vieressä.

Kuvassa 3.28 on esitetty esimerkkejä käytännön tilanteista, joissa HAZ-vyöhykkeen pehmene-minen on otettava huomioon. Kuvassa a) I-profiilin ylälaippaan on hitsattu laipan levyinen poi-kittainen levylappu kaksipuoleisella pienahitsillä. Jos I-profiili on lujuusluokkien S500-S700terästä, sen poikkileikkauksen taivutuskestävyys on tarkastettava käyttäen ylälaipan myötölu-juudelle pienennettyä arvoa kHAZ fy . Jos myös kyseinen levylappu on lujuusluokkien S500-S700 terästä, sen itsensä poikkileikkauksen kestävyys pienahitsien vieressä on tarkastettavakäyttäen myötölujuudelle pienennettyä arvoa kHAZ fy .

Kuvassa b) I-profiilin uuma on varustettu molemmin puolisilla pystysuuntaisilla jäykisteillä, jotkaon hitsattu sekä profiilin uumaan että ala- ja ylälaippoihin niiden koko leveydeltä. Jos I-profiilion lujuusluokkien S500-S700 terästä, koko sen poikkileikkaukselle on käytettävä pienennettyämyötölujuuden arvoa kHAZ fy .

I-poikkileikkauksessa kaulahitsien HAZ-vyöhyke on varsin paikallinen suhteessa laipan kokoleveyteen, joten kaulahitsin vaikutusta poikkileikkauksen taivutuskestävyyteen ei yleensä tar-vitse ottaa huomioon normaaleilla mittasuhteilla valmistetun I-profiilin tapauksessa.

0,7

0,8

0,9

1

1,1

200 300 400 500 600 700

fy [MPa]

kHAZ

kHAZ = 0,85



363

Kuva 3.28 Esimerkkejä poikkileikkauksen kestävyyttä pienentävistä hitsauksen HAZ-vyöhyk-keistä käytettäessä lujuusluokkien S500-S700 teräksiä

3.6 Liitokset

Liitos on laajempi käsite kuin kiinnitys (ks. kuva 3.1). Liitoksen kestävyys määritetään sen pe-ruskomponenttien (esim. ruuvi, hitsi, päätylevy, pilarin uuma, pilarin laippa) kestävyyksien pe-rusteella. Kyseisestä tarkastelutavasta käytetäänkin nimitystä komponenttimenetelmä. Kompo-nenttimenetelmää on toistaiseksi kehitetty erityisesti I-profiilien välisille liitoksille. Eurocodenosassa EN 1993-1-8 esitetyt mitoitusohjeet perustuvat juuri tähän menetelmään.

Edellä on käsitelty liitoksen peruskomponenteista ruuvikiinnitykset ja hitsauskiinnitykset, sekäniiden kestävyydet. Seuraavassa tarkastellaan lyhyesti eri rakenneosien välisiä liitoksia, sekäesitetään muutamia niihin liittyviä laskuesimerkkejä. I-profiilien väliset rakenteelliset liitokset jaliitosten peruskomponenttien kestävyydet on käsitelty tarkemmin Eurocoden osassa EN 1993-1-8 [8,9,10] ja lähteessä [19]. EN-Eurocoden kanssa yhteensopivia ohjeita ja laskuesimerkkejäon esitetty myös lähteessä [50].

3.6.1 Profiilien jatkokset

Profiilien jatkoksia tarvitaan esimerkiksi pitkissä kattokannattajissa, koska usein on taloudelli-sempaa kuljettaa palkki lyhyissä osissa ja jatkaa se työmaalla ruuvikiinnityksin kuin kuljettaa seerikoiskuljetuksena. Vaikka ruuvikiinnitys on työmaalla normaalisti hitsauskiinnitystä suositelta-vampi kiinnitystapa, hitsauskiinnityksiä voidaan joutua käyttämään työmaalla esim. siltapalk-kien ja nosturiratapalkkien jatkoksissa.

a) I-profiiliin ylälaippaan on hitsattu laipan levyinen poikittainen levylappu kaksipuoleisella pienahitsillä

b) I-profiilin uuman molemmilla puolilla on poikittaisjäykisteet, jotka on hitsattu uumaan ja laippoihin niiden koko leveydeltä



364

Jatkokset voidaan tehdä joko nivelellisinä tai momenttijäykkinä. Suunnittelijan on päätettävä jorakennemallia muodostaessaan mahdollisten nivelten paikat, jotka aiheutuvat nivelellisistä jat-koksista. Momenttijäykkä jatkos kannattaa suunnitella vähiten kuormitettuun paikkaan, elleiasennus ole kohtuuttoman hankalaa ja profiilien pituudet pysyvät tarpeeksi lyhyinä. Taivutus-momentin lisäksi on otettava huomioon myös leikkausvoiman ja normaalivoiman vaikutus jat-koskohdassa.

Puristettujen profiilien jatkosten mitoituksessa on otettava huomioon toisen kertaluvun taivu-tusmomentit, ellei jatkoksen lujuus ole vähintään yhtä suuri kuin sauvan lujuus. Lisämomentitaiheutuvat puristavan voiman epäkeskeisyydestä ja profiilin alkukäyryydestä. LisämomentinΔMEd oletetaan vaikuttavan sen poikkileikkauksen akselin suhteen, joka antaa pienimmän ar-von pienennystekijälle χ taivutusnurjahduksessa (ks. kohta 2.6.3). Jos sauvalle ei tehdä erik-seen toisen kertaluvun analyysiä, profiilien jatkos on mitoitettava sisäiselle lisäleikkausvoimalleΔVEd . Toisen kertaluvun aiheuttama lisämomentti ja lisäleikkausvoima voidaan laskea seuraa-vasti [4]:

missä NEd on sauvassa vaikuttavan sisäisen puristusvoiman mitoitusarvo

murtorajatilassa

χ on taivutusnurjahduksen pienennystekijä kohdan 2.6.3 mukaisesti

Aeff on poikkileikkauksen tehollinen pinta-ala

Weff on poikkileikkauksen tehollinen taivutusvastus

x on jatkoksen tai päätykiinnityksen etäisyys lähimpään nurjahduksen

käännepisteeseen (eli lähimpään momentin nollakohtaan)

l on sauvan nurjahtava pituus momentin nollakohtien välillä tarkasteltavan

akselin suhteen

Pilarien jatkoskohta kannattaa sijoittaa mahdollisimman lähelle tukea, jossa pilarin sivuttaistai-puma on pieni. Tällöin toisen kertaluvun voimasuureet vaikuttavat mahdollisimman vähän liitok-sen kestävyyteen.

Kun puristetussa liitoksessa sauvoja ei valmisteta täydelle kosketuspaineelle, käytetään jatkos-levyjä sauvan sisäisten voimien ja momenttien (mukaan lukien epäkeskeisyydestä, alkuepätäy-dellisyyksistä ja toisen asteen muodonmuutoksista aiheutuvat taivutusmomentit) siirtämiseksijatkoksen kohdalla. Sisäisten leikkausvoimien arvoiksi valitaan molempien akselien suunnassaleikkausvoima, joka on vähintään 2,5 % heikomman poikkileikkauksen normaalivoimakestä-vyydestä. Sisäisten momenttien arvoksi valitaan molempien akselien suhteen vähintään 25 %heikomman poikkileikkauksen taivutuskestävyydestä. Kun sauvat valmistetaan täydelle koske-tuspaineelle, jatkoslevyt suunnitellaan siirtämään vähintään 25 % pilarin suurimmasta puristus-voimasta [8,9,10].

ΔMEd NEd1χ--- 1–⎝ ⎠

⎛ ⎞ Weff

Aeff----------

πxl

------ (3.46)sin⋅ ⋅ ⋅=

ΔVEd NEd1χ--- 1–⎝ ⎠

⎛ ⎞ Weff

Aeff----------

πl--- (3.47)⋅ ⋅ ⋅=



365

Kuva 3.29 Erilaisia jatkostyyppejä

Kuvassa 3.29 a) esitettyä universaalijatkosta voidaan käyttää sekä palkkien että pilareiden jat-kostyyppinä. Jatkos suosii automaattista poralinjavalmistusta, koska I-profiiliin ei tarvitse hitsa-ta kiinnitysosia. Pelkkä kiinnityslevyjen sekä laippojen ja uuman reijitys riittää. Lisäksi kiinnityson nopea asentaa työmaalla. Jatkos ei aiheuta ylimääräisiä muodonmuutoksia, jos liitos suun-nitellaan kitkaliitoksena. Kitkaliitoksia on kuitenkin syytä käyttää vain tarkoin harkituissa koh-teissa, koska liitospinnat on suojattava huolellisesti sekä kuljetuksen että asennuksen aikana.Tämä hidastaa asennusta, jos suojattavia pintoja on paljon.

Palkkien momenttijäykkänä jatkoksena voidaan käyttää myös kuvan b) mukaista päätylevylii-tosta. Sitä käytetään esimerkiksi silloin, kun palkki on niin pitkä, että se halutaan tehdä kahdes-ta osasta ja jatkaa työmaalla.

Kuvan c) mukainen liitos on jatkuvan palkin nivelliitos. Nivelen paikka kentässä voidaan valitasiten, että tuki- ja kenttämomentit ovat yhtä suuria, jolloin palkin kantokyky hyödynnetään par-haiten kimmoteorian mukaisessa mitoituksessa [51].

Kuvassa d) on tyypillinen kotelopilarin jatkosliitos. Kuvan e) liitosta voidaan käyttää, kun I-pilarinpoikkileikkaus muuttuu.

e)

a) b) c)

d)



366

Esimerkki 3.1

Tarkastetaan oheisessa kuvassa esitetyn universaalijatkoksen kestävyys. Profiilin poikki-leikkaus on WI800-12-25×450-15×300. Kaikkien teräsosien teräslaji on S355J2. RuuvienM20 lujuusluokka on 8.8 (52 kpl). Ruuvien kierteet eivät ole leikkautumistasossa. Oletetaan,että ruuvikiinnitysluokka on muu kuin luokka C.

Kuormitus:

My.Ed = 630 kNm VEd = 450 kN

fy = 355 N/mm2 fu = 490 N/mm2 γM0 = 1,0 (taulukko 2.5) γM1 = 1,0 (taulukko 2.5) γM2 = 1,25 (taulukko 2.5)

Profiilin bruttopoikkileikkauksen poikkileikkausarvot:

Tarkastetaan profiilin poikkileikkausluokka (taulukot 2.7 - 2.9, mutta jätetään kaulahitsienvaikutus huomioon ottamatta):

Puristettu laippa:

IyIwWy.cWy.t

= 2561 ·106 mm4

= 439,0 ·106 mm4

= 8606 ·103 mm3

= 5098 ·103 mm3

uuman neliömomentti puristuspuolen taivutusvastus vetopuolen taivutusvastus

sluokka on 8.8.

3·70

4·10

050

50

3·70 5050

90

10

5050 70 70110

502,

4

50 50200

PL 15×300

PL 15×300

PL 12×500

VSd

My.Sd

110

x

zMy.Ed

VEd

ctf---

21925--------- 8 8 11 4 poikkileikkausluokka 3⇒,≤,= =



367

Uuma:

Koska puristettu laippa kuuluu PL-luokkaan 3, poikkileikkausta ei päästä luokittelemaanPL2:een, joten ei kannata tarkastaa täyttääkö uuma PL2 vaatimusta. Riittää jos voidaanosoittaa että uuma täyttää PL3 vaatimukset:

⇒ uuma kuuluu PL-luokkaan 3 ⇒ profiili kuuluu PL-luokkaan 3.

Profiilin jännitykset:

Profiilin taivutusjännitykset ja poikki-leikkauksen eri osien sisäiset voima-suureet on esitetty viereisessä kuvas-sa. Uumassa vaikuttava normaalijän-nitys aiheutuu profiilin epäsymmetri-syydestä.

Laippojen voimasuureet (laskettunalaippojen painopisteiden kohdalla vaikuttavien jännitysten perusteella):

Nc.Ed = 789,2 kN ylälaipassa vaikuttava normaalivoima (puristusta) Nt.Ed = 547,9 kN alalaipassa vaikuttava normaalivoima (vetoa)

Uuman voimasuureet:

uumassa vaikuttava normaalivoima:

uumassa vaikuttava taivutusmomentti (jaetaan jäykkyyksien suhteessa):

Uumassa vaikuttava taivutusmomentti voitaisiin vaihtoehtoisesti laskea ulkoisen momentinja kuvassa esitettyjen poikkileikkauksen sisäisten voimasuureiden momenttitasapainoeh-dolla.

ψ 502 4 15–,760 502 4 15–,( )–----------------------------------------------– 1 788,–= =

bw

tw------

76012--------- 63 3 62ε 1 ψ–( ) ψ–( )≤, 62 235 355⁄ 1 1 788,–( )–( ) 1 788,⋅ ⋅ 188 1,= = = =

äänava

epä-

73,19

67,04

119,89

123,58

σw.Sd =26,42

Nc.Sd

Nw.Sd

Nt.Sd

Mw.Sd

Nc.Ed

Mw.Ed

Nw.Ed

Nt.Ed

73,267,1

σw.Ed = 26,4

123,6119,9

Nw.Ed Nc.Ed Nt.Ed– 789 2 547 9,–, 241 3 kN (vetoa),= = =

Mw.Ed MEd Iw Iy⁄( ) 630 439 0, 106⋅ 2561 10

6⋅⁄( )⋅= 108 0 kNm,= =



368

A. Laippojen liitoslevyt:

A.1 Vetopuolen liitoslevy:

tp = 15 mm, bp = 300 mm

bruttopoikkileikkauksen kestävyys:

nettopoikkileikkauksen kestävyys (tarkastettava vedetyn laipan puolella):

ruuvien leikkauskestävyys (taulukko 3.12):

tarkastetaan täytyykö ruuvien leikkauskestävyyttä pienentää liitoksen pituuden takia:

⇒ ruuvien leikkauskestävyyttä ei tarvitse pienentää.

ruuvien sijoittelu: (taulukko 3.9):

liitoslevyn reunapuristuskestävyys:

kertoimet: voiman suunnassa:

Npl.Rd bp tp fy γ M0⁄ 300 15 355 1 0 1597 5 kN 547 9 kN OK,≥,=,⁄⋅ ⋅==

Anet bp 2– d0( ) tp 300 2 22⋅–( ) 15⋅ 3840 mm2= = =

Nu.Rd0 9A, net fu

γ M2------------------------

0 9 3840 490⋅ ⋅,1 25,

--------------------------------------- 1354 8 kN 547 9 kN OK,≥,= = =

Fv.Rd 120 6 kN 547 9 8⁄,≥, 68 5 kN OK,= =

Lj 3 70⋅ 210 mm 15d≤ 15 20⋅ 300 mm= = = =

e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 70 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

p2 200 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 0 7576,, ,[ ] 0 7576 levyn pään ruuvit,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

p1

3d0--------

14---–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 1 0 ; 1 633 ; 0 8106,, ,[ ] 0 8106 sisemmät ruuvit,= = =



369

voimaa vastaan kohtisuorassa suunnassa:

reunapuristuskestävyyksiksi saadaan:

levyn pään ruuvit:

sisemmät ruuvit:

liitoslevyn pään ruuvit määräävät täten sen reunapuristuskestävyyden:

A.2 Puristuspuolen liitoslevy:

tp = 15 mm, bp = 300 mm

bruttopoikkileikkauksen kestävyys:

ruuvin reikien vaikutusta liitoslevyn poikkileikkauksen kestävyyteen ei tarvitse ottaa huo-mioon puristuspuolella (kun ruuvit on reijissä).

liitoslevyn nurjahtaminen (taulukko 3.9):

ruuvien leikkauskestävyys (taulukko 3.12):

tarkastetaan täytyykö ruuvien leikkauskestävyyttä pienentää liitoksen pituuden takia:

⇒ ruuvien leikkauskestävyyttä ei tarvitse pienentää.

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 11 03,, ,[ ] 2 5,= = =

Fb.Rd k1 αb fu d t γ M2⁄ 2 5, 0 7576, 490 20 15 1 25,⁄⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 222 7 kN,= = =

Fb.Rd k1 αb fu d t γ M2⁄ 2 5, 0 8106, 490 20 15 1 25,⁄⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 238 3 kN,= = =

Fb.Rd 222 7 kN 547 9, 8⁄≥, 68 5 kN OK,= =

Npl.Rd 1597 5 kN 789 2 kN OK,≥,=

p1.max t⁄ p 110 15⁄ 7 3 9ε≤, 9 235 355⁄ 7 3 OK (rajalla, mutta hyväksytään),= = = =

e2 tp⁄ 50 15⁄ 3 3 9ε≤, 9 235 355⁄ 7 3 OK,= = = =

Fv.Rd 120 6 kN 789 2 8⁄,≥, 98 7 kN OK,= =

Lj 3 70⋅ 210 mm 15d≤ 15 20⋅ 300 mm= = = =

-



370


puristuspuolella liitoslevyn reunapuristuskestävyys on päätyruuveilla sama kuin sisemmilläruuveilla, joka puolestaan on sama kuin vetopuolen sisemmillä ruuveilla:

B. Uuman liitoslevyt:

liitoslevyt: tp = 12 mm, hp = 500 mm

ruuvivoimat:

Ruuvivoimat on määritettävä kimmoteorian mukaisesti, koska ruuvien leikkauskestävyys onpienempi kuin reunapuristuskestävyys (esitetään myöhemmin). Momentista aiheutuvatvoimat jaetaan ruuveille tällöin etäisyyden suhteessa kiertokeskiöstä. Voimien laskemiseentarvitaan ruuviryhmän polaarinen neliömomentti kiertokeskiön suhteen:

ruuvivoima on suurin alimmaisen rivin vasemmanpuoleisimmassa ruuvissa, jossa poik-kileikkauksen kaikkien sisäisten voimien (M+N+V) reaktiot kumuloivat ‘samansuuntaisina’

etäisyydet kiertokeskiöstä tarkasteltavaan ruuviin: pystysuunnassa z = 200 mm, vaakasuunnassa y = 35 mm epäkeskeisyys: e = 90 mm (liitoksen keskeltä kiertokeskiöön, ks. kuva)

ruuvien leikkauskestävyys (kaksileikkeinen liitos):

Fb.Rd 238 3 kN 789 2 8⁄,≥, 98 7 kN OK,= =

Ip Σx2 Σ z

2+ 10 352

4 1002

2002+( )⋅+⋅ 212250 mm

2= = =

MEd Mw.Ed V+ Ed e 108 0 450 0 90⋅,+, 148 5 kN momentti,= = =

Vb.Ed

MEd

Ip---------- y

VEd

10--------+ 148 5, 10

6⋅212250

--------------------------- 35 450 103⋅

10---------------------+⋅ 69 5 kN pystysuuntaiset voimat,= = =

Hb.Ed

MEd

Ip---------- z

Nw.Ed

10-------------

148 5 106⋅,

212250-------------------------- 200⋅ 241 3, 10

3⋅10

------------------------ 164 1 kN vaakasuuntaiset voimat,=+=+=

Fb.Ed Vb.Ed2

Hb.Ed2+ 69 5

2, 164 12,+ 178 2 kN voimaresultantti,= = =

Fv.Rd 2 120 6 kN,⋅ 241 2 kN Fb.Ed 178 2 kN OK,=≥,= =



371


edellä tarkasteltu alarivin vasemmanpuoleisin ruuvi on kriittisin

reunapuristuskestävyys vaakasuuntaisen voimakomponentin Hb.Ed suhteen:

ruuvien sijoittelu:

voiman suunnassa (levyn pään ruuvit):

voimaa vastaan kohtisuorassa suunnassa (reunarivin ruuvit):

reunapuristuskestävyydeksi saadaan tarkasteltavan ruuvin suhteen:

reunapuristuskestävyys pystysuuntaisen voimakomponentin Vb.Ed suhteen:

ruuvien sijoittelu:

voiman suunnassa (koska tarkasteltava ruuvi aiheuttaa liitoslevyyn puristusta, käytetäänmyös levyn pään ruuville sisempien ruuvien mukaista tekijää αb):

e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 70 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

p2 100 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 0 7576,, ,[ ] 0 7576,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 4 664,, ,[ ] 2 5,= = =

FH.b.Rd k1 αb fu d t γ M2⁄ 2 5, 0 7576, 490 20 12 1 25,⁄⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 178 2 kN,= = =

FH.b.Rd 178 2 kN Hb.Ed 2⁄≥, 164 1, 2⁄ 82 1 kN OK,= = =

e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 100 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

p2 70 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

p1

3d0--------

14---–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 1 0 ; 1 633 ; 1 265,, ,[ ] 1 0,= = =



372



⇒ ruuvivoimat on määritettävä kimmoteorian mukaisesti (kuten on tehtykin)

liitoslevyn palamurtumiskestävyys:

Suurimmat ruuvivoimat kohdistuvat kahteen alimmai-seen ruuviin, joiden muodostama ryhmä on liitoslevynpalamurtumisen suhteen kriittisin (ks. kuva). Kuvaanon piirretty vain momentista aiheutuvat ruuvivoimat.Nähdään, että momentista aiheutuvien ruuvivoimienvaakakomponentit vaikuttavat samaan suuntaan,mutta pystykomponentit kumoavat toisensa. Uumannormaalivoimasta Nw.Ed (vetoa) aiheutuvat ruuvivoi-mat vaikuttavat lisäksi samaan suuntaan kuin momen-tista aiheutuvat vaakavoimat. Profiilin leikkausvoi-masta VEd aiheutuvat pystysuuntaiset ruuvivoimatvaikuttavat palamurtumisen kannalta vastakkaiseensuuntaan (eli ne eivät pyri repimään palaa irti levys-tä), joten ne voidaan jättää tarkastelusta pois.

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 2 755,, ,[ ] 2 5,= = =

FV.b.Rd k1 αb fu d t γ M2⁄ 2 5, 1 0, 490 20 12 1 25,⁄⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 235 2 kN,= = =

FV.b.Rd 235 2 kN Vb.Ed 2⁄≥, 69 5, 2⁄ 34 8 kN OK,= = =

FV.b.Rd2

FH.b.Rd2+ 235 2, 2

164 1, 2+ Fv.Rd> 120 6 kN,= =

H∑ b.Ed Hb.Ed 2⁄ Hb.Ed 2⁄+ 164 1, 2 164 1, 2⁄+⁄ 164 1 kN,= = =

Ant 50 22 2⁄–( ) 12⋅ 468 mm2= =

Anv 50 70+( ) 22 22 2⁄+( )–[ ] 12⋅ 1044 mm2= =

Veff.Rd 0 5, fu Ant γ M2⁄ 1 3⁄( )fy Anv γ M0⁄ (epäkeskeinen kuorma)+=

0 5 490 468 1 25 1 3⁄( ) 355 1044 1 0,⁄⋅ ⋅+,⁄⋅ ⋅,=

305 7 kN H∑ b.Ed≥, 164 1 kN OK,= =



373

liitoslevyn poikkileikkauksen kestävyys:

leikkausjännitys nettoleikkauksessa:

vedetyn reunan normaalijännitys nettoleikkauksessa (enemmän kuormitettu reuna):

vedetyn reunan myötöehto (σ z = 0):

tarkastetaan puristetun reunan nurjahtaminen (taulukko 3.9):

⇒ levyn nurjahdus ruuvien välissä on kriittinen, joten sille joudutaan suorittamaan tarkem-pi tarkastelu (vaihtoehtoisesti voidaan valita uuman liitoslevyjen paksuudeksi tp = 15 mm,eli sama kuin puristetun laipan jatkoslevyllä, jonka nurjahdustarkastelu on suoritettu jaOK):

puristetun reunan normaalijännitys nettoleikkauksessa:

liitoslevyn neutraaliakselin etäisyys levyn alareunasta:

AV.net hp 5d0–( ) tp 500 5 22⋅–( ) 12⋅ 4680 mm2= = =

τEdVEd 2⁄AV.net---------------

450 103⋅ 2⁄

4680---------------------------- 48 1 N/mm

2 fy 3⁄γ M0

---------------≤, 355 3⁄1 0,

-------------------- 205 0 N/mm2 OK,= = = = =

Anet hp 5d0–( ) tp 500 5 22⋅–( ) 12⋅ 4680 mm2= = =

Iy.net12 500

3⋅12

---------------------12 22

3⋅12

------------------– 2 12 223⋅

12------------------ 12 22 100

2⋅ ⋅+– 2 12 223⋅

12------------------ 12 22 200

2⋅ ⋅+–=

Iy.net 9855 104 mm

4⋅=

σx.t.Ed

MEd 2⁄Iy.net

-----------------hp

2-----

Nw.Ed 2⁄Anet

--------------------+⋅ 148 5 106⋅, 2⁄

9855 104⋅

---------------------------------5002

---------241 3, 10

3⋅ 2⁄4680

---------------------------------+⋅= =

188 4 25 8,+, 214 2 N/mm2 fy

γ M0---------≤, 355

1 0,--------- 355 N/mm

2 OK= = = =

σx.t.Ed

fy γ M0⁄----------------

23

τEd

fy γ M0⁄----------------

2+ 214 2,

355 1 0,⁄----------------------

23 48 1,

355 1 0,⁄----------------------

2+ 0 4191 1 0 OK,≤,= =

p1.max t⁄ p 110 12⁄ 9 2 9ε≥, 9 235 355⁄ 7 3 ei OK ! ,= = = =

e2 tp⁄ 50 12⁄ 4 2 9ε≤, 9 235 355⁄ 7 3 OK,= = = =

σx.c.Ed 188– 4 25 8,+, 162– 6 N/mm2,= =

zn

σx.t.Ed

σx.t.Ed σx.c.Ed–---------------------------------- hp⋅ 214 2,

214 2 162 6,–( )–,-------------------------------------------- 500⋅ 0 5685 500⋅, 284 3 mm,= = = =



374

puristusjännitys liitoslevyn ylimmän ruuvirivin kohdalla:

kimmoteorian mukainen kriittinen nurjahdusjännitys ruuvien välissä yksikköleveydellä:

nurjahduslujuus (käytetään c-käyrää: α = 0,49):

⇒ uuman liitoslevyjen paksuus on riittävä

C. Profiilin laipat jatkoksen kohdalla:

C.1 Vetopuolen laippa:

Vetolaipan brutto- ja nettopoikkileikkauksien kestävyydet sekä reunapuristuskestävyydetovat samat kuin vetopuolen liitoslevyllä ⇒ OK

C.2 Puristuspuolen laippa:

Koska puristuspuolen laippa on täysin tehollinen (PL-luokka 3) ja samalla laippa onleveämpi ja paksumpi kuin siinä oleva liitoslevy, laipan brutto- ja nettopoikkileikkauksienkestävyydet ovat suuremmat kuin siinä olevalla liitoslevyllä. Laipan reunapuristuskestävyy-det ovat vähintään samat kuin liitoslevyn reunapuristuskestävyydet (koska puristuslaippaon paksumpi kuin liitoslevy ja reikien reunaetäisyydet ovat samat tai suuremmat kuin liito-slevyssä) ⇒ OK

σx.b.Ed

hp zn–( ) 50–

hp zn–( )--------------------------------- σx.c.Ed⋅ 500 284 3,–( ) 50–

500 284 3,–( )---------------------------------------------- 162 6,–( )⋅ 124– 9 N/mm

2,= = =

Lcr 0 6p1, 0 6, 110⋅ 66 mm (taulukko 3.9)= = =

σcrπ2

EI

ALcr2

------------π2

Etp3

12------⋅

tpLcr2

--------------------π2

E12

---------tp2

Lcr2

-------⋅ π2210000⋅12

----------------------------12

2

662

--------⋅ 5710 N/mm2= = = = =

λfy

σcr-------

3555710------------ 0 2493 0 2,>,= = =

Φ 0 5, 1 α λ 0 2,–( ) λ2

+ +[ ]⋅ 0 5, 1 0 49, 0 2493, 0 2,–( )⋅ 0 2493, 2+ +[ ]⋅ 0 5432,= = =

χ 1

Φ Φ2 λ2

–+---------------------------------

1

0 5432 0 54322

0 24932,–,+,

--------------------------------------------------------------------------- 0 9748 1 0,≤,= = =

σx.Rdχ fy

γ M1---------

0 9748, 355⋅1 0,

------------------------------- 346 1N/mm2 σx.b.Ed≥, 124 9 N/mm

2 OK,= = = =



375

D. Profiilin uuma jatkoksen kohdalla:

D.1 Uuman leikkauskestävyys:

plastinen leikkauskestävyys nettoleikkauksessa (η = 1,20, taulukko 2.19):

D.2 Uuman reunapuristuskestävyys:

Ruuvivoimat ovat muuten samat kuin uuman liitoslevyn tapauksessa, mutta nyt ruuvivoimatkohdistuvat yhdelle levylle kahden sijasta. Ruuvivoimat ovat suurimmat samassa ruuvissa,jota tarkasteltiin edellä uuman liitoslevyjen yhteydessä. Kyseinen ruuvi ei ole kuitenkaanvälttämättä nyt kriittisin, vaan myös lähimpänä palkin päätä olevan ruuvin reunapuris-tuskestävyys joudutaan tarkastamaan.

vasen palkki, alin ruuvirivi, vasen ruuvi:


ruuvien sijoittelu:

voiman suunnassa (sisemmät ruuvit):


AV η hw tw( ) d0 tw∑–∑[ ] 1 20 760 12 5 22 12⋅ ⋅–⋅[ ], 9360 mm2= = =

Vpl.Rd AV

fy 3⁄γ M0

---------------⋅ 9360 355 3⁄1 0,

--------------------⋅ 1918 kN VEd≥ 450 0 kN OK,= = = =

e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 130+ 180 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = = =

p1 70 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

p2 100 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

p1

3d0--------

14---–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 1 0 ; 1 633 ; 0 8106,, ,[ ] 0 8106,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 21 21 ; 4 664,, ,[ ] 2 5,= = =



376



ruuvien sijoittelu:





vasen palkki, alin ruuvirivi, oikea ruuvi (= lähimpänä palkin päätä):

ruuvivoimat:


FH.b.Rd 190 7 kN Hb.Ed≥, 164 1 kN OK,= =

e1 50 130+ 180 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 100 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

p2 70 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 2 727, , ,[ ] 1 0,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 2 755,, ,[ ] 2 5,= = =


FV.b.Rd 235 2 kN Vb.Ed≥, 69 5 kN OK,= =

FV.b.Rd2

FH.b.Rd2+ 235 2, 2

190 7, 2+ Fv.Rd> 2 120 6,⋅ 241 2 kN,= = =

Vb.Ed

MEd

Ip---------- y

VEd

10--------– 148 5, 10

6⋅212250

--------------------------- 35 450 103⋅

10---------------------–⋅ 20– 5 kN pystysuuntaiset voimat,= = =

Hb.Ed

MEd

Ip---------- z

Nw.Ed

10-------------

148 5 106⋅,

212250------------------------ 200⋅ 241 3, 10

3⋅10


Fb.Ed Vb.Ed2

Hb.Ed2+ 20 5




377


ruuvien sijoittelu:





ruuvien sijoittelu:



e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 130+ 180 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = = =

p1 70 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

p2 100 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 0 7576,, ,[ ] 0 7576,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 21,21 ; 4 664,,[ ] 2 5,= = =



e1 50 130+ 180 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 100 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

p2 70 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 2,727, ,[ ] 1 0,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 2 755,, ,[ ] 2 5,= = =



378


D.3 Palkin pään palamurtumiskestävyys:

Palkin päässä tilanne on palamurtumisen suhteenhieman toinen kuin uuman liitoslevyjen tapaukses-sa. Nyt kriittisimmäksi muodostuu vetopuolen nel-jän alimmaisen ruuvin muodostama ruuviryhmä,jota oheiseen kuvaan piirretyt momentista aiheutu-vien ruuvivoimien vaakakomponentit pyrkivät repi-mään irti uumasta. Kuvaan on piirretty vain mo-mentista aiheutuvat ruuvivoimat. Uuman normaali-voimasta Nw.Ed (vetoa) aiheutuvat ruuvivoimatvaikuttavat lisäksi samaan suuntaan kuin momen-tista aiheutuvat vaakavoimat. Momentista aiheutu-vat pystykomponentit kumoavat toisensa (ks. kuva).Pystysuuntainen leikkausvoima VEd voidaan jättäähuomioon ottamatta nyt tarkasteltavana olevassapalamurtumismallissa.

vaakasuuntaiset ruuvivoimat:

ruuvirivi 1, jokainen ruuvi:

ruuvirivi 2, jokainen ruuvi:



Hb.1.Ed

MEd

Ip---------- z

Nw.Ed

10-------------

148 5 106⋅,

212250------------------------ 200⋅ 241 3, 10

3⋅10


Hb.2.Ed

MEd

Ip---------- z

Nw.Ed

10-------------

148 5 106⋅,

212250------------------------- 100⋅ 241 3, 10

3⋅10




379

palaan kohdistuva vaakasuuntainen kokonaisvoima:

Edellä suoritettujen tarkastelujen lisäksi tulee tarkastaa I-profiilin poikkileikkauksen kestä-vyydet jatkoksen vieressä.

H∑ b.Ed 2Hb.1.Ed 2Hb.2.Ed+ 2 164⋅ 1 2 94⋅ 1,+, 516 4 kN,= = =

Ant 100 22–( ) 12⋅ 936 mm2= =

Anv 2 50 70 22– 22 2⁄–+( ) 12⋅ ⋅ 2088 mm2= =

Veff.Rd fu Ant γ M2⁄ 1 3⁄( )fy Anv γ M0⁄ (keskeinen kuorma)+=

490 936 1 25 1 3⁄( ) 355 2088 1 0,⁄⋅ ⋅+,⁄⋅=

794 9 kN H∑ b.Ed≥, 516 4 kN OK,= =



380

Esimerkki 3.2

Lasketaan oheisen kuvan mukaisen päätylevyjatkoksen taivutuskestävyys, kun liitokselta eivaadita plastisuusteorian mukaisen kokonaistarkastelun edellyttämää kiertymiskykyä. Palk-kiprofiili on WI500-8-15×250. Päätylevyn paksuus on 25 mm. Teräslaji on S355J2. Ruuvitovat 6×M24 8.8.

fy = 355 N/mm2 fu = 490 N/mm2 γM0 = 1,0 (taulukko 2.5) γM2 = 1,25 (taulukko 2.5) βw = 0,9 (taulukko 3.23)

Profiili: Wpl.y = 2261 ·103 mm3

Päätylevyn mitat ja liitoksen geometria:

Lasketaan liitoksen kestävyys EN 1993-1-8 kohdan 6.2.7.1(8) mukaisesti [8,9,10]. Käyte-tään yksinkertaistettua menetelmää, jolloin vedetyn puolen ruuvien voimat ja ekvivalentti T-osa ovat oheisen kuvan mukaiset. Menetelmä pätee, kun vedetyllä puolella on kaksi ruuvi-riviä, kokonaiskestävyys FRd on enintään 3,8Ft.Rd (esitetään myöhemmin) ja liitoksessavaikuttava normaalivoima on enintään 5 % palkin poikkileikkauksen plastisesta nor-maalivoimakestävyydestä Npl.Rd.

bpexw

= 250 mm = 60 mm = 120 mm

tp e s

= 25 mm = 65 mm = 120 mm

af emin

= 8 mm = ex = 60 mm

��

yyyyyyyyy

��yyyyyyyy

= 310 KNm

MSdMSd

250

120 6565

z

350

7575

6060

F2.Rd

F1.Rd

e w

0,8a

2e x

mx

20

==

FRd

F1.Rd = F2.Rd

F1.Rd + F2.Rd= FRd

Ekvivalentti T-osa

= 310 kNm

MEd MEd

mx s e– x 0 8af 2,– 120 60– 0 8, 8 2 50 9 mm,=⋅ ⋅–= =

n emin 60 mm 1 25mx 1 25 50 9 63 6 mm OK,=,⋅,=,≤= =



381

Teholliset leveydet pyöreät myötöviivakuviot:

muut myötöviivakuviot:

T-osan vetokestävyys:

käytetään täyskierteisiä EN ISO 4017 ruuveja M24 8.8 ja normaalikorkuisia EN ISO 4032muttereita sekä normaalikokoisia EN ISO 7089 aluslaattoja mutterin ja ruuvin kannan alla:

fub = 800 N/mm2, As = 353 mm2

Ruuvin vetokestävyys Ft.Rd (taulukko 3.16):

Lävistymiskestävyys Bp.Rd (taulukko 3.18):

Tarkastetaan syntyykö päätylevyn ruuvikiinnityksiin vipuvoimia:

⇒ vipuvoimia voi syntyä

leff.cp min 2πmx πmx w πmx 2e+;+;( )=

min 2 π 50 9 π 50 9,⋅ 120 π 50 9,⋅ 2 65⋅+;+;,⋅ ⋅( ) 279 9 mm,==

leff.nc min 4mx 1 25ex e 2mx 0 625e, x 0 5bp 0 5w 2m+, x;, 0 625ex,+;+ +;,+( )=

min 4 50 9,⋅ 1 25 60 65 2 50 9,⋅ 0 625 60⋅, 0 5 250 ;⋅,;+ +;⋅,+ 0 5 120⋅ 2 50 9,⋅+, 0 625 60 ⋅,+⎝ ⎠

⎛ ⎞=

125 0 mm,=

leff.1 min leff.nc ; leff.cp[ ] min 125 0 ; 279 9,,[ ] 125 0 mm (murtumismuoto 1),= = =

leff.2 leff.nc 125 0 mm (murtumismuoto 2),= =

Σleff.1 2leff.1 2 125 0 250 0 mm,=,⋅==

Σleff.2 2leff.2 2 125 0 250 0 mm,=,⋅==

Ft.Rd 203 3 kN,=

tp 25 mm 7 3 mm lävistymiskestävyys ei ole määräävä,≥=

n emin ex 60 mm 1 25mx,≤ 1 25, 50 9,⋅ 63 6 mm OK,= = = = =

Lb∗ 8 8 mx

3Asnb,

leff.1 tf3⋅∑

----------------------------8 8, 50 9

3, 353 2⋅ ⋅ ⋅250 0 25

3⋅,------------------------------------------------ 209 7 mm,= = =

twasher 0 15d (aluslaatan paksuus, likiarvo, taulukko 3.2),≈

k 0 63d (mutterin ja ruuvin kannan korkeus, likiarvo, taulukko 3.2),≈

Lb 2tp 2 0 15d k k+( ) 2⁄+,⋅+ 2 25 2 0 15, 24 0 63 24⋅, 0 63 24⋅,+( ) 2⁄+⋅ ⋅+⋅= =

72 3 mm Lb∗≤, 209 7 mm,= =



382

Koska vipuvoimia voi syntyä, ekvivalentille T-osalle joudutaan tarkastamaan erikseen kolmeeri murtumismuotoa (vipuvoimien vaikutus otetaan niissä implisiittisesti huomioon):

murtumismuoto 1 (ks. oheinen kuva), valittavana on kaksi menetelmää, käytetään Menetelmää 1 joka on yksinkertaisempi:

Mpl.Rd

Mpl.Rd

Mpl.RdFT.Rd

Q+0,5FT.Rd

Q+0,5FT.Rd

Q

Q

Q

Q0,5ΣBt.Rd

0,5ΣBt.Rd

Mpl.RdFT.Rd

MSd

0,5ΣBt.Rd

0,5ΣBt.Rd

FT.Rd

MSd ≤ Mpl.Rd

Murtumismuoto 1 Levyn myötö

Murtumismuoto 2 Yhdistetty ruuvien murtuminen ja levyn myötö

Murtumismuoto 3 Ruuvien murtuminen

Todellinen rakenne Ekvivalentti T-osa Voimakuvio MomenttikuvioTodellinen rakenne Ekvivalentti T-osa Voimakuvio Momenttikuvio

Murtumismuoto 1: Täyden mekanismin syntyminen laipoissa

Murtumismuoto 2: Ruuvien murtuminen kun laippa samalla myötää

Murtumismuoto 3: Ruuvien murtuminen

0,5ΣFt.Rd

0,5ΣFt.Rd

0,5ΣFt.Rd

0,5ΣFt.Rd

MEd

MEd

Mpl.1.Rd 0 25 Σleff.1 tp2

fyp γ M0⁄ 0 25 250 0, 252

355 1 0 13 9 kNm,=,⁄⋅ ⋅ ⋅,=,=

FT.1.Rd4Mpl.1.Rd

mx----------------------

4 13 9 106⋅,⋅

50 9,-------------------------------- 1092 kN= = =



383

murtumismuoto 2 (ks. oheinen kuva):

murtumismuoto 3 (ks. oheinen kuva):

Ekvivalentin T-osan vetokestävyys on 690,6 kN.

Vipuvoimia ei tarvitse erikseen tutkia, koska niiden vaikutus sisältyy implisiittisesti käytet-tyyn T-osan laskentamenetelmään.

T-osan kestävyyden lisäksi on tarkastettava: • palkin puristetun laipan ja puristetun uuman osan yhdistetty kestävyys • vedetyn uuman kestävyys.

Palkin puristetun laipan ja puristetun uuman osan yhdistetty kestävyys:

palkin poikkileikkausluokka (taulukko 2.9, mutta jätetään kaulahitsien vaikutus huomioonottamatta):

puristettu laippa:

uuma:

⇒ palkki kuuluu PL-luokkaan 2

Mpl.2.Rd 0 25Σleff.2 tp2

fyp γ M0⁄ 0 25 250 0, 252

355 1 0 13 9 kNm,=,⁄⋅ ⋅ ⋅,=,=

FT.2.Rd2Mpl.2.Rd nΣFt.Rd+

mx n+-----------------------------------------------

2 13 9 106⋅,⋅ 60 4 203⋅ 3 10

3⋅,( )⋅+50 9, 60+

----------------------------------------------------------------------------------------- 690 6 kN,= ==

FT.3.Rd ΣFt.Rd 4 203⋅ 3,= 813 2 kN,= =

ctf---


bw

tw------

4708

--------- 58 8 67 5 poikkileikkausluokka 2⇒,≤,= =

Mc.Rd Mpl.RdWpl.y fy

γ M0----------------

2261 103

355⋅ ⋅1 0,

---------------------------------- 802 7 kNm, palkin PL-luokan mukainen= = = = taivutuskestävyys

z h tf– 500 15– 485 mm momenttivarsi (varmalla puolella oleva arvo)= = =

Fc.f.RdMc.Rd

z-------------

802 7, 106⋅

485--------------------------- 1655 kN palkin puristetun laipan ja puristetun = = =

uuman osan yhdistetty puristuskestävyys



384

Palkin vedetyn uuman kestävyys:

Liitoksen kestävyys on pienin edellä lasketuista kestävyyksistä:

Ehto laskentamenetelmän voimassaololle:

Liitoksen taivutuskestävyys:

Liitoksen kiertymiskyky:

Jos rakenteelle käytetään plastisuusteorian mukaista voimien jakaantumista kokonaist-arkastelussa, seuraavien ehtojen tulee olla liitoksessa voimassa jotta plastisessa nivelessäsijaitsevalla liitoksella voidaan katsoa olevan riittävä kiertymiskyky:

• Mj.Rd ≥ 1,2Mpl.Rd (1)

tai:

• liitoksen taivutuskestävyys määräytyy päätylevyn taivutuksen perusteella (2) ja

• (3)

Tässä esimerkissä ehto (1) ei toteudu ja vaihtoehtoisesta ehtoparista ehto (3) ei toteudu. Lii-toksen kestävyydeksi voidaan ottaa kuitenkin edellä laskettu taivutuskestävyys Mj.Rd =334,9 kNm, koska liitokselta ei edellytetä tässä esimerkissä lisäkiertymiskykyä muiden muu-alle syntyvien plastisten nivelten takia.

Jos liitokselta edellytetään riittävää kiertymiskykyä eikä edellä mainitut ehdot ole voimassa,kimmoteorian mukaisessa kokonaistarkastelussa liitoksen taivutuskestävyyden arvoksi voi-daan ottaa (2/3)·Mj.Rd [8,9,10]. Liitoksen taivutuskestävyydeksi saataisiin tällöin:

Tarkastetaan vielä päätylevyn ja laipan välinen hitsi:

hitsin pituus:

laipan sisäpuolisen hitsin pituus:

beff.t .w Σleff 250 0 mm (pienempi tehollisista leveyksistä),= =

Ft.w.Rd beff.t .w tw fyw γ M0⁄ 250 0, 8 355 1 0 710 0 kN,=,⁄⋅ ⋅==

FRd min FT.1.Rd FT.2.Rd FT.3.Rd Fc.f.Rd Ft.w.Rd;;;;( )=

min 1092 690 6 813 2 1655 710 0,;;,;,;( ) 690 6 kN,==

FRd 690 6 kN 3 8Ft.Rd,≤, 3 8 203 3,⋅, 772 5 kN OK,= = =

Mj.Rd FRd z 690 6 103⋅, 485 334 9 kNm MEd≥,=⋅= 310 kNm OK= =

tp 0 36d fub fyp⁄,≤

2 3⁄( ) Mj.Rd⋅ 2 3⁄( ) 334 9,⋅ 223 3 kNm,= =

leff c 121 mm max 6af ; 30 mm[ ]≥ max 6 8 ; 30 mm⋅[ ] 48 mm OK= = = =



385

hitsin a-mitta:

hitsin jäähtymisnopeuden perusteella saadaan:

hitsin kestävyys (taulukko 3.26):

⇒ koska hitsin a-mitta ei ole riittävä jotta hitsi olisi tasaluja palkin laipan kanssa, joudu-taan hitsille suorittamaan tarkempi tarkastelu.

Taivutusmomentin kuormittamissa hitsatuissa liitoksissa hitsit tulee mitoittaa siten, että lii-toksen taivutuskestävyys Mj.Rd määräytyy aina muiden liitoksen peruskomponenttien kuinhitsien perusteella:

Jos liitokselta edellytettäisiin plastisen nivelen kiertymiskykyä (näin ei ole tässä esimerkis-sä), hitsit tulisi mitoittaa pienemmälle seuraavista arvoista:

• liitettävän sauvan plastisuusteorian mukainen taivutuskestävyyden mitoitusarvo Mpl.Rd

• α kertaa liitoksen taivutuskestävyyden mitoitusarvo Mj.Rd missä: α = 1,4 kehät, joilla jäykistysjärjestelmä täyttää EN 1993-1-1 kohdan 5.2.1(3) ehdon (5.1) sivusiirtymisen vaikutusten suhteen α = 1,7 kaikissa muissa tapauksissa

Tuolloin varmalla puolella oleva yksinkertaistus olisi mitoittaa hitsit aina sauvan plasti-suusteorian mukaiselle taivutuskestävyydelle Mpl.Rd.

Lamellirepeilyn estämiseksi tarvittavat tarkastelut, ks. luku 5.

af 8 mm 3 mm OK≥=

af 8 mm t 0 5 25 0 5 4 5 mm (t = paksumpi liitettävistä levyistä) OK,=,–=,–≥=

af 8 mm 0 58 tf,< 0 58, 15⋅ 8 7 mm ei OK !,= = =

FRd min FT.1.Rd FT.2.Rd FT.3.Rd Fc.f.Rd Ft.w.Rd;;;;( )=

min 1092 690 6 813 2 1655 710 0,;;,;,;( ) 690 6 kN,==

F2w.Rd2

βw-------

fu

γ M2--------- af bf⋅ ⋅ 2

0 9,---------

4901 25,------------ 8 250⋅ ⋅ ⋅ 1232 kN FRd> 690 6 kN OK,= = = =



386

3.6.2 Palkki-pilariliitokset

Kuvassa 3.30 on esitetty palkki-pilariliitoksia. Kuvien a) ja b) nivelliitoksia käytetään normaalisti,kun I-palkki liittyy pilariin. Palkki voi liittyä joko pilarin laippoihin, kuten kuvassa esitetään, taipilarin uumaan. Kuvan a) liitos on nopeampi ja edullisempi valmistaa kuin kuvan b) liitos. Palkinpään kiertymä on kuitenkin suurempi kuvan a) liitoksessa. Liitoksissa on syytä käyttää asen-nuslevyjä (t = 5 mm).

Kuvassa c) on tyypillinen kattokannattimen ja pilarin välinen nivelliitos. Kuvan d) jäykkää liitostakäytetään, kun liitos halutaan kokonaan tai osittain jäykäksi esimerkiksi kehärakenteissa.

Liitoksen jäykkyyteen ja kestävyyteen voidaan vaikuttaa levypaksuuksien lisäksi jäykisteillä,taustalevyillä ja sopivalla ruuvien sijoittelulla.

Eurocoden osan EN 1993-1-8 ohjeet pilarin uuman leikkauskestävyydelle ovat voimassa vain,kun pilarin uuman hoikkuus toteuttaa ehdon [8,9,10]:

missä bwc on pilarin kaulahitsien väliin jäävä uuman korkeus (varmalla puolella

olevana yksinkertaistuksena voidaan käyttää pilarin laippojen väliin

jäävää uuman korkeutta hw)

twc on pilarin uuman paksuus


Kuva 3.30 Palkki-pilariliitoksia

bwc twc⁄ 69ε (3.48)≤

ε 235 fy⁄ fy[ ] N / mm2= =

a) b)

c)d)



387

Esimerkki 3.3

Mitoitetaan oheisen kuvan mukainen liitos, kun palkki on WI500-8-15×250. Teräslaji onS355J2. Liitoksessa vaikuttava leikkausvoima murtorajatilassa on VEd = 500,0 kN. Palkinpää lepää pilarikonsolin päällä, joka kantaa yksinään palkilta tulevan leikkausvoiman.Ruuvikiinnitys toimii nivelliitoksena. Ruuveihin ei kohdistu kuormitusta, vaan niiden tehtä-vänä on ainoastaan varmistaa että palkin pää ei pääse putoamaan konsolin päältä asennus-aikana.

fy = 355 N/mm2 fu = 490 N/mm2 γM0 = 1,0 (taulukko 2.5) γM2 = 1,25 (taulukko 2.5) βw = 0,9 (taulukko 3.23)

Palkin päätylevy:

bp = 230 mm

Jotta palkin päätylevyn ja pila-rikonsolin välisen tukireaktionkosketuspaine ei muodostu liiansuureksi, tulee seuraavan mate-riaalin myötäämiseen perustu-van ehdon toteutua:

Lommahduskestävyys:

Valitaan päätylevyn paksuus siten, ettei lommahduskestävyys tule määrääväksi:

Kun päätylevy on I-profiilin keskellä (levykentät samankokoisia) ja jätetään profiilin uumanpaksuus huomioon ottamatta (varmalla puolella oleva yksinkertaistus), saadaan seuraavaehto päätylevyn paksuudelle:

asennuslevy

af1af1aw

aw

af2af2

10 e

2M24

h k

bp

tp

VEd

bp fy γ M0⁄------------------------≥ 500 0 10

3⋅,230 355 1 0,⁄⋅----------------------------------- 6 1 mm,= =

λpb tp⁄

28 4ε kσ,------------------------- 0 748,≤=

t⇒ pb

21 24ε kσ,---------------------------- b on vain toiselta voiman suuntaiselta reunalta tuetun ≥

levykentän leveys

tp

bp

42 48ε kσ,---------------------------- kσ saadaan taulukosta 2.11≥



388

Tässä esimerkissä saadaan:

⇒ tp = 12 mm

Päätylevyn kiinnityshitsi:

Kantavaksi hitsiksi oletetaan päätylevyn ja uuman välinen kaksipuoleinen pienahitsi[8,9,10]. Hitsin a-mitalle saadaan seuraava ehto:

Tässä esimerkissä saadaan:

kantavan hitsin a-mitta oltava vähintään:

⇒ aw = 3 mm


⇒ aw = 4 mm

Kun päätylevyyn kohdistuu pelkästään leikkausvoimaa palkin uumalta, päätylevyn ja ala-laipan välisille hitseille (af2, ks. kuva) valitaan yleensä sama a-mitta kuin päätylevyn ja uu-man välisille hitseille [47]. Samalla päätylevyn ja ylälaipan välisten hitsien (af1) a-mitaksiriittää 3 mm (vaikka muut hitsit olisivat suurempia), ellei hitsin jäähtymisnopeus edellytäsuurempaa hitsiä. Yksinkertaisuuden vuoksi valitaan tässä päätylevyn kaikille hitseillesama a = 4 mm.

Päätylevyn alapinnan on oltava vähintään 10 mm alalaipan alapuolella, jotta päätylevysaadaan hitsattua helposti alalaippaan myös alapuolelta.

Ruuvit sijoitetaan palkin keskilinjan ja alalaipan väliin, koska palkin pään on päästäväkiertymään mahdollisimman vapaasti. Tällöin myös ruuvien vetovoima jää pienemmäksi.Normaalisti käytetään M20 tai M24 ruuveja.

tp230

42 48 235 355⁄ 0 43,⋅ ⋅,------------------------------------------------------------------ 10 1 mm,=≥

aw

VEd

2hw fvw.d---------------------≥

VEd

2hw---------

βwγ M2

fu 3⁄----------------⋅=

aw500 0, 10

3⋅2 470⋅

---------------------------0 9, 1 25,⋅490 3⁄

-------------------------⋅≥ 2 1 mm,=

aw 3mm≥

aw t 0 5 15 0 5 3 4 mm t = paksumpi liitettävistä levyistä = tf,=,–=,–≥



389

Pilarikonsoli:

Konsolin paksuus on normaalisti 30 - 50 mm. Sen leveydeksi valitaan sama kuin palkin pää-tylevyn leveys. Korkeus määräytyy kiinnityshitsien perusteella. Kantaviksi hitseiksi valitaanpystysuuntaiset hitsit. Yläpinnan on oltava tasainen, jotta palkin päätylevy pystyy tukeutu-maan siihen. Kiinnityshitsinä käytetään tasapintaista puoli-V-hitsiä, jonka a-mitta onvähintään 4 mm. Hitsiä ei tarvitse hitsata tasapintaiseksi, jos konsolin viiste on n. 2 mmsuurempi kuin hitsin a-mitta. Tällöin hitsin yläpinta ei ulotu konsolilevyn yläreunaan asti.

Konsolin korkeudelle saadaan seuraava ehto:

Valitaan tässä esimerkissä vaakasuuntaisen pienahitsin ja kantavien pystysuuntaistenpienahitsien a-mitaksi 5 mm, joka pystytään hitsaamaan vielä yhtenä hitsipalkona (hitsauk-sessa saatetaan joutua käyttämään esilämmitystä, koska a-mitta on pieni suhteessa konsolinpaksuuteen). Konsolin korkeudeksi saadaan pystysuuntaisten hitsien perusteella:

⇒ hk = 200 mm.

Vaikka tarvittava a-mitta laskettiin tässä vain pystysuuntaisten hitsien perusteella, käytän-nössä myös vaakasuuntaiset hitsit osallistuvat kuorman kantamiseen, mikä tuo liitokselle li-sävarmuutta.


3.6.3 Palkki-palkkiliitokset

Kuvassa 3.31 on esitetty tyypillisiä palkki-palkkiliitoksia. Jos rakennekorkeutta on riittävästi, se-kundääripalkki voidaan tukea primääripalkin päälle kuvan a) mukaisesti (Huom! Tässä yhtey-dessä sekundääripalkilla tarkoitetaan rakennejärjestelmän mukaista sekundääripalkkia, jokatukeutuu toiseen palkkiin). Tarvittaessa palkkeja voidaan vahvistaa jäykisteillä. Liitos on yksin-kertainen ja se on nopea asentaa.

Usein sekundääri- ja primääripalkkien yläpintojen on oltava samassa tasossa. Liitokset voi-daan tehdä nivelellisenä kuvien b) ja c) mukaisesti. Kuvan b) liitos suosii automaattista poralin-javalmistusta, koska palkkeihin ei tarvitse hitsata kiinnitysosia. Liittyvän palkin ylälaippa poltto-leikataan ja palkit sekä kiinnitysosina toimivat kulmateräkset reijitetään. Liitosta voidaan käyt-tää silloin, kun liittyvässä palkissa ei vaikuta normaalivoimaa.

Kuvan c) liitos soveltuu myös sellaisiin tapauksiin, kun sekundääripalkissa vaikuttaa leikkaus-voiman ja taivutusmomentin lisäksi myös normaalivoima (risteävien palkkien liitos, eli palkki jat-kuu primääripalkin toiselta puolelta). Primääripalkkiin hitsataan jäykiste, johon sekundääri-palkki kiinnitetään uumasta ruuveilla. Sekundääripalkin ylälaippa ja tarvittaessa myös alalaippapolttoleikataan.

hk

VEd

2a fvw.d------------------≥

VEd

2a--------

βwγ M2

fu 3⁄---------------⋅=

hk500 0, 10

3⋅2 5⋅

---------------------------0 9, 1 25,⋅490 3⁄

-------------------------⋅ 198 8 mm,= =



390

Risteävien palkkien momenttijatkokset voidaan tehdä kuvien d) ja e) mukaisesti. Primääripalk-kiin voidaan hitsata konsolilevyt helpottamaan asennusta. Samalla ne myös kantavat liitokses-sa vaikuttavan leikkausvoiman. Liitos saadaan momenttijäykäksi siten, että sekundääripalkkienvälille asennetaan liitoslevy ruuvikiinnityksillä kuvan d) mukaisesti tai sekundääripalkkien laipathitsataan työmaalla primääripalkin laippoihin kuvan e) mukaisesti.

Kuva 3.31 Palkki-palkkiliitoksia

a) b) c)

d)e)



391

Esimerkki 3.4

Lasketaan oheisen kuvan mukaisen liitoksen kestävyys, kun liitoksessa vaikuttaa sekundää-ripalkin tukireaktiona leikkausvoima VEd = 550,0 kN. Primääripalkkina on WI700-10-20×300 ja sekundääripalkkina WI600-8-15×250. Liitososina käytetään kulmateräksiäL100×10 (2 kpl) ja ruuveja M20 8.8 (22 kpl). Ruuvien kierteet eivät ole leikkautumistasossa.I-palkkien materiaali on S355J2 ja kulmaterästen materiaali on S355J0.

fy = 355 N/mm2 fu = 490 N/mm2 γM0 = 1,0 (taulukko 2.5) γM1 = 1,0 (taulukko 2.5) γM2 = 1,25 (taulukko 2.5)

A. Primääripalkki-kulmateräs:

A.1 Ruuvien leikkauskestävyys (taulukko 3.12):

A.2 Reunapuristuskestävyys:

ruuvien sijoittelu (taulukko 3.9):

kulmateräs:

555

540

5·80 4·8050

0

1604065

50

45

5010

15

50

4040 128

9045

90

WI700-10-20×300

WI600-8-15×250

L100×10

I

I

Leikkaus I - I

VEd

Fv.Rd 120 6 kN, 550 0, 10⁄ 55 0 kN OK,=≥=

e1 90 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 40 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 80 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =



392

palkin uuma:

B. Sekundääripalkki-kulmateräs:

Ruuvivoimat on määritettävä kimmoteorian mukaisesti, koska ruuvien leikkauskestävyys onpienempi kuin reunapuristuskestävyys (esitetään myöhemmin).

ruuviryhmän polaarinen neliömomentti kiertokeskiön suhteen:

epäkeskeisyydestä aiheutuva momentti:

e = 65 mm

ruuvivoima on suurin ulommaisissa ruuveissa (ylin ja alin): y = 0 , z = 200 mm

kulmateräs: - ylin ruuvi:

- muut ruuvit:

palkin uuma:

αb

k1

Fb.Rd

αb

k1

Fb.Rd

αb

k1

Fb.Rd

= min[1,0 ; fub /fu ; e1/(3d0)] = min[1,0 ; 800/490 ; 90 /(3·22)] = 1,0 = min[2,5 ; 2,8e2 /d0 - 1,7 ; 1,4p2 /d0 - 1,7] = min[2,5 ; 2,8 ·40 /22 - 1,7 ; -] = 2,5 = k1α bfudt /γMb = 2,5·1,0·490·20·10/1,25 = 196,0 kN ≥ 550,0/10 = 55,0 kN OK

= min[1,0 ; fub /fu ; p1/(3d0) - 1/4] = min[1,0 ; 800/490 ; 80 /(3·22) - 1/4] = 0,9621 = min[2,5 ; 2,8e2 /d0 - 1,7 ; 1,4p2 /d0 - 1,7] = min[2,5 ; 2,8 ·40 /22 - 1,7 ; -] = 2,5 = k1α bfudt /γMb = 2,5·0,9621·490·20·10/1,25 = 188,6 kN ≥ 550,0/10 = 55,0 kN OK

= min[1,0 ; fub /fu ; p1/(3d0) - 1/4] = min[1,0 ; 800/490 ; 80 /(3·22) - 1/4] = 0,9621 = min[2,5 ; 2,8e2 /d0 - 1,7 ; 1,4p2 /d0 - 1,7] = min[2,5 ; - ; 1,4 ·128 /22 - 1,7] = 2,5 = k1α bfudt /γMb = 2,5·0,9621·490·20·10/1,25 = 188,6 kN ≥ 550,0/10 = 55,0 kN OK

p2 128 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

Ip Σx2 Σ z

2+ 2 402

120+2

2002+( )⋅ 112000 mm

2= = =

MEd VEd e 550 0 65⋅, 35 8 kNm,= = =



393

B.1 Ruuvien leikkauskestävyys:

kaksileikkeinen liitos:

B.2 Kulmateräksen reunapuristuskestävyys:

ruuvivoimien suunnista voidaan päätellä että alimmainen ruuvi on määräävä (alimmaises-sa ruuvissa sekä vaakakomponentti että pystykomponentti vaikuttavat epäedulliseen suun-taan, kun taas ylimmäisessä ruuvissa molemmat voimakomponentit vaikuttavat edulliseensuuntaan)

alimmainen ruuvi:


ruuvien sijoittelu:



Vb.Ed

MEd

Ip---------- y

VEd

6--------+ 0 550

6---------+ 91 7 kN pystysuuntaiset voimat,= = =

Hb.Ed

MEd

Ip---------- z 35 8, 10

6⋅112000

------------------------ 200⋅ 63 9 kN vaakasuuntaiset voimat,= = =

Fb.Ed Vb.Ed2

Hb.Ed2+ 91 7


Fv.Rd 2 120 6 kN 241 2 kN Fb.Ed 111 8 kN OK,=≥,=,⋅=

e1 40 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p2 80 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 0 6061,, ,[ ] 0 6061,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 3 391,, ,[ ] 2 5,= = =



394



ruuvien sijoittelu:






FH.b.Rd 118 8 kN Hb.Ed 2⁄≥, 63 9, 2⁄ 32 0 kN OK,= = =

e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 40 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 80 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 0 7576,, ,[ ] 0 7576,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 3 391 ; -, ,[ ] 2 5,= = =


FV.b.Rd 148 5 kN Vb.Ed 2⁄≥, 91 7, 2⁄ 45 9 kN OK,= = =

FV.b.Rd2

FH.b.Rd2+ 148 5, 2

118 8, 2+ Fv.Rd> 120 6 kN,= =



395

B.3 Kulmateräksen laipan kestävyys:

bruttoleikkauksen kestävyys:

nettoleikkauksen kestävyys:

B.4 Sekundääripalkin uuman reunapuristuskestävyys:

joudutaan tarkastamaan alimmainen ja ylimmäinen ruuvi

alimmainen ruuvi:


ruuvien sijoittelu:



W th2

6-------

10 5002⋅

6--------------------- 416 7 10

3 mm

3⋅,= = =

σEdMEd 2⁄

W-----------------

35 8, 106

2⁄⋅416 7 10

3⋅,------------------------------- 43 0 N/mm

2 fy

γ M0---------≤, 355

1 0,--------- 355 N/mm

2 OK= = = = =

τEdVEd 2⁄

th---------------

550 103

2⁄⋅10 500⋅

---------------------------- 55 0 N/mm2 fy 3⁄

γ M0---------------≤, 355 3⁄

1 0,-------------------- 205 0 N/mm

2 OK,= = = = =

σEd2

3τEd2+ 43 0

23 55 0

2,⋅+, 104 5 N/mm2 fy

γ M0---------≤, 355

1 0,--------- 355 N/mm

2 OK= = = =

AV.net h 6d0–( )t 500 6 22⋅–( ) 10⋅ 3680 N/mm2= = =

τEdVEd 2⁄AV.net---------------

550 103⋅ 2⁄

3680---------------------------- 74 7 N/mm

2 fy 3⁄γ M0

---------------≤, 355 3⁄1 0,

-------------------- 205 0 N/mm2 OK,= = = = =

e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p2 80 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 0 7576,, ,[ ] 0 7576,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 3 391,, ,[ ] 2 5,= = =



396



ruuvien sijoittelu (voiman ‘edullisesta’ suunnasta johtuen päätyetäisyys e1 ei vaikuta reu-napuristuskestävyyteen):





ylimmäinen ruuvi:


ruuvien sijoittelu (voiman ‘edullisesta’ suunnasta johtuen päätyetäisyys e1 ei vaikuta reu-napuristuskestävyyteen):




e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 80 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; -, ,[ ] 1 0,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; -, ,[ ] 2 5,= = =



FV.b.Rd2

FH.b.Rd2+ 156 8, 2

118 8, 2+ Fv.Rd> 120 6 kN,= =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p2 80 mm 2 4d0,≥ 2 4, 22⋅ 52 8 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; -, ,[ ] 1 0,= = =



397




ruuvien sijoittelu:





Voidaan todeta, että ylimmäinen ruuvi on määräävä (koska ylimmäisen ruuvin reunapuris-tuskestävyys pystysuuntaiselle komponentille on käyttöasteeltaan kriittisin).

B.5 Sekundääripalkin uuman leikkauskestävyys reikien kohdalla:

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; 3 391,, ,[ ] 2 5,= = =



e1 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

e2 50 mm 1 2d0,≥ 1 2, 22⋅ 26 4 mm OK,= = =

p1 80 mm 2 2d0,≥ 2 2, 22⋅ 48 4 mm OK,= = =

αb min 1 0 ; fub

fu------ ;

e1

3d0--------, min 1 0 ; 1 633 ; 0 7576,, ,[ ] 0 7576,= = =

k1 min 2 5 ; 2 8,e2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞ ; 1 4,p2

d0----- 1 7,–⎝ ⎠

⎛ ⎞, min 2 5 ; 4 664 ; -, ,[ ] 2 5,= = =



FV.b.Rd2

FH.b.Rd2+ 118 8, 2

156 8, 2+ Fv.Rd> 120 6 kN,= =

AV.net h 6d0–( )tw 555 15– 6 22⋅–( ) 8⋅ 3264 N/mm2= = =

τEdVEd

AV.net-------------

550 103⋅

3264--------------------- 168 5 N/mm

2 fy 3⁄γ M0

---------------≤, 355 3⁄1 0,

-------------------- 205 0 N/mm2 OK,= = = = =



398

B.6 Sekundääripalkin pään palamurtumiskestävyys:

tarkastetaan kaksi eri murtumismuotoa

murtumismuoto 1 (keskeinen kuorma):

vaakasuuntaiset ruuvivoimat irrottavat palkin uumasta vetopuolelta (eli alapuolelta) kah-den alimman ruuvin muodostaman palan:

vaakasuuntaiset ruuvivoimat:

ruuvi 1 (alin ruuvi):

ruuvi 2:

palaan kohdistuva vaakasuuntainen kokonaisvoima:

Hb.1.Ed

MEd

Ip---------- z 35 8, 10

6⋅112000

------------------------ 200⋅ 63 9 kN,= = =

Hb.2.Ed

MEd

Ip---------- z 35 8, 10

6⋅112000

------------------------ 120⋅ 38 4 kN,= = =

H∑ b.Ed Hb.1.Ed Hb.2.Ed+ 63 9 38 4,+, 102 3 kN,= = =

Ant 80 22–( ) 8⋅ 464 mm2= =

Anv 2 50 22 2⁄–( ) 8⋅ ⋅ 624 mm2= =

Veff.1.Rd fu Ant γ M2⁄ 1 3⁄( )fy Anv γ M0⁄ (keskeinen kuorma)+=

490 464 1 25 1 3⁄( ) 355 624 1 0,⁄⋅ ⋅+,⁄⋅=

309 8 kN H∑ b.Ed≥, 102 3 kN OK,= =

H∑ b.Ed

Veff.1.Rd------------------

102 3,309 8,--------------- 0 3302 1 0 OK,≤,= =



399

murtumismuoto 2 (epäkeskeinen kuorma):

leikkausvoima VEd irrottaa palkin uumasta koko kuuden ruuvin ryhmän:

Voidaan todeta, että murtumismuoto 2 (epäkeskeinen kuorma) on tässä määräävä.

C. Sekundääripalkin poikkileikkauksen kestävyys leikkauksessa I-I:

taivutusmomentti leikkauksessa I-I:

T-poikkileikkauksen poikkileikkaussuureet:

leikkausjännitys T-poikkileikkauksen uumassa:

puristetun reunan normaalijännitys (enemmän kuormitettu reuna):

puristetun reunan myötöehto (σ z = 0):

AI II WI.el

= 8070 mm2

= 25963·104 mm4

= 650,9 ·103 mm3

Ant 50 22 2⁄–( ) 8⋅ 312 mm2= =

Anv 50 5 80 5 22 22 2⁄–⋅–⋅+( ) 8⋅ 2632 mm2= =

Veff.2.Rd 0 5f, u Ant γ M2⁄ 1 3⁄( )fy Anv γ M0⁄ (epäkeskeinen kuorma)+=

0 5, 490 312 1 25 1 3⁄( ) 355 2632 1 0,⁄⋅ ⋅+,⁄⋅ ⋅=

600 6 kN VEd≥, 550 0 kN OK,= =

VEd

Veff.2.Rd----------------

550 0,600 6,--------------- 0 9158 1 0 OK,≤,= =

MI.Ed VEd 160 103–⋅ 550 0, 160 10

3–⋅ 88 0 kNm,=⋅=⋅=

55539

8,9

156,

1

NA

AI.V 555 15–( ) 8⋅ 4320 mm2= =

τI.EdVEd

AI.V---------

550 103⋅

4320--------------------- 127 3 N/mm

2 fy 3⁄γ M0

---------------≤, 355 3⁄1 0,

-------------------- 205 0 N/mm2 OK,= = = = =

σI.EdMI.Ed

WI.el------------

88 0, 106⋅

650 9, 103⋅

--------------------------- 135 2 N/mm2 fy

γ M0---------≤, 355

1 0,--------- 355 N/mm

2 OK= = = = =

σI.Ed2

3τI.Ed2+ 135 2

23 127 3

2,⋅+, 258 6 N/mm2 fy

γ M0---------≤, 355

1 0,--------- 355 N/mm

2 OK= = = =



400

tarkastetaan puristetun reunan stabiilius:

T-poikkileikkaus on palkin pituussuunnassa niin lyhyt (160 mm) suhteessa palkin korkeu-teen, että puristetulle reunalle ei voida tehdä lommahdustarkastelua (lommahdusaalto eipääse muodostumaan laskentamallin edellyttämällä tavalla, sillä taulukoissa esitetyt kim-moteorian mukaiset lommahduskertoimet pätevät ns. pitkille levykentille).

Puristettu reuna käyttäytyy nyt enemmän nurjahtavan sauvan tavoin, joten käytetään apunataulukossa 3.9 ruuvien väliselle levyn lommahtamiselle esitettyä nurjahdustarkastelua(reuna tukeutuu vasemmalla puolella ruuvien puristamana kulmaterästen väliin, ja oikeallapuolella reuna tukeutuu I-poikkileikkauksen ylälaippaan):

⇒ levyn nurjahdus ruuvien välissä on kriittinen, joten sille joudutaan suorittamaan tarkem-pi tarkastelu:

puristusjännitys ylimmän ruuvin korkeudella:

kimmoteorian mukainen kriittinen nurjahdusjännitys ruuvien välissä yksikköleveydellä:

Tarkasteltava levykenttä tukeutuu vasemmalla puolella ruuvien puristamana kulmaterästenväliin, ja oikealla puolella I-poikkileikkauksen uuma ja ylälaippa puolestaan antavat sivut-taistuentaa. Levykentän päiden tuenta ei ole tällöin kuitenkaan yhtä jäykkä kuin taulukossa3.9 tarkoitetussa tapauksessa, joten käytetään nurjahduspituutena pituuden Lcr = 0,6 p1sijasta varmemmalla puolella olevaa nurjahduspituutta Lcr = 1,0 p1 :

p1.max t⁄ 160 50–( ) 8⁄ 13 8 9ε≥, 9 235 355⁄ 7 3 ei OK ! ,= = = =

e2 t⁄ 50 8⁄ 6 3 9ε≤, 9 235 355⁄ 7 3 OK,= = = =

σb.Ed

MI.Ed

II------------ zb⋅ 88 0, 10

6⋅25963 10

4⋅--------------------------- 398 9 50–,( )⋅ 118 3 N/mm

2,= = =

Lcr 1 0 p1, 1 0, 160 50–( )⋅ 110 mm= = =

σcrπ2

EI

ALcr2

------------π2

E t3

12------⋅

tLcr2

--------------------π2

E12

---------t2

Lcr2

-------⋅ π2210000⋅12

----------------------------8

2

1102

-----------⋅ 913 6 N/mm2,= = = = =



401

nurjahduslujuus (käytetään c-käyrää: α = 0,49):

⇒ T-poikkileikkauksen puristetun vapaan reunan stabiilius on OK.

Edellä suoritettujen liitoksen kestävyystarkastelujen lisäksi tulee tarkastaa primääripalkinja sekundääripalkin bruttopoikkileikkauksen kestävyydet.

3.6.4 Liitos perustuksiin

Pilarin pohjaosat on suunniteltava riittävän suuriksi, jäykiksi ja kestäviksi pilarissa vaikuttavienaksiaalisten voimien, taivutusmomenttien ja leikkausvoimien siirtämiseksi perustuksille siten,että perustusten kestävyys ei ylity. Kuvassa 3.32 on esitetty erilaisia tapoja liittää teräspilari be-toniperustukseen [47].

Tavanomaisessa kuvan c) mukaisessa perustusruuviliitoksessa pilarin alapäähän hitsataanpohjalevy, joka kiinnitetään pulteilla (perustusruuveilla) betoniperustukseen. Perustusruuvejaon oltava vähintään neljä kappaletta, jos pilari aiotaan asentaa vapaasti seisovana. Asennuk-sen aikaisten rasitusten vuoksi käytetään vähintään ruuvikokoa M20 [47].

Jotta varmistettaisiin perustusruuvien paikallaan pysyminen perustuksen valun aikana ja erityi-sesti yksittäisten ruuvien keskinäisten välien pitämiseksi sallituissa toleransseissa, kiinnitetäänruuvit useimmiten toisiinsa esimerkiksi kulmaterästen avulla kuvan c) mukaisesti siten, ettämuodostuu esivalmistettu pulttiryhmä (ns. pulttikori) [47].

λfy

σcr-------

355913 6,--------------- 0 6234 0 2,>,= = =

Φ 0 5, 1 α λ 0 2,–( ) λ2

+ +[ ]⋅ 0 5, 1 0 49, 0 6234, 0 2,–( )⋅ 0 6234, 2+ +[ ]⋅ 0 7980,= = =

χ 1

Φ Φ2 λ2

–+---------------------------------

1

0 7980 0 79802

0 62342,–,+,

--------------------------------------------------------------------------- 0 7715 1 0,≤,= = =

σRdχ fy

γ M1---------

0 7715, 355⋅1 0,

------------------------------- 273 9N/mm2 σb.Ed≥, 118 3 N/mm

2 OK,= = = =



402

Kuva 3.32 Pilarin liitostapoja perustuksiin: a) holkkiliitos, b) kiinnityslevyliitos, c) liitos perustusruuvien avulla [47]

Pilarin alapäätä voidaan joutua vahvistamaan kuvien 3.33 b) tai d) mukaisesti. Kuvan d) mu-kaista vahvistustapaa käytetään raskaasti kuormitetuissa kotelopilareissa. Jäykistyksillä saa-daan jaettua pintapaine tasaisemmin perustukselle, jolloin voidaan pienentää pohjalevynpaksuutta. Eurocodessa tosin ei anneta ohjeita jäykisteiden vaikutuksesta pohjalevyn paksuu-teen. Tarvittaessa ohjeita löytyy mm. lähteestä [47]. Usein on kuitenkin taloudellisempaa tehdäpohjalevy paksumpana ja jättää jäykisteet pois.

Pilarissa vaikuttavat veto- ja puristusjännitykset siirtyvät pohjalevyyn siten, että ne vaikuttavatkohtisuoraan pohjalevyn valssaussuuntaa vastaan (vastaava tilanne on myös päätylevyn avullatoteutetuissa palkkiliitoksissa, kun päätylevy hitsataan palkin päähän). Lamellirepeilyn välttä-minen on tällöin erityisen tärkeää. Lamellirepeilyä käsitellään luvussa 5.

a) b)

c)

perustusruuvit

pohjalevy

kiinnityslevy

= jälkivalu



403

Kuva 3.33 Pilarin perustusliitoksia

Perustusruuvien ja perustuksen mitoituksessa on tutkittava eri kuormitustapaukset. Perustuk-sen kestävyyttä määritettäessä on etsittävä se kuormitustapaus, joka aiheuttaa suurimman pin-tapaineen perustukseen. Pohjalevyn koko ja paksuus on valittava niin suureksi, että betonipe-rustusten puristusjännitys ei ylitä kohdan 3.6.4.1 mukaista betonin pintapaineen mitoitusarvoafjd [8,9,10].

Perustusruuvit valitaan vetokestävyyden, leikkauskestävyyden tai yhdistetyn veto- ja leikkaus-kestävyyden perusteella. Jos perustusruuveihin kohdistuu vetoa, tulee myös pohjalevyn ja pi-larin muodostaman laippaliitoksen vetokestävyys tarkastaa ekvivalenttiin T-osaan perustuenvastaavalla tavalla kuin päätylevyillä toteutetuissa palkki-palkkiliitoksissa ja palkki-pilariliitoksis-sa. Myös asennusaikainen tilanne voi joissakin tapauksissa olla määräävä kuormitustapaus,jolloin perustusruuvit valitaan nurjahduskestävyyden perusteella.

Valmiissa rakenteessa perustusruuvien mitoituksessa määräävänä on useimmiten veto. Veto-voimien siirtämiseksi perustuksille ruuvit on ankkuroitava betoniin. Koska pelkän tartunnan hy-väksikäyttö johtaisi hyvin suuriin ankkurointipituuksiin, perustusruuvit ankkuroidaan käyttäenkoukkua, aluslaattaa tai jotain muuta ankkurointikappaletta, joka on riittävästi testattu ja hyväk-sytty. Perustusruuvien kestävyyden mitoitusarvoksi valitaan pienempi seuraavista arvoista:kohdan 3.5.1.7.2 mukainen (perustus)ruuvin vetokestävyyden mitoitusarvo ja Eurocoden osanEN 1992-1-1 mukainen betonin ja perustusruuvin välisen kiinnityksen tartuntalujuuden mitoi-tusarvo. Ankkurointipituus määritetään Eurocoden osan EN 1992-1-1 mukaisesti. Kun perus-tusruuvin päässä on koukku, ankkurointipituus valitaan siten että tartuntamurtoa ei tapahdu

a) b)

c) d)



404

ennen perustusruuvin myötäämistä. Koukkutyyppistä ankkurointia ei käytetä perustusruuveille,joiden myötölujuus fyb on suurempi kuin 300 N/mm2 [8,9,10]. Pohjalevyn ja sen alla olevan tuen välisen leikkausvoiman siirtämiseksi käytetään jotakin seu-raavista menetelmistä [8,9,10]:

• liitoksen kestävyyden mitoitusarvon laskenta perustuu pohjalevyn ja sen alla olevan tuen väliseen kitkaan

• leikkauskestävyyden mitoitusarvo lasketaan perustusruuvien leikkautumisen perusteella (perustusruuvien leikkauskestävyyden määrittäminen poikkeaa hieman muista ruuveista, ks. EN 1993-1-8: 6.2.2(7) )

• leikkauskestävyyden mitoitusarvo lasketaan ympäröivän perustuksen osan leikkautumisen perusteella.

Jos edellä mainitut menetelmät eivät riitä, leikkausvoimien siirtämiseksi voidaan käyttää esi-merkiksi kuvassa 3.33 b) esitettyä vahvistusta, jolloin pohjalevyn alapuolelle hitsattu vaarna-profiili mitoitetaan kantamaan leikkausvoima joko yhdessä suunnassa tai molemmissa suun-nissa pääakselien suhteen. Tällöin perustusruuvit voidaan mitoittaa vain vedolle ja asennus-aikaiselle puristukselle (nurjahduskestävyys).

Perustuksen betonirakenne ja raudoitus mitoitetaan Eurocoden osan EN 1992-1-1 mukaisesti[1,2].

3.6.4.1 Normaalivoiman kuormittaman pilarin liitos perustuksiin

Normaalivoiman kuormittaman pilarin tapauksessa täytyy tarkastaa perustuksen kestävyysnormaalivoiman aiheuttamalle pintapaineelle. Pintapaineen oletetaan jakautuvan pohjalevynalla tasaisesti kuvassa 3.34 esitetylle alueelle [8,9,10]. Pintapaine aiheuttaa pohjalevyyn taivu-tusmomentin, jonka suuruus rajoitetaan liian suurien muodonmuutosten välttämiseksi pohjale-vyn kimmoteorian mukaiseen taivutuskestävyyteen, jolloin betonin pintapaineen mitoituslujuusfjd määrää pohjalevyn koon seuraavasti:

missä tp on pohjalevyn paksuus

Mp.Ed on betonin pintapaineesta pohjalevyyn kohdistuva taivutus

leff on pohjalevyn tehollinen pituus kuvan 3.34 mukaisesti

s on pohjalevyn ulottuma pilarin laipan ulkopuolelle, kuitenkin niin

että mitan c ylittävä alue jätetään huomioon ottamatta,

eli s ≤ c kuvan 3.34 mukaisesti

fyp on pohjalevyn nimellinen myötölujuus


tp

6Mp.Ed

leff fyp γ M0⁄⋅------------------------------ (3.49)≥

Mp.Ed

leff s2fjd

2------------------ (3.50)=



405

Perustuksen pintapaineen mitoituslujuus fjd saadaan seuraavasti [1,2,8,9,10]:

Lausekkeet (3.51) - (3.53) on esitetty tässä Eurocoden esittämässä muodossa. Kun otetaanhuomioon, että Aco = beff leff , saadaan betonin pintapaineen mitoituslujuuden fjd lauseke seu-raavaan muotoon:

missä βj = 2/3, kun jälkivalun ominaislujuus on vähintään 0,2 kertaa betoniperustuk-

sen ominaislujuus ja jälkivalun paksuus on enintään 0,2 kertaa teräksisen

pohjalevyn pienin leveys. Kun jälkivalun paksuus on suurempi kuin 50 mm,

jälkivalun ominaislujuus valitaan vähintään yhtä suureksi kuin betoniperus-

tuksen ominaislujuus.

kj on keskittymistekijä; kj = 1, kun käytetään varmalla puolella olevaa oletusta

(tarkempi laskenta: ks. EN 1992-1-1: kohta 6.7)

αcc on betonin lujuudelle käytettävä kerroin, jonka arvo valitaan kansallisessa

liitteessä väliltä 0,8 ja 1,0


Käytetään arvoa αcc = 0,85 fck on betonin lieriölujuuden ominaisarvo 28 vuorokauden ikäisenä

γC on betonin osavarmuusluku, jolle EN 1992-1-1 suositusarvo on γC = 1,5


Käytetään Eurocoden suositusarvoa γC = 1,5

Pohjalevyn alapuolella oleva puristettu pinta-ala määritetään kuvan 3.34 mukaisesti. Kantavanpinnan ulottuman määräävä mitta c lasketaan seuraavasti [8,9,10]:

fjd

βjFRdu

beff leff---------------- (3.51)=

FRdu fcd Aco

Ac1

Aco-------- 3 0 fcd Aco (3.52),≤=

fcd αcc fck γ C⁄ (3.53)=

fjd βj kj αcc fck γ C⁄ (3.54)⋅ ⋅=

kj

Ac1

Aco-------- mutta kj 3 0 (3.55),≤=

c tp

fyp γ M0⁄3fjd

--------------------- (3.56)=



406

Kuva 3.34 Puristettu pinta-ala pohjalevyn alapuolella

3.6.4.2 Normaalivoiman ja taivutusmomentin kuormittaman pilarin liitos perustuksiin

Normaalivoiman ja taivutusmomentin keskinäisistä suhteista riippuen pohjalevy voi olla koko-naan puristuksella tai kokonaan vedolla, tai liitoksen toinen puoli on puristuksella ja toinen puolivedolla.

Normaalivoiman ja taivutusmomentin kuormittaman pilarin perustusliitoksessa on pohjalevynja perustuksen kestävyyden lisäksi tarkastettava perustusruuvien vetokestävyys ja ankkuroin-tikestävyys, jos perustusruuveihin aiheutuu vetoa. Myös leikkausvoiman vaikutus on otettavahuomioon.

Laskettaessa taivutusmomenteista perustusruuveille aiheutuvia vetovoimia, momenttivartta eisaa olettaa suuremmaksi kuin puristetun puolen kantopinnan painopisteen ja vedetyn puolenruuviryhmän painopisteen välinen etäisyys [8,9,10].

Kuvasta 3.35 saadaan seuraavat tasapainoehdot, kun kyseessä on kaksoissymmetrinen I-pro-fiili, joka sijaitsee pohjalevyssä keskeisesti:

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

≤ctfN cc≤c

cc

≤c≤c

tf

t w

Tätä aluetta ei lasketa mukaankantavaan pintaan

Kantavapinta

NEd s≤c s≤c

beff

leff

NEd Nc Ns– leff y fjd As fyb (3.57)–= =

MEd NEd 0 5 ap ap d–( )–,[ ]+ Nc d 0 5 y,–( ) (3.58)=



407

Jälkimmäisestä ehdosta voidaan ratkaista betonin puristuspinnan korkeus:

missä leff on pohjalevyn tehollinen leveys puristuspuolella (ks. kuva 3.34).

Kuva 3.35 Puristetun ja taivutetun pilarin rakennemalli

Pohjalevyn paksuus on määritettävä sekä puristus- että vetopuolen suhteen.

Puristuspuolella pohjalevyn paksuus tarkastetaan kuten edellä kohdassa 3.6.4.1.

Vetopuolella pohjalevyn ja pilarin muodostaman laippaliitoksen vetokestävyys tarkastetaan ek-vivalenttiin T-osaan perustuen vastaavalla tavalla kuin päätylevyillä toteutetuissa palkki-palkki-liitoksissa ja palkki-pilariliitoksissa.

Mahdollisesti syntyviä vipuvoimia ei tarvitse ottaa huomioon pohjalevyn paksuutta määritet-täessä, sillä perustusruuvin venymäpituus on yleensä niin suuri, että vipuvoimia ei synny (poh-jalevyn kannalta varmalla puolella oleva oletus) [8,9,10]. Eurocoden korjausosan [10] mukaanperustusruuvien mitoituksessa vipuvoimat sen sijaan tulee ottaa huomioon. (Todettakoon kui-tenkin, että kun ensin määritetään pohjalevyn paksuus ilman vipuvoimia, T-osan kestävyys pie-nenee, jolloin puolestaan ruuvien kestävyyttä tarkastettaessa havaitaan että vipuvoimia ei pää-se muodostumaan. Kyseinen Eurocoden muutos on siis väärin, ja pohjalevyjen ja perustusruu-vien tapauksessa vipuvoimat voidaan jättää huomioon ottamatta, eli toimitaan Eurocoden alku-peräisen [8] ohjeen mukaisesti.)

MEd NEd d 0 5 ap,–( )+ leff y fjd d 0 5 y,–( )=

0 5 leff fjd y2

leff fjd dy– MEd NEd d 0 5 ap,–( )+[ ]+,⇒ 0=

y⇒leff fjd d leff fjd d–( )2

2leff fjd MEd NEd d 0 5 ap,–( )+[ ]–±leff fjd

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (3.59)=

MSd

NSd

t p

f j

Nc

y

d

ap

Ns

MEd

NEd

f jds



408

Pilarin pohjaosien mitoitusta on käsitelty Eurocoden osan EN 1993-1-8 lisäksi sen kanssa yh-teensopivin ohjein ja laskuesimerkein mm. lähteen [50] dokumenteissa SN021, SN037, SN043ja SX019.

Esimerkki 3.5

Lasketaan oheisen kuvan mukaisen perustusliitok-sen kestävyys. Pilariprofiili on WI400-15-20×400.Sekä pilarin että pohjalevyn teräslaji on S355J2.

Kuormitus:


Levyn mitat:

fyp = 355 N/mm2 , fup = 490 N/mm2 kun t ≤ 40 mm (taulukko 1.12) fyp = 335 N/mm2 , fup = 470 N/mm2 kun 40 mm < t ≤ 80 mm (taulukko 1.12)

γM0 = 1,0 (taulukko 2.5) γM2 = 1,25 (taulukko 2.5) βw = 0,9 (taulukko 3.23)

A. Hitsien mitoitus:

Puristusjännitykset voidaan välittää perustuksiin kosketuspaineen kautta, jolloin hitsejä eitarvitse mitoittaa kuin veto- ja leikkausvoimille. Pohjalevyn ja pilarin alapään välillä ontällöin oltava tiivis kosketus. Tämä on mainittava pilarin kokoonpanopiirustuksessa.

NEdMEd VEd

= 400,0 kN= 385,0 kNm= 120,0 kN

IyWel.yA

= 63645·104 mm4

= 3182·103 mm3

= 21400 mm2

tpap b d

= 50 mm= 640 mm= 460 mm= 580 mm

ex e1e s vw

= 60 mm = 50 mm= e1+30 = 80 mm = 120 mm= 520 mm= 300 mm

MSd

NSd

t p

f j

Nc

y

d

ap = 640

Ns

s

e

m

0,8a 2

e 1=

50

60 s= 120

w =

300

b =

460

520

tiivis kosketus

MEdNEd

mx

ex

v =

f jd



409

A.1 Laipan hitsit:

Laipan hitsejä kuormittaa vain pilarin taivutusmomentti ja normaalivoima.

vetojännitys laipan keskilinjalla:

hitsin a-mitta:


⇒ valitaan af = 7 mm

laipan sisäpuolisen hitsin pituus:

kaksoispienahitsin jännitykset:

jännitysvertailu:

fu = 470 N/mm2 (heikomman osan murtolujuus), βw = 0,9 :

Taivutusmomentin kuormittamassa hitsatussa liitoksessa hitsin kestävyys ei saa muodostuamäärääväksi liitoksen taivutuskestävyydelle Mj.Rd (tarkastetaan myöhemmin).

Jos tarkasteltava hitsi olisi staattisesti määräämättömän rakenteen osana, hitsiltä vaaditaanriittävää lujuutta jotta se ei murru ennen viereisen perusaineen yleistä myötäämistä. Lisäksitaivutusmomentin kuormittamissa liitoksissa, jos liitokseen syntyy kiertyvä plastinen nivel,liitoksen hitsit mitoitetaan vähintään liitettävän sauvan plastisuusteorian mukaiselle taivu-

σx

MEd

Iy----------

h tf–

2------------

NEd

A---------

385 0, 106⋅

63645 104⋅

---------------------------400 20–

2---------------------⋅ 400 0, 10

3⋅21400

--------------------------- 96 2 N/mm2,=–=–=

af t 0 5 50 0 5 6 6 mm t = paksumpi liitettävistä levyistä ,=,–=,–≥

af 7 mm 3 mm OK≥=

leff 192 5 mm max 6af ; 30 mm[ ]≥, max 6 7 ; 30 mm⋅[ ] 42 mm OK= = =

σ⊥ τ⊥σx

2 2af

-----------------tf96 2,

2 2 7⋅ ⋅---------------------- 20 97 2 N/mm

2,=⋅== =

σ⊥2

3 τ⊥2 τ

2+( )+ 97 2, 23 97 2, 2

0+( )⋅+ 194 4 N/mm2,= =

fu

βwγ M2---------------≤ 470

0 9, 1 25,⋅------------------------- 417 8 N/mm

2 OK,= =

σ⊥ 97 2 N/mm2,=

0 9 fu,γ M2

-------------≤ 0 9, 470⋅1 25,

---------------------- 338 4 N/mm2 OK,= =



410

tuskestävyydelle (varmalla puolella oleva yksinkertaistus, ks. tarkemmin kohta 3.5.2.1).Laipan hitsien osalta kumpikin edellä esitetty vaatimus toteutuu, jos hitsin a-mitta valitaantasalujaksi laipan plastisen vetokestävyyden suhteen (taulukko 3.26):

A.2 Uuman hitsit:

Uuman hitsejä kuormittaa pilarin taivutusmomentin ja normaalivoiman lisäksi myös leik-kausvoima.

jännitys uuman ja laipan yhtymäkohdassa:

hitsin a-mitta:


⇒ valitaan aw = 7 mm

Vaihtoehtoisesti uuman hitsille voitaisiin valita kestävyyden perusteella pienempikin a-mit-ta, mutta tällöin on kiinnitettävä erityistä huomiota pohjalevyn mahdolliseen esilämmitys-tarpeeseen.

hitsin pituus:

kaksoispienahitsin jännitykset:

af 0 58, tf490 MPa470 MPa----------------------⋅ ⋅≥ 0 58, 20 490 MPa

470 MPa----------------------⋅ ⋅ 12 1 mm af⇒, 13 mm= = =

σx

MEd

Iy---------- h 2⁄ tf–( )

NEd

A---------

385 0, 106⋅

63645 104⋅

--------------------------- 400 2⁄ 20–( )⋅ 400 0, 103⋅

21400--------------------------- 90 2 N/mm

2,=–=–=

aw t 0 5 50 0 5 6 6 mm t = paksumpi liitettävistä levyistä,=,–=,–≥

aw 7 mm 3 mm OK≥=

leff hw 360 mm max 6af ; 30 mm[ ]≥ max 6 7 ; 30 mm⋅[ ] 42 mm OK= = = =

σ⊥ τ⊥σx

2 2aw

------------------tw90 2,

2 2 7⋅ ⋅---------------------- 15 68 3 N/mm

2,=⋅== =

τ VEd

2aw h 2tf–( )------------------------------

120 103⋅

2 7 400 2 20⋅–( )⋅ ⋅------------------------------------------------ 23 8 N/mm

2,= ==



411

jännitysvertailu:

Jos tarkasteltava hitsi olisi staattisesti määräämättömän rakenteen osana, tai jos kyseessäolisi taivutusmomentin kuormittama liitos johon syntyy kiertyvä plastinen nivel, täytyisi uu-man hitsit mitoittaa vastaavalla tavalla kuin laipan hitsit edellä, jotta liitoksen hitsit koko-naisuudessaan täyttävät ao. vaatimukset (taulukko 3.26):

B. Pohjalevyn lamellirepeilyn estäminen:


C. Pohjalevyn ja perustusruuvien mitoitus:

betonin lujuus: C25 / 30

fck = 25 N/mm2 γC = 1,5 [1,2,3] αcc = 0,85 [1,2,3]

betonin pintapaineen mitoituslujuus:

kantavan pinnan ulottuma:

⇒

σ⊥2

3 τ⊥2 τ

2+( )+ 68 3, 23 68 3

2, 23 82,+( )⋅+ 142 7 N/mm

2,= =

fu

βwγ Mw----------------≤ 470

0 9, 1 25,⋅------------------------- 417 8 N/mm

2 OK,= =

σ⊥ 68 3 N/mm2,=

0 9 fu,γ M2

-------------≤ 0 9, 470⋅1 25,

---------------------- 338 4 N/mm2 OK,= =

aw 0 58, tw490 MPa470 MPa----------------------⋅ ⋅≥ 0 58, 15 490 MPa

470 MPa----------------------⋅ ⋅ 9 1 mm aw⇒, 10 mm= = =

fjd βj kj αcc fck γ C⁄⋅ ⋅ 2 3⁄( ) 1 0 85, 25 1 5,⁄⋅ ⋅ ⋅ 9 44 N/mm2,= = =

c tp

fyp γ M0⁄3fjd

--------------------- 50335 1 0,⁄3 9 44,⋅----------------------⋅ 172 0 mm,= = =

leff min b ; bf 2c+( )[ ]= min 460 ; 400 2 172 0,⋅+( )[ ] 460 mm= =

s 120 mm c≤ 172 0 mm OK,= =

beff min s t+ f c+( ) ; c t+ f c+( )[ ]= min 312 ; 364[ ] 312 mm= =



412

puristuspinnan korkeus:

voimat puristus- ja vetopuolella:

Valitaan harjateräsruuvit 4×M36 valmistajan taulukon mukaan. Perustusruuvien kestävyystarkastetaan valmistajan ohjeiden mukaisesti. Tässä esimerkissä valitun valmistajan ilmoit-tama normaalivoimakestävyys huomioi myös ankkurointikestävyyden. Perustuksen suunnit-telija huolehtii perustuksen raudoituksesta ottaen huomioon tässä valitun ruuvityypin.

Valmistajan taulukko on laadittu betonilaadulle C25/30, joten ruuvien kestävyysarvot ovatsuoraan valmistajan taulukon mukaiset (jos poiketaan ko. betonilaadusta, taulukkoarvojaon korjattava korjauskertoimella).

Ruuvien vetokestävyys:

Vetovoima Ns kohdistuu kahdelle vetopuolella olevalle ruuville. Yhdelle ruuville tuleva voi-ma on siten:

Valmistajan taulukon mukaan yhden ruuvin normaalivoimakestävyys on:

Ruuvien leikkauskestävyys: Leikkausvoima VEd kohdistuu kaikille neljälle ruuville. Yhdelle ruuville tuleva leikkausvoi-ma on siten:

yleff fjd d leff fjd d–( )2

2leff fjd MEd NEd d 0 5ap,–( )+[ ]–±leff fjd

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------=

460 9 44 580⋅,⋅ 460 9 44 580⋅,⋅–( )22 460 9 44 ⋅,⋅ ⋅–

385 106⋅ 400 10

3580 0 5 640⋅,–( )⋅ ⋅+[ ]

±

460 9 44,⋅---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------=

y1 913 4 mm,=

y2 246 6 mm,=⇒

y⇒ 246 6 mm beff≤, 312 mm OK= =

Nc leff y fjd 460 246 6, 9 44 1070 8 kN (puristusta),=,⋅ ⋅==

Ns N= c NEd– 1070 8 400 0,–, 670 8 kN (vetoa),= =

Ns 2⁄ 670 8, 2⁄ 335 4 kN,= =

Nt.Rd 470 6 kN 335 4 kN OK,≥,=

VEd 4⁄ 120 0, 4⁄ 30 0 kN,= =



413

Valmistajan taulukon mukaan yhden ruuvin leikkausvoimakestävyys on betonilaadun mää-räämänä:

Normaalivoiman ja leikkausvoiman yhteisvaikutus:

Lopputilanteen (N+V) yhteisvaikutusta ei tarvitse erikseen tarkastaa (betonivalun määrää-mästä leikkauskestävyydestä johtuen leikkausvoima jää hyvin alhaiseksi verrattuna ruuvinitsensä leikkauskestävyyteen).

Ruuvien keskiöetäisyys 300 mm toteuttaa valmistajan ilmoittaman minimietäisyys vaa-timuksen. Perustusruuvien valmistajan ilmoittamat betoniperustuksen minimi reunaetäisyy-det tulee myös tarkastaa ja kapasiteetit vähennetään tarvittaessa valmistajan ohjeidenmukaisesti (perustuksen suunnittelija).

Edellä esitettyjen tarkastelujen lisäksi tulee suorittaa asennusaikaisen tilanteen tarkasta-minen, jolloin myös (N+V) yhteisvaikutus tulee tarkastaa valmistajan ohjeiden mukaisesti.Myös asennusaikainen ruuvien nurjahtaminen on tarkastettava.

C.1 Pohjalevyn paksuus puristuspuolella:

betonin pintapaineesta pohjalevyyn kohdistuva taivutus:

pohjalevyn paksuus:

C.2 Pohjalevyn paksuus vetopuolella:

Pohjalevyn paksuuden määrää vetopuolella sen plastinen taivutuskestävyys Mpl.1.Rd .

Ensin on kuitenkin tarkasteltava vetopuolen ekvivalenttia T-osaa, jotta saadaan pohjalevynplastisen taivutuskestävyyden laskemisessa tarvittava Σ leff.1 .

Pohjalevyn paksuutta määritettäessä oletetaan, että perustusruuveista ei synny vipuvoimia[8,9,10].

Tällöin ekvivalentille T-osalle tarvitsee tarkastaa vain kaksi murtumismuotoa (yhdistettymurtumismuoto 1-2 sekä murtumismuoto 3 = ruuvien murtuminen):

Vc.Rd 35 5 kN 30 0 kN OK,≥,=

Mp.Edleff s

2fjd

2------------------

460 1202

9 44,⋅ ⋅2

----------------------------------------- 31 3 kNm,= = =

tp

6Mp.Ed

leff fyp γ M0⁄⋅------------------------------≥ 6 31 3, 10

6⋅ ⋅460 335 1 0,⁄⋅----------------------------------- 34 9 mm tp≤, 50 mm OK= = =



414

yhdistetty murtumismuoto 1-2:

teholliset leveydet, pyöreät myötöviivakuviot:

muut myötöviivakuviot:

murtumismuoto 3 (ruuvien murtuminen):

edellä on valittu harjateräsruuvit M36:

T-osan vetokestävyys on pienin edellä lasketuista kestävyyksistä:

pohjalevyyn kohdistuu ruuvivoimista aiheutuva momentti:

mx s e– x 0 8af 2,– 120 60– 0 8, 7 2 52 1 mm,=⋅ ⋅–= =

leff.cp min 2πmx πmx w πmx 2e+;+;( )=

min 2 π 52 1 π 52 1,⋅ 300 π 52 1,⋅ 2 80⋅+;+;,⋅ ⋅( ) 323 7 mm,==

leff.nc min 4mx 1 25ex e 2mx 0 625e, x 0 5bp 0 5w 2m+, x;, 0 625ex,+;+ +;,+( )=

min 4 52 1,⋅ 1 25 60 80 2 52 1,⋅ 0 625 60⋅, 0 5 460 ;⋅,;+ +;⋅,+ 0 5 300⋅ 2 52 1,⋅+, 0 625 60 ⋅,+⎝ ⎠

⎛ ⎞=

221 7 mm,=

leff.1 min leff.nc ; leff.cp[ ] min 221 7 ; 323 7,,[ ] 221 7 mm (murtumismuoto 1),= = =

Σleff.1 2leff.1 2 221 7 443 4 mm,=,⋅==

Mpl.1.Rd 0 25 Σleff.1 tp2

fyp γ M0⁄ 0 25 443 7, 502

335 1 0 92 9 kNm,=,⁄⋅ ⋅ ⋅,=,=

FT.1-2.Rd

2Mpl.1.Rd

mx---------------------- 2⁄ 2 92 9 10

6⋅,⋅52 1,

-------------------------------- 2⁄ 1783 kN T-osan kestävyys on puolitettu= = = koska ruuvit (ja plastinen nivel) sijaitsevat vain T-osan yhdellä puolella

Ft.pl.Rd FT.1-2.Rd 1783 kN pohjalevyn taivutuksesta aiheutuva kestävyys = = pilarin vetolaipan kohdalla

Ft.Rd 470 6 kN yhden ruuvin vetokestävyys,=

FT.3.Rd ΣFt.Rd 2Ft.Rd 2 470 6,⋅ 941 2 kN (vetopuolen T-osassa on 2 ruuvia) ,= = = =

FT.Rd min FT.1-2.Rd ; FT.3.Rd [ ] min 1783 ; 941 2,[ ] 941 2 kN,= = =

Mt.Ed Ns mx 670 8 103

52 1, 34 9 kNm Mpl.1.Rd≤,=⋅ ⋅,= 92 9 kNm OK,= =



415

C.3 Perustusruuvien vipuvoimat:

Toisin kuin pohjalevyn tapauksessa, perustusruuvien mitoitus suoritetaan EN 1993-1-8 mu-kaan olettamuksella, että syntyy vipuvoimia [8,9,10].

Vipuvoimien suuruus arvioidaan seuraavasti:

T-osassa vaikuttava voima voi olla enintään T-osan kestävyyden FT.Rd suuruinen (jonkaedellä määräsi ruuvien murtuminen):

Koska vetopuolella ruuveja on ainoastaan T-osan laipan toisella puolella (eli ulkopuolella),kohdistuu ko. ruuveihin T-osan koko voima FT.Ed (eikä sen puolikas), jolloin vipuvoimaksisaadaan lauseketta (3.4) soveltaen:

Havaitaan siis, että vipuvoimaa ei esiinnykään perustusruuveissa.

Saatu tulos pätee yleisestikin perustusruuvien tapauksessa: kun pohjalevy mitoitetaan ensinolettamuksella, että vipuvoimia ei esiinny (EN 1993-1-8: kohta 6.2.6.11(2)), voidaan senjälkeen perustusruuvien suhteen havaita että niissäkään ei esiinny vipuvoimia. Vipuvoimatkatoavat perustusruuveissa myös siinä tapauksessa, että T-osan kestävyyden määräisikestävyys FT.1-2.Rd .

D. Pilarin ja pohjalevyn puristetun puolen kestävyys:

D.1 Pilarin puristetun laipan ja puristetun uuman osan yhdistetty kestävyys:

pilarin poikkileikkausluokka (taulukko 2.9, mutta jätetään kaulahitsien vaikutus huomioonottamatta):

puristettu laippa:

uuma (tarkastetaan varmalla puolella yksinkertaistaen pelkän puristuksen mukaan):

⇒ pilari kuuluu PL-luokkaan 3

FT.Ed FT.Rd 941 2 kN,= =

FT.Ed mx⋅ 941 2 103⋅, 52 1,⋅ 49 0 kNm Mpl.1.Rd≤ 92 9 kNm,=,= =

Q 0=

ctf---

192 5,20

--------------- 9 6 11 4 poikkileikkausluokka 3⇒,≤,= =

bw

tw------




416

D.2 Puristetun T-osan kestävyys:

teräksen ja betonin välisen liitoksen puristuskestävyys:

E. Pilarin ja pohjalevyn vedetyn puolen kestävyys:

E.1 Pilarin vedetyn uuman kestävyys:

Koska T-osassa ei ole ruuveja pilarin laippojen välissä, pilarin uuman vedetyn osankestävyyttä Ft.wc.Rd ei tarvitse tarkastaa.

E.2 Vedetyn T-osan kestävyys:

Tarkasteltu edellä, ks. C.2.

F. Pohjalevyliitoksen taivutuskestävyys:

vetopuolen (vasemman puolen) kestävyys:

Mc.Rd Mel.RdWel.y fy

γ M0----------------

3182 103

355⋅ ⋅1 0,

----------------------------------- 1130 kNm pilarin PL-luokan mukainen= = = = taivutuskestävyys

z h tf– 400 20– 380 mm momenttivarsi (varmalla puolella oleva arvo)= = =

Fc.f.RdMc.Rd

z-------------

1130 106⋅

380------------------------ 2974 kN pilarin puristetun laipan ja puristetun = = =

uuman osan yhdistetty puristuskestävyys

FC.Rd fjd beff leff 9 44, 312 460⋅ ⋅ 1355 kN= = =

Fc.pl.Rd FC.Rd 1355 kN= =

Ft.pl.Rd FT.Rd 941 2 kN pohjalevyn taivutuksesta määräytyvä kestävyys ,= = pilarin vetolaipan kohdalla

Ft.wc.Rd - pilarin vedetyn uuman kestävyyttä ei tässä = esimerkissä tarvitse määrittää (kuten edellä todettu)

FT.left.Rd min Ft.pl.Rd ; Ft.wc.Rd[ ] 941 2 kN,= =



417

puristuspuolen (oikean puolen) kestävyys:

momenttivarsi:

pilarin kuormituksen epäkeskeisyys:

Tämän esimerkin mukaisessa kuormitustilanteessa, kun pohjalevyn vasemmalla puolella onvetoa ja oikealla puolella puristusta, liitoksen taivutuskestävyys Mj.Rd määräytyy seuraa-vasti (muut kuormitusyhdistelmät, ks. EN 1993-1-8: kohta 6.2.8.3):

Hitsit on esimerkin alussa mitoitettu vaikuttaville voimasuureille. Tarkastetaan vielä, ettähitsit eivät muodostu määrääväksi liitoksen taivutuskestävyydelle vetopuolella eikä puris-tuspuolella. Koska puristuspuolella pilarin kuormat siirretään pohjalevyyn kosketuspai-neella, tarvitsee tarkastaa vain vetopuolen hitsit:

Fc.pl.Rd 1355 kN=

Fc.f.Rd 2974 kN pilarin puristetun laipan ja puristetun = uuman osan yhdistetty puristuskestävyys

FC.right.Rd min Fc.pl.Rd ; Fc.fc.Rd[ ] min 1355 ; 2974[ ] 1355 kN= = =

zT.left 400 2 60+⁄ 260 mm vetopuolen (vasemman puolen) momenttivarsi= =

zC.right 400 2⁄ 200 mm puristetun puolen (oikean puolen) momenttivarsi= =

z zT.left zC.right+ 260 200+ 460 mm= = =

MEd 385 0 kNm (myötäpäivään positiivinen),=

NEd 400– 0 kN (puristus negatiivinen),=

eMEd

NEd----------

385 0, 106⋅

400– 0, 103⋅

------------------------------- 962– 5 mm,= = =

FT.left.Rd z⋅zC.right e⁄ 1+-------------------------------

941 2, 103

460⋅ ⋅200 962 5,–( )⁄ 1+--------------------------------------------- 546 5 kNm,= =

F– C.right.Rd z⋅zT.left e⁄ 1–

--------------------------------1355– 10

3460⋅ ⋅

260 962 5,–( ) 1–⁄--------------------------------------------- 490 7 kNm,= =

Mj.Rd minFT.left.Rd z⋅

zC.right e⁄ 1+------------------------------- ;

F– C.right.Rd z⋅zT.left e⁄ 1–

-------------------------------- min 546 5 ; 490,7,[ ] 490 7 kNm ,= = =

Mj.Rd 490 7 kNm MEd≥, 385 0 kNm OK,= =



418

Koska vetopuolella liitoksen taivutuskestävyyden määrää tässä esimerkissä FT.left.Rd =Ft.pl.Rd = FT.3.Rd eli vedetyn T-osan kestävyys, riittää että tarkastetaan ekvivalentin T-osanuuman muodostavan pilarin laipan kaksoispienahitsi:

Betoniperustus suunnitellaan Eurocoden osan EN 1992-1-1 mukaisesti.

Edellä suoritettujen liitoksen kestävyystarkastelujen lisäksi tulee tarkastaa pilarin itsensäkestävyys puristukselle, taivutukselle, leikkaukselle ja niiden yhteisvaikutukselle.

F2w.Rd2

βw-------

fu

γ M2--------- a f bf⋅ ⋅ 2

0 9,---------

4701 25,------------ 7 400⋅ ⋅ ⋅ 1861 kN FT.3.Rd≥ 941 2 kN OK,= = = =



419

3.7 Lähdeluettelo

[1] SFS-EN 1992-1-1:2005. (EN 1992-1-1:2004) Eurokoodi 2. Betonirakenteiden suunnittelu. Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 222 s.



[4] SFS-EN 1993-1-3:2006+AC:2009. (EN 1993-1-3:2006+AC:2009) Eurokoodi 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-3: Yleiset säännöt. Lisäsäännöt kylmämuovatuille sauvoille ja levyille. (Sisältää myös korjaukset AC:2009) Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 128 s.











420







[19] Kouhi J. 20xx. “Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu: Osa 1-8: Liitosten mitoitus. Sovellutusohjeita, taustatietoja, kommentteja, tulkintoja, selvennyksiä, kansallinen liite ja sen taustoja, oppi- ja opetusaineistoa, esimerkkejä.” Teräsrakenneyhdistys ry. Työversio 2009.

[20] CeStruCo: Design of structural connections to Eurocode 3. Frequently asked questions. Building Research Establishment Ltd, Watford. 2003. 140 s. [www.fsv.cvut.cz/cestruco] (11.5.2010)


[22] SFS-EN ISO 4014:2001. (EN ISO 4014:2000) Hexagon head bolts. Product grades A and B. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 19 s.

[23] SFS-EN ISO 4016:2001. (EN ISO 4016:2000) Hexagon head bolts. Product grade C. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 16 s.

[24] SFS-EN ISO 4017:2001. (EN ISO 4017:2000) Hexagon head screws. Product grades A and B. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 18 s.



421

[25] SFS-EN ISO 4018:2001. (EN ISO 4018:2000) Hexagon head screws. Product grade C. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 16 s.

[26] SFS-EN ISO 4032:2001. (EN ISO 4032:2000) Hexagon nuts, style 1. Product grades A and B. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 14 s.

[27] SFS-EN ISO 4033:2001. (EN ISO 4033:2000) Hexagon nuts, style 2. Product grades A and B. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 12 s.

[28] SFS-EN ISO 4034:2001. (EN ISO 4034:2000) Hexagon nuts. Product grade C. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 12 s.

[29] SFS-EN ISO 7089:2001. (EN ISO 7089:2000) Plain washers. Product grade A. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 12 s.

[30] SFS-EN ISO 7090:2001. (EN ISO 7090:2000) Plain washers, chamfered. Normal series. Product grade A. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 12 s.

[31] SFS-EN ISO 7091:2001. (EN ISO 7091:2000) Plain washers. Normal series. Product grade C. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 11 s.

[32] SFS-EN 15048-1:2007. (EN 15048-1:2007) Non-preloaded structural bolting assemblies. Part 1: General requirements. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 26 s.

[33] SFS-EN 14399-1:2005. (EN 14399-1:2005) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 1: General requirements. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 23 s.

[34] SFS-EN 14399-2:2005. (EN 14399-2:2005) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 2: Suitability test for preloading. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 14 s.

[35] SFS-EN 14399-3:2005. (EN 14399-3:2005) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 3: System HR. Hexagon bolt and nut assemblies. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 20 s.

[36] SFS-EN 14399-4:2005. (EN 14399-4:2005) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 4: System HV. Hexagon bolt and nut assemblies. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 18 s.



422

[37] SFS-EN 14399-5:2005. (EN 14399-5:2005) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 5: Plain washers. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 9 s.

[38] SFS-EN 14399-6:2005. (EN 14399-6:2005) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 6: Plain chamfered washers. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 9 s.

[39] SFS-EN 14399-7:2008. (EN 14399-7:2007) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 7: System HR. Countersunk head bolt and nut assemblies. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 22 s.

[40] SFS-EN 14399-8:2008. (EN 14399-8:2007) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 8: System HV. Hexagon fit bolt and nut assemblies. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 18 s.

[41] SFS-EN 14399-9:2009. (EN 14399-9:2009) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 9: System HR or HV. Direct tension indicators for bolt and nut assemblies. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 24 s.

[42] SFS-EN 14399-10:2009. (EN 14399-10:2009) High-strength structural bolting assemblies for preloading. Part 10: System HRC. Bolt and nut assemblies with calibrated preload. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 22 s.

[43] BS 5950-1:2000. Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design. Rolled and welded sections. British Standards Institution. 222 s.

[44] Teräsrakenteet, ohjeet 1996. Suomen rakentamismääräyskokoelma B7. Ympäristöministeriö. 51 s.

[45] Handbuch für Entwurf, Berechnung und Bemessung unverschieblicher oder seitensteifer Stahlhochbauten nach Eurocode 3. No 85-DE. 1996. Brussels, ECCS. 232 s.

[46] Kinnunen J., Saarinen E., Tiira S., Ulvinen S., Väänänen E. 2001. Teräsrakenteiden suunnittelu. Neljäs, uusittu painos. Teräsrakenneyhdistys ry ja Rakennustieto Oy. 180 s.

[47] Teräsrakenteiden suunnittelu ja mitoitus. Eurocode 3 -oppikirja. 2010. Teräsrakenneyhdistys ry. 183 s.



423

[48] SFS 2373:1980. Hitsaus. Staattisesti kuormitettujen teräsrakenteiden hitsausliitosten mitoitus ja lujuuslaskenta. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 38 s. Standardi on kumottu.

[49] SFS-EN ISO 5817:2006. (EN ISO 5817:2003) Hitsaus. Teräksen, nikkelin, titaanin ja niiden seosten sulahitsaus (paitsi sädehitsaus). Hitsiluokat. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 64 s.

[50] Access Steel. [www.access-steel.com] (12.5.2010)

[51] RIL 167-2 Teräsrakenteet II. 1992. Suomen Rakennusinsinöörien liitto RIL ry. 471 s.



424

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————


HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

425

4. HITSATUN PROFIILIN VÄSYMISKESTÄVYYS

4.1 Väsyttävä kuormitus

Väsyttävä kuormitus voi aiheuttaa rakenteen murtumisen tietyn ajan kuluessa, vaikka raken-teen kantokyky staattiselle kuormalle olisi riittävä. Väsyttävä kuormitus on suunnaltaan, suu-ruudeltaan tai sijainniltaan vaihtelevaa ja vaihtelu voi olla vakioamplitudista tai muuttuva-amp-litudista (kuva 4.1). Vakioamplitudinen kuormitus aiheuttaa tarkasteltavaan kohtaan jännitys-vaihtelun, joka on vakio. Tällaisen tilanteen voivat aiheuttaa esimerkiksi koneet, jotka toimivattietyllä kierroslukualueella. Normaalisti väsyttävä kuormitus on muuttuva-amplitudista, jollointarkasteltavan kohdan jännitysvaihtelu muuttuu ajan suhteen. Esimerkiksi nosturin aiheuttamakuormitus nosturiratapalkille on muuttuva-amplitudista kuormitusta, kuten myös ajoneuvokuor-man aiheuttama kuormitus siltoihin.

Dynaamisesti kuormitetuissa rakenteissa pitää ottaa huomioon värähtelyn vaikutus jännityk-siin. Jännityksen lisäys on merkittävä, jos rakenteen ominaistaajuus on lähellä kuorman väräh-telytaajuutta. Rakenteet pyritään yleensä suunnittelemaan siten, että alin ominaistaajuus olisikorkeampi kuin dynaamisen kuormituksen taajuus. Näin vältytään resonanssin aiheuttamiltajännityshuipuilta. Dynaamisen kuormituksen taajuus voi olla myös ominaistaajuutta korkeampi,jos resonanssitaajuus ohitetaan nopeasti (esim. koneiden perustukset).

Kuva 4.1

Vakioamplitudinen ja muuttuva-amplitudinen kuormitus

Hengittämisilmiötä ei sallita väsytyskuormituissa rakenteissa. Tykyttävä tai vaihtuva kuormitusvoi levyn tason suuntaisena vaikuttaessaan aiheuttaa hoikissa levykentissä lommahtelua, mikäaiheuttaa edestakaisia taipumia kohtisuorassa suunnassa levyn tasoon nähden. Tyypillisesti il-miö voi esiintyä ohutuumaisissa I- tai kotelopoikkileikkauksissa, minkä vuoksi puhutaan uumanhengittämisestä. Uuman ja laipan välisissä kaulahitseissä uuman hengittäminen voi johtaa hit-sien pituussuuntaisiin väsymishalkeamiin. Hengitysilmiötä koskevilla mitoitussäännöillä rajoite-taan ylikriittisen alueen käyttöä väsytyskuormitetuissa rakenteissa. Tämän vuoksi sekä EN1993-2 (Terässillat) että EN 1993-6 (Nostureita kannattavat rakenteet) rajoittavat uuman jänni-tyksiä (hoikkuutta) kohdassa 2.10.1.2 esitetyn mukaisesti.

Aika Aika

σ σ

Δσmin

Δσmax

Δσ

Δσmin

Δσmax

(Δσ)

max

HP_LUKU_.FM Page 425 Tuesday, August 24, 2010 3:22 PM

HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

426

4.2 Hitsatun rakenteen väsyminen

Hitsatussa rakenteessa on aina pieniä alkusäröjä (kuva 4.2), jotka kasvavat ja etenevät väsyt-tävän kuormituksen vaikutuksesta. Lisäksi ehjään materiaaliin voi ydintyä väsyttävän kuormi-tuksen johdosta särö, joka kasvaa ja etenee samalla tavalla kuin alkusärö. Särön reunoihinsyntyy voimakkaita jännityshuippuja, jotka edistävät särön kasvua. Lisäksi rakenteen epäjatku-vuuskohdat synnyttävät jännityshuippuja (kuva 4.3). Hitsatussa rakenteessa kriittinen paikkaon hitsin ja perusaineen rajaviiva. Särö voi ydintyä hitsiin tai sen läheisyyteen, josta vaurio ete-nee. Hitsausliitoksen väsymiskestävyys on normaalisti pienempi kuin perusaineen väsymis-kestävyys, joten hitsaustyön laatu vaikuttaa merkittävästi koko rakenteen väsymiskestävyy-teen.

Särön ydintyminen ja kasvu alkaa ensimmäisestä jännitysvaihtelusta. Murtumaan johtavienjännitysvaihteluiden lukumäärä eli rakenteen elinikä riippuu kuormituksen luonteesta. Periaat-teessa vetojännitys, ei puristus, aiheuttaa väsymisvaurion. Perustapauksessa kuormitus, jossaosa jännitysvaihtelusta on puristuspuolella, on väsymisen suhteen edullisempi kuin jos kokojännitysvaihtelu on vedon puolella. Lisäksi elinikä lyhenee suuremmilla keskijännitystasoilla sa-mansuuruisilla jännitysvaihteluilla [1].

Kuva 4.2

Hitsatun rakenteen eri tasoisia epäjatkuvuuskohtia ja tyypillinen alkusärön sijainti [2]

Edellä oleva perusoletus ei päde kaikille tapauksille vaan ainoastaan materiaaleille, joissa eiole jäännösjännityksiä. Hitsausliitosten tärkein tekijä väsymisilmiössä on jännitysvaihteluvälin

Δσ

suuruus. Nimellisen keskijännityksen merkitys on vähäinen hitsatussa tilassa olevissa ra-kenteissa, koska hitsauksen aiheuttamat jäännösjännitykset pitävät todellisen jännitystasonkorkeana. Hitsattujen, hitsatussa tilassa olevien rakenteiden väsymisstandardit perustuvatkinoletukseen, että jännitys heilahtelee vetomyötölujuudesta alaspäin riippumatta nimellisen jän-nityksen etumerkistä [1,2].

a) b) c)

Rakenteellinen epäjatkuvuus Paikallinen lovi Alkusärö

rθ

a0


HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

427

Kuva 4.3

Rakenteessa olevia epäjatkuvuuskohtia

Hitsatun rakenteen väsymiskestävyyteen vaikuttavat seuraavat seikat:

• jännitysten vaihteluväli • kuormituskertojen lukumäärä • rakenteen epäjatkuvuuskohdat (kuva 4.3) • hitsien muotoilu • alkusärön suuruus • jäännösjännitykset ja • teräksen sitkeys.

Hitsatussa tilassa olevan rakenteen väsymiskestävyys sen sijaan ei riipu käytetyn teräksen lu-juudesta: kuten edellä todettiin, hitsatussa rakenteessa on aina valmiiksi pieniä alkusäröjä, janiiden kasvu puolestaan tapahtuu kaikissa hitsattavissa rakenneteräksissä käytännöllisesti kat-soen samalla nopeudella riippumatta teräksen myötölujuudesta. Lujasta teräksestä on hyötyävain, jos alkusäröt pystytään poistamaan, sillä silloin särön ydintyminen ilman alkuvikaa ole-vaan pintaan vaikeutuu [2].

Väsytyskuormitetussa hitsatussa rakenteessa myötölujuuden kasvattamisesta on hyötyä sil-loin, jos rakenteen pysyvien kuormien osuus on suuri, tai jos väsyttävään kuormaan sisältyy yk-sittäisiä suuria maksimikuormia, joiden johdosta alemman lujuusluokan teräksen staattinenkestävyys ei riitä [3].

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyy

yyyyyyyy

yyyyyyy

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyy

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyy

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyy

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyy

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyy��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyy

��

��

��

��

��

yyy

yyyyyy

yyyyyy

yyyyyy

yyy

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��


HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

428

4.3 Jännityskertymä, vesisäiliömenetelmä

Todellinen jännitysvaihtelu on harvoin vakioamplitudista vaan jännitykset vaihtelevat satunnai-sesti eli jännitys on muuttuva-amplitudista. Muuttuva-amplitudinen kuormitus täytyy mitoitustavarten muuttaa käyttökelpoiseen muotoon. Menetelmiä jännityshistorian muuntamiseksi jänni-tyskertymäksi on useita, joista yleisesti käytössä on ns. vesisäiliö-menetelmä (reservoir met-hod), jossa jännitysvaihtelut luokitellaan sopivalla porrastuksella vaihtelutasoihin ja lasketaankunkin vaihtelutason jännitysvaihteluiden lukumäärät. Suuruusjärjestyksen mukaisesti lajiteltu-na jännitysvaihteluista muodostuu kuvan 4.4 mukainen jännityskertymä, jota voidaan hyödyn-tää väsymismitoituksessa jännitysvaihteluiden mitoitusarvoa tai Palmgren-Minerin vauriosum-maa laskettaessa [1].

Standardeissa voidaan myös antaa valmiita tyypitettyjä jännityskertymiä. Esimerkiksi Euro-coden osassa EN 1991-3 on esitetty nostureita kannattaville rakenteille standardoidut kertymäteri nosturiluokille ekvivalenttien vauriokertoimien avulla.

Kuva 4.4

Vesisäiliömenetelmä ja jännitysvaihteluiden kertymä. Vesisäiliömenetelmässä jän-nityshistoria kuvitellaan vettä täynnä olevaksi säiliöksi. Suurin jännitysheilahdus

Δσ

1

vastaa vedenpinnan laskua, kun alimmasta kohdasta avataan pohjaventtiili.Seuraavaksi avataan venttiili josta saadaan seuraavaksi suurin vedenpinnan laskuja tuloksena on

Δσ

2

. Näin jatketaan kunnes kaikki vesi on laskettu pois [1,2]

Δσ

Δσ1

Δσ2

Δσ3

Δσ4

Δσ5

log n, log N

Δσ1

Δσ2

Δσ3

Δσ4

Δσ5


HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

429

4.4 Hitsatun rakenteen väsymistarkastelun menetelmiä

Väsymisanalyysin menetelmät voidaan karkeasti jakaa kahteen pääryhmään [1]:

• Wöhler- eli

S

-

N

-käyriin perustuvat menetelmät • murtumismekaniikkaa soveltavat menetelmät

Kuva 4.5

Väsymistarkastelussa käytettäviä jännityksiä [4]

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

σs

F

M

Hitsi

σnom

σm σb= +

= +

σln σb σnlp= +σm +

++=

Epälineaarinen jännityshuippu

Lovijännitys

Geometrinen jännitys

a) Nimellisten jännitysten menetelmä

b) Hot spot -jännitysten menetelmä

c) Lovijännitysten menetelmä

0,4 t

t

σnom on nimellisjännitys (lineaarisen kimmoteorian mukaisia jännityksiä)

σs on hot spot -jännitys (epäjatkuvuuskohdan kriittisessä pisteessä oleva geometrinenjännitys)

σm on kalvojännitys

σb on kuoren taivutusjännitys

σln on lovijännitys

σnlp on epälineaarinen huippujännitys

hs

hs


HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

430

Wöhler- eli

S

-

N

-käyriin perustuvia menetelmiä ovat:

• nimelliseen jännitykseen perustuva menetelmä • geometriseen (hot spot) jännitykseen perustuva menetelmä • lovijännitykseen perustuva menetelmä • lovikohdan venymään perustuva menetelmä

S

-

N

-käyriin perustuvissa menetelmissä väsymislujuus on ilmaistu väsytyskokeiden tuloksenasaatuina kuvan 4.7 mukaisina käyrinä.

S

tulee sanasta “Stress” (oikeastaan jännitysheilahdus,stress range) ja

N

vastaa murtumiseen johtavaa jännitysjaksojen lukumäärää.

Nimelliseen jännitykseen

(kuva 4.5a) perustuvassa menetelmässä rakenteen jännitykset las-ketaan kimmoteorian mukaan eikä rakenteen epäjatkuvuuskohtien vaikutusta oteta huomioon,koska ne sisältyvät kuormituskokeisiin. Sen sijaan ne makrogeometriset vaikutukset, jotka eivätsisälly koetuloksiin, on otettava jännitysten laskennassa huomioon.

Hot spot -menetelmä

(kuva 4.5b) soveltuu vain tapauksille, joissa särö alkaa kasvaa hitsin ra-javiivalta. Juuren puolelta alkavan särön kasvu tarkastellaan tavallisesti nimellisillä jännityksillä.Hot spot -jännitys on rakenteen epäjatkuvuuskohdan kriittisessä pisteessä oleva kyseisen koh-dan geometriasta riippuva eli "geometrinen" jännitys. Särön oletetaan ydintyvän epäjatkuvuus-kohtaan. Geometrinen jännitys voidaan jakaa kahteen osaan, kalvojännitykseen ja kuorentaivutusjännitykseen. Geometrinen jännitys sisältää rakenteen epäjatkuvuuskohdan aiheutta-man jännityskeskittymän ja on näin ollen nimellistä jännitystä suurempi kriittisessä pisteessä(hot spot -piste). Kriittinen piste sijaitsee tavallisesti hitsin rajaviivalla. Rakenne mallinnetaansopivalla FEM-ohjelmalla jännitysten määrittämiseksi, tai jännitykset mitataan venymäliuskoillatutkittavasta kohdasta. Koska tavoitteena on mitata rakenteellista jännitystä, joka ei sisällä lo-ven läheisyydessä esiintyvää huippujännitystä, venymäliuskoja ei saa laittaa liian lähelle hitsinrajaviivaa (hitsin rajaviivalla olevan loven vaikutus sisältyy kokeellisesti määritettyyn

S

-

N

-käy-rään). Yksityiskohdasta riippuen käytetään kahta tai kolmea mittauspistettä. Jos käytetään kah-ta mittauspistettä, hot spot -jännitys määritetään mittaamalla jännitykset kuvan 4.6 mukaisesti0,4t ja 1,0t etäisyydeltä hitsin rajaviivasta (t on levyn paksuus) ja ekstrapoloimalla jännityslineaarisesti tutkittavaan kohtaan. Jos käytetään kolmea mittauspistettä, ekstrapolointi suorite-taan epälineaarisesti. Hot spot -jännitys voidaan joissakin tapauksissa laskea myös kertomallanimellinen jännitys konsentraatiokertoimella (K

s

). Konsentraatiokertoimia esitetään kirjallisuu-dessa [2].

Kuva 4.6

Hot spot -jännityksen ekstrapolointi kun käytetään kahta mittauspistettä

σaσb

σhot spot

t

0,4t

0,6t


HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

431

Lovijännitykseen perustuva menetelmä

(kuva 4.5c) soveltuu sekä hitsin rajaviivalta että juu-ren puolelta alkavan väsymisen tutkimiseen. Lovijännitys on todellinen jännitys loven pohjalla.Lovijännitykseen lisätään hot spot -jännityksessä vaikuttavien eri jännitysten (kalvojännitys jakuoren taivutusjännitys) lisäksi loven aiheuttama epälineaarinen huippujännitys, joka rajoittuuyleensä n. 0,3 - 0,4t:n päähän loven pohjasta. Lovijännitysten laskemiseksi rakenne on mallin-nettava sopivalla FEM-ohjelmalla [2].

Murtumismekaniikan

avulla voidaan laskea väsymisikä särön kasvunopeuden perusteella.Alkusärön koko ja muoto vaikuttavat merkittävästi rakenteen käyttöikään.

Edellä mainittuja menetelmiä käsitellään enemmän mm. lähteissä [2,3].

Eurocoden osassa EN 1993-1-9 esitetyt väsymistarkastelut perustuvat pääasiassa nimellisenjännityksen menetelmään. Lisäksi osan EN 1993-1-9 liitteessä B on esitetty muutamille ta-pauksille väsymisluokat myös hot spot -menetelmään perustuen. Muita menetelmiä, kuten lo-vikohdan venymään perustuvaa menetelmää tai murtumismekaniikkaan perustuvaa menetel-mää ei käsitellä osassa EN 1993-1-9.

4.5 S-N-käyrien käyttö väsymistarkasteluissa

Seuraavassa esitettävät ohjeet ja kaavat koskevat

S

-

N

-käyrien perusperiaatteita ilman mitoituk-sessa käytettäviä osavarmuuslukuja. Varsinaisissa mitoituslaskelmissa tarvittavat kuorman jamateriaalin osavarmuusluvut otetaan huomioon kohdassa 4.6 esitettävän mukaisesti.

4.5.1 Vakioamplitudisen kuormituksen S-N-käyrät

S

-

N-

käyrästöissä (kuva 4.7) kunkin rakennedetaljin väsymislujuudet on esitetty perustuen erirakennedetaljeille ominaisiin väsymisluokkiin, jotka vastaavat taulukoissa 4.2 - 4.9 esitettyjä vä-symisluokkia. Väsymisluokka on ilmaistu symbolilla

Δσ

C

, mikä vastaa väsymislujuutta jänni-tysvaihteluvälien lukumäärällä

N

= 2·10

6

, jossa aikaisemmin ajateltiin väsymisrajan jo olevansaavutettu. Eurocoden osassa EN 1993-1-9 on esitetty kaikkiaan 14 eri väsymisluokkaa välillä36...160, joista kaksi suurinta väsymisluokkaa koskee vain hitsaamatonta perusainetta. Jois-sakin lähteissä väsymisluokalle käytetään myös merkintää FAT (Fatigue).

Eri liitostyypeille ja rakennedetaljeille tehdyissä väsytyskokeissa on havaittu, että kullakinjännitysvaihteluvälillä

Δσ

väsymiseen johtava syklien (jännitysvaihteluvälien) lukumäärä

N

asettuu log-log-asteikolla kohtalaisen hyvin laskevalle suoralle, jonka kaltevuus on 1:3. Kunpystyakselille merkitään log(

Δσ

) ja vaaka-akselille vastaavasti log(

N

),

S

-

N

-käyrän kalteva osatoteuttaa tällöin yhtälön [2]:

missä

N

on väsymiseen johtava syklien lukumäärä

Δσ

on jännitysvaihteluväli

C

on kullekin detaljityypille ominainen vakio

N Δσ( )⋅ 3C vakio N⇒ C

Δσ( )3-------------- (4.1)= = =


HITSATUT PROFIILIT

Luku 4

432

Yhtälössä (4.1) tarvittava vakio

C

voidaan ratkaista tarkasteltavan väsymisluokan avulla seu-raavasti:

Vakioamplitudisella kuormituksella suoritetuissa testeissä on myöhemmin päädytty tulokseen,että varsinainen väsymisraja, eli jännitysvaihteluväli jonka alapuolella kestoikä voidaan olettaaäärettömäksi, asettuukin kuormanvaihtoluvun

N

= 5·10

6

kohdalle, joten vakioamplitudisenkuormituksen

S

-

N

-käyrä kääntyy siinä vaakasuoraksi (kuva 4.7, katkoviivoitettu osa). Vastaa-valle jännitysvaihteluvälille, eli vakioamplitudisen kuormituksen väsymisrajalle, käytetäänmerkintää

Δσ

D

.

Vakioamplitudisen kuormituksen väsymisraja

Δσ

D

voidaan laskea tarkasteltavan väsymisluo-kan perusteella kaavasta:

4.5.2 Muuttuva-amplitudisen kuormituksen S-N-käyrät

Muuttuva-amplitudisella kuormituksella väsymisrajan merkitys on vähäisempi kuin vakioamp-litudikokeissa. Jos jännitysvaihteluväli ylittää väsymisrajan ja syklejä on riittävän monta, neydintävät loven pohjalle terävän särön, jota sitten väsymisrajaa pienemmätkin jännitysheilah-dukset pystyvät kasvattamaan. Mitä suuremmaksi särö ehtii kasvaa, sitä pienemmät jännitys-heilahdukset pystyvät sitä kasvattamaan [2].

S

-

N

-käyrissä tämä näkyy siten, että vakioamplitudisen kuormituksen väsymisrajan kohdallakäyrä ei käännykään vaakasuoraksi, vaan jatkuu edelleen alaspäin, tosin alkuosaa loivemmalla1:5 kaltevuudella kuvassa 4.7 esitetyn mukaisesti.

S

-

N

-käyrää kutsutaan tällöin kaksoiskalte-vaksi. Muuttuva-amplitudisen kuormituksen väsymisraja

Δσ

L

saavutetaan kohdassa

N

=1·10

8

, jossa käyrä kääntyy vaakasuoraksi. Väsymisrajaa

Δσ

L

pienemmät jännitysheilahduk-set voidaan jättää ottamatta huomioon muuttuva-amplitudisen kuormituksen väsymistarkaste-luissa.

Lauseketta (4.1) vastaten

S

-

N

-käyrän loivempi osa noudattaa tällöin seuraavaa kaavaa:

Muuttuva-amplitudisen kuormituksen alempi väsymisraja

Δσ

L

(ks. kuva 4.7) saadaan kaa-vasta:

C 2 106 ΔσC( )3

(4.2)⋅ ⋅=

ΔσD 2 5⁄( )1 3⁄ ΔσC 0 737 ΔσC (4.3)⋅,= =

N Δσ( )⋅ 5C vakio N⇒ C

Δσ( )5-------------- (4.4)= = =

ΔσL 5 100⁄( )1 5⁄ ΔσD 0 549 ΔσD⋅, 0 405 ΔσC (4.5)⋅,= = =



433

Kuva 4.7 Väsymislujuuden kaksoiskaltevat S-N-käyrät normaalijännityksen vaihteluväleille log-log-asteikolla

Leikkausjännityksen vaihteluväleille käytetään sekä vakioamplitudisella että muuttuva-amplitu-disella kuormituksella samaa yksiosaista 1:5 kaltevuudella olevaa S-N-käyrää kuvan 4.8 mu-kaisesti. Leikkausjännityksen vaihteluväleillä on kussakin väsymisluokassa vain yksi väsymis-raja Δτ L joka asettuu kuormanvaihtoluvun N = 1·108 kohdalle, jossa käyrä kääntyy vaaka-suoraksi. Leikkausjännityksen vaihteluvälin väsymisraja voidaan laskea kaavasta:

Jännityssyklien lukumäärä N

104 105 106 2·106 5·106 107 108 109

1000

500

400

300

200

100

50

40

30

20

10

Nor

maa

lijän

nity

svai

htel

uväl

i (N

/mm

2)

Δσ

Vakioamplitudinenväsymisraja (ΔσD)

Väsymisraja (ΔσL)

160140125112100908071635650454036

Väsymisluokka1

m = 3

m = 5

Jännityssyklien lukumäärä log(N)

Nor

maa

lijän

nity

ksen

vai

htel

uväl

i [N

/mm

2 ] l

og(Δ

σ)

ΔτL 2 100⁄( )1 5⁄ ΔτC 0 457 ΔτC (4.6)⋅,= =



434

Kuva 4.8 Väsymislujuuden yksiosaiset S-N-käyrät leikkausjännityksen vaihteluväleille log-log-asteikolla

Muuttuva-amplitudisen kuormituksen aiheuttamat erisuuret jännitysvaihtelut käsitellään väsy-mistarkasteluissa ns. Palmgren-Minerin säännöllä, joka perustuu kumulatiiviseen vaurion sum-maamiseen siten, että jokainen Δσi -taso vaurioittaa liitosta ni / Ni verran, jolloin kestoikäkatsotaan saavutetun kun kumulatiivinen vaurio saavuttaa arvon 1:

missä ni on Δσi :n suuruisten jännitysvaihteluvälien lukumäärä

Ni on vaurion aiheuttavien Δσi :n suuruisten jännitysvaihteluvälien lukumäärä

tarkasteltavassa väsymisluokassa (väsymisikä) S-N-käyrän mukaisesti

Minerin vauriosumman laskenta voidaan korvata ns. ekvivalentilla vakioamplitudisella jännitys-vaihteluvälillä. Ekvivalentti jännitysvaihteluväli voidaan määrittää joko asettamalla osavaurioi-den summa yhtä suureksi kuin alkuperäisellä syklien kokonaismäärällä aiheutuva ekvivalentinjännitysheilahduksen aiheuttama kokonaisvaurio, tai määrittämällä ekvivalentti jännitysheilah-dus jonkin muun kuormanvaihtoluvun referenssimäärän perusteella. Usein ekvivalentti jänni-

Jännityssyklien lukumäärä N

104 105 106 2·106 107 108 109

1000

500400

300

200

100

5040

30

20

10

Leik

kaus

jänn

itysv

aiht

eluv

äli (

N/m

m2

)Δτ

100

80

Väsymisluokka

Väsymisraja (ΔτL)(ΔτC)Le

ikka

usjä

nnity

ksen

vai

htel

uväl

i [N

/mm

2 ] l

og(Δ

τ)

Jännityssyklien lukumäärä log(N)

1

m = 5

ni

Ni-----∑ 1 0 (4.7),≤



435

tysvaihteluväli määritetään valitsemalla kuormanvaihtoluvun N referenssiarvoksi N = 2·106.Tätä vastaava ekvivalentti jännitysvaihteluväli ΔσE.2 on tällöin:

missä ni ja Δσi ovat tarkasteltavassa väsymisluokassa väsymisrajan ΔσD yläpuolella oleviajännitysvaihteluvälejä ja niiden syklien lukumääriä.

Kaksoiskaltevaa S-N-käyrää varten kaava (4.8) voidaan muokata seuraavaan muotoon:

missä ni ja Δσi ovat tarkasteltavassa väsymisluokassa väsymisrajan ΔσD yläpuolella

olevia jännitysvaihteluvälejä ja niiden syklien lukumääriä

nj ja Δσj ovat tarkasteltavassa väsymisluokassa väsymisrajojen ΔσD ja ΔσL

väliin sijoittuvia jännitysvaihteluvälejä ja vastaavia syklien lukumääriä

(jännitysvaihteluvälin ΔσL alapuolelle jääviä jännitysheilahduksia ei oteta

huomioon)

4.6 Hitsatun rakenteen väsymiskestävyys nimellisten jännitysten perusteella Eurocoden mukaisesti

4.6.1 Perusvaatimukset

Eurocoden osassa EN 1993-1-9 esitetyt ohjeet rakenneosien, kiinnitysten ja liitosten väsymis-kestävyyden tarkastamiseksi perustuvat S-N-käyrien mukaiseen väsymislujuuteen. Standar-dissa esitetyt S-N-käyrien väsymislujuudet perustuvat suurten koekappaleiden täysimittakaa-vaisiin väsytystesteihin, joten niihin sisältyy vaikutuksia geometrisista ja rakenteellisista epäjat-kuvuuksista, sekä valmistustoleranssien ja hitsauksen jäännösjännitysten vaikutuksia.

Eurocoden osassa EN 1993-1-9 esitetyt ohjeet pätevät kaikille rakenneteräksille, ruostumatto-mille teräksille ja suojaamattomille säänkestäville teräksille, kun [5,6,7]:

• rakenteet toteutetaan standardin EN 1090-2 mukaisesti (valmistuksen laatu, toleranssit jne.) (Eurocoden osan EN 1993-1-9 väsymisluokkia koskevien taulukoiden yhteydessä on tarvittaessa esitetty lisävaatimuksia, ks. taulukot 4.2 - 4.9) • materiaali täyttää Eurocoden osan EN 1993-1-10 mukaiset sitkeysvaatimukset • rakenteet ovat tavallisissa ilmasto-olosuhteissa ja ne on suojattu riittävästi korroosion suhteen • rakenteiden lämpötila on enintään 150 ºC • tavallisista kuormista ψ1Qk aiheutuvat nimelliset, muunnetut nimelliset ja geometriset jännitysvaihteluvälit ovat normaalijännityksille enintään ja leikkausjännityksille enintään

ΔσE.2

ni Δσi3⋅( )∑

2 106⋅

-------------------------------3 (4.8)=

ΔσE.2

ni Δσi3⋅( ) nj Δσj

3⋅( )∑+∑2 10

6⋅---------------------------------------------------------------------3 (4.9)=

Δσ 1 5fy,≤Δτ 1 5fy 3⁄,≤



436

Väsymismitoituksessa jännitysten vaihteluvälin rajoittamisen taustalla on tarve estää vaihto-plastisoitumisen tapahtuminen väsytyskuormitetussa rakenneosassa. Sitä ajatellen edellä esi-tetty mitoituskuormaan ψ1Qk perustuva Eurocoden rajoitus ei ole riittävä, ja se on ristiriidassaEurocodessa itsessään jäljempänä esitettyjen ohjeiden kanssa, jossa varsinainen jännitys-vaihteluvälien Δσ ja Δτ laskenta määritetään suoritettavaksi mitoituskuormalla γFf Qk (esim.kaavat (4.12) ja (4.13)). Tämän vuoksi on suositeltavaa, että myös jännitysvaihteluvälien rajoit-taminen määritetään vastaavaan mitoituskuormaan perustuen seuraavasti:

4.6.2 Luotettavuustarkastelut

Väsymistarkasteluissa käytettävä kuorman osavarmuusluku on annettu esimerkiksi Eurocodenosissa EN 1993-2 (Terässillat) ja EN 1993-6 (Nostureita kannattavat rakenteet), joissa sille onesitetty suositusarvo γFf = 1,0. Arvoa 1,0 voidaan yleensäkin käyttää väsyttävälle kuormalle,ellei erikseen muuta ole sanottu.

Kestävyyden osavarmuusluvut γMf määräytyvät väsymistarkasteluissa taulukon 4.1 mukaises-ti riippuen sovellettavasta mitoitusperiaatteesta ja mahdollisen vaurion seurauksista. Kansalli-sessa liitteessä voidaan antaa ohjeita sovellettavasta mitoitusperiaatteesta ja sen yhteydessäkäytettävistä kestävyyden osavarmuusluvuista.


Käytetään Eurocodessa suositeltuja taulukon 4.1 mukaisia arvoja. Yleensä käytetään varman kestämisen periaatetta.

Taulukko 4.1 Kestävyyden osavarmuusluvun γMf arvot väsymistarkasteluissa [5...8]

Vaurionsietoperiaate eli särön kasvamisen salliva periaate edellyttää, että kasvavat säröt ha-vaitaan ja määrätään korjattavaksi pakollisilla määräaikaistarkastuksilla, joita noudatetaan ra-kenteen koko käyttöiän ajan. Suunnittelijan tulee määrittää tarkastusohjeet sekä suurin sallittuvikakoko ottaen huomioon tarkastettavuus ja rakenteen todellinen käyttö sekä antaa ohjeetvian korjaamiseksi. Lisäksi edellytetään, että väsymisvaurion kuitenkin sattuessa kuormien uu-delleenjakautuminen voi tapahtua eri rakenneosien välillä ja jäljelle jäävä rakenne pystyy kan-tamaan vähintään käytetyn kuormayhdistelmän ilman murtumista [5,6,7].

Luotettavuustarkastelu Vaurion seuraukset

Pienet Suuret

Vaurionsietoperiaate 1,00 1,15

Varman kestämisen periaate 1,15 1,35

- Taulukossa on esitetty Eurocoden osan EN 1993-1-9 suositusar vot. - Suomen kansallinen liite: Käytetään Eurocoden suositusarvoja.

Δσ γ Ff Qk( ) 1 5 fy normaalijännityksille (4.10),≤

Δτ γ Ff Qk( ) 1 5 fy, 3⁄ leikkausjännityksille (4.11)≤



437

Varman kestämisen periaate antaa hyväksyttävän luotettavuustason rakenteen koko suunni-tellulle käyttöiälle ilman säännöllistä väsymisvaurioiden käytön aikaista tarkastusta. Varmankestämisen periaatetta sovelletaan tapauksissa, joissa yhdessä rakenneosassa syntyvät pai-kalliset säröt voivat nopeasti aiheuttaa rakenneosan tai koko rakenteen murtumisen [5,6,7].

4.6.3 Jännitysten laskenta

Jännitykset lasketaan potentiaalisessa väsymissärön esiintymiskohdassa käyttörajatilakuor-milla lineaarisen kimmoteorian mukaisesti. Poikkileikkausluokassa 4 jännitykset lasketaan te-hollisen poikkileikkauksen perusteella noudattaen Eurocoden osan EN 1993-1-5 mukaisiasääntöjä [5,6,7].

Nimellisten jännitysten laskentamallissa jännitykseen lasketaan mukaan kaikkien sellaistenepäjatkuvuuskohtien vaikutukset, joita ei ole esiintynyt koesauvoissa, ja jotka eivät näin ollenimplisiittisesti sisälly tarkasteltavaan taulukoiden 4.2 - 4.9 mukaiseen rakenneyksityiskohtaan.

Perusmateriaalissa kyseeseen tulevat jännitykset ovat: • nimellinen normaalijännitys σ • nimellinen leikkausjännitys τ

Hitsien kyseeseen tulevat jännitykset ovat kuvan 4.9 mukaisesti: • hitsin akselia vastaan kohtisuora normaalijännitys: • hitsin akselin suuntainen leikkausjännitys:

Edellä esitetty menetelmä poikkeaa kohdassa 3.5.2 esitetystä Eurocoden osan EN 1993-1-8mukaisesta pienahitseille murtorajatilassa esitetystä menetelmästä. Jännityksille σwf ja τwftehdään kummallekin oma tarkastelunsa.

Kuva 4.9 Pienahitsin jännitykset [5,6,7]

σwf σ⊥f2 τ⊥f

2+=τwf τ f||=

EN 1993-1-9 : 2005 (E)

relevant stresses f relevant stresses f

a

a

a

a

σIIfσ l f

τIIfτ I f



438

4.6.4 Jännitysvaihteluvälien laskenta

Väsymistarkastelu tehdään tapauksesta riippuen seuraavasti [5,6,7]:

• käyttämällä nimellistä jännitysvaihteluväliä taulukoiden 4.2 - 4.9 ohjeiden mukaisesti tarkasteltavalle rakenneyksityiskohdalle (väsymisluokalle)

• käyttämällä muunnettua nimellistä jännitysvaihteluväliä rakenneyksityiskohdille, joissa väsymistarkastelukohdassa esiintyy makrogeometrisia vaikutuksia, jotka eivät sisälly taulukoiden 4.2 - 4.9 tarkasteltavaan tapaukseen (esim. poikkileikkaus muuttuu jyrkästi särön ydintymiskohdan lähellä)

• käyttämällä geometriseen (hot spot) jännitykseen perustuvaa menetelmää (EN 1993-1-9: liite B)

Väsymistarkasteluissa käytettävä jännitysvaihteluvälin mitoitusarvo on γFf ΔσE.2 , missä ΔσE.2on ekvivalentti jännitysvaihteluväli kuormanvaihtoluvulla N = 2·106 (ks. kohta 4.5.2).

Nimellisen jännitysvaihteluvälin mitoitusarvot γFf ΔσE.2 ja γFf ΔτE.2 määritetään seuraa-vasti [5,6,7]:

missä kertoimet λi ovat ekvivalentteja vauriokertoimia, jotka riippuvat kuormituksen luonteestaja jännitysvaihteluvälien lukumäärästä. Ne saadaan asianomaisista Eurocoden osista, esim.nostureita kannattaville rakenteille EN 1991-3: taulukko 2.12.

Jos tietoa λi -kertoimista ei ole olemassa, nimellisen jännitysvaihteluvälin arvo voidaan määrit-tää kohtien 4.3 ja 4.5 mukaisesti. Jännitysvaihteluvälien huippuarvot, jotka edustavat vähem-män kuin 1 % kokonaisvauriosta, ja pienet jännitysvaihteluvälit jotka ovat väsymisrajan alaraja-arvon ΔσL alapuolella, voidaan jättää huomioon ottamatta [5,6,7].

Muunnetun nimellisen jännitysvaihteluvälin mitoitusarvot γFf ΔσE.2 ja γFf ΔτE.2 määrite-tään seuraavasti [5,6,7]:

missä tekijä kf on jännityskonsentraatiokerroin, jolla otetaan huomioon paikallisen jännityksensuurentuminen, jos se ei sisälly taulukoiden 4.2 - 4.9 tarkasteltavaan tapaukseen. Kerroin kfvoidaan määrittää käsikirjoista tai FEM-tarkasteluista.

γ Ff ΔσE.2 λ1 λ2 λi … λn Δσ γ Ff Qk( ) normaalijännityksille (4.12)⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

γ Ff ΔτE.2 λ1 λ2 λi … λn Δτ γ Ff Qk( ) leikkausjännityksille (4.13)⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

γ Ff ΔσE.2 kf λ⋅ 1 λ2 λi … λn Δσ γ Ff Qk( ) normaalijännityksille (4.14)⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

γ Ff ΔτE.2 kf λ⋅ 1 λ2 λi … λn Δτ γ Ff Qk( ) leikkausjännityksille (4.15)⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅=



439

Geometrisen (hot spot) jännitysvaihteluvälin mitoitusarvo γFf ΔσE.2 määritetään seuraa-vasti [5,6,7]:

missä tekijä kf on jännityskonsentraatiokerroin, joka voidaan määrittää käsikirjoista, FEM-tarkasteluista tai venymäliuskamittauksista.

4.6.5 Väsymislujuus

Eurocoden osan EN 1993-1-9 mukaisin merkinnöin väsymislujuudet ΔσR ja ΔτR lasketaanvakioamplitudiselle nimelliselle jännitysvaihteluvälille seuraavasti [5,6,7]:

Vaihtuva-amplitudiselle kuormitukselle normaalijännityksen väsymislujuudet ΔσR lasketaankaksoiskaltevan S-N-käyrän perusteella seuraavasti [5,6,7]:

Lausekkeiden (4.17) - (4.20) mukaiset väsymislujuudet vastaavat kuvissa 4.7 ja 4.8 esitettyjäS-N-käyriä.

Joidenkin rakenneyksityiskohtien väsytyskoetulokset eivät täysin sovi yhteen kuvan 4.7 mukai-siin väsymislujuuden S-N-käyriin. Mahdollisen alimitoituksen välttämiseksi taulukoissa 4.2 - 4.9tähdellä merkittyjen rakennedetaljien väsymisluokat (ΔσC*) ovat yhden luokan alempana, kuinniiden 2·106 sykliä vastaava väsymisluokka edellyttää. Vaihtoehtoisesti voidaan menetellä si-ten, että tähdellä merkityn rakennedetaljin väsymisluokkaa kasvatetaan yhdellä väsymisluokal-la edellyttäen, että vakioamplitudinen väsymisraja ΔσD määritetään tällöin kuvan 4.10 mukai-sesti 1·107 sykliä vastaavana pienennettynä väsymisrajana käyttäen S-N-käyrän kaltevuudellearvoa m = 3 [5,6,7].

Kuormanvaihtolukua N = 1·107 vastaava pienennetty väsymisraja ΔσD.red voidaan laskeakaavasta:

γ Ff ΔσE.2 kf γ Ff ΔσE.2* (4.16)⋅=

ΔσRm

NR ΔσCm

2 106 missä m = 3 kun N 5 10

6 (4.17)⋅≤⋅ ⋅=

ΔτRm

NR ΔτCm

2 106 missä m = 5 kun N 1 10

8 (4.18)⋅≤⋅ ⋅=

ΔσRm

NR ΔσCm

2 106 missä m = 3 kun N 5 10

6 (4.19)⋅≤⋅ ⋅=

ΔσRm

NR ΔσDm

5 106 missä m = 5 kun 5 10

6N 1 10

8 (4.20)⋅≤<⋅⋅ ⋅=

ΔσD.red 2 10⁄( )1 3⁄ ΔσC 0 585 ΔσC (4.21)⋅,= =



440

Kuva 4.10 Vaihtoehtoinen väsymislujuuden S-N-käyrä rakenneyksityiskohdille, jotka on luokiteltu merkinnällä ΔσC* [5,6,7]

4.6.6 Muunnetut väsymislujuudet

4.6.6.1 Jännitysvaihtelu puristuspuolella

Eurocode sallii kuvan 4.11 mukaisesti puristuspuolella tapahtuvan jännitysvaihtelun redusoin-nin kertoimella 0,6, jos hitsatusta rakenteesta on poistettu jäännösjännitykset myöstämällä, tairakenteessa ei ole hitsejä [5,6,7].

Kuva 4.11 Puristuspuolella tapahtuvan jännitysvaihtelun redusointi kun hitsatusta rakenteesta on poistettu jäännösjännitykset tai rakenteessa ei ole hitsejä [5,6,7]

2x106 5x106 1x107log(N)

log(Δσ)

ΔσC

ΔσC*

Δσ = IσmaxI + 0,6 IσminI

σmax

σmax

σmin

0,6 σmin

+

- + veto - puristus



441

4.6.6.2 Koon vaikutus

Paksuudesta tai muista geometrisista vaikutuksista aiheutuva koon vaikutus otetaan huomioontaulukoiden 4.2 - 4.9 ohjeiden mukaisesti. Väsymislujuus määritetään tällöin seuraavasti [5,6,7]:

missä kerroin ks saadaan taulukoista 4.2 - 4.9 .

Levyn paksuus vaikuttaa väsymislujuuteen kolmella tavalla [2]: • geometrisena vaikutuksena • tilastollisena vaikutuksena • teknologisena vaikutuksena

Geometrinen vaikutus syntyy seuraavasti: Paksun aineen pinnalla olevien lovien vaikutusulottuu syvemmälle aineeseen kuin ohuessa rakenneosassa. Siten kasvuun lähtenyt särö saakasvaa pitempään korkean huippujännityksen alueella ja paksun rakenneosan kestoikä jäänormaalia lyhyemmäksi. Levyrakenteissa rajana pidetään 25 mm paksuutta, josta ylöspäin vä-symislujuus heikkenee [2].

Tilastollinen vaikutus syntyy siitä, että raskaissa rakenteissa on enemmän hitsiä ja siten suu-rempi mahdollisuus, että esiintyy normaalia suurempi alkuvika [2].

Teknologinen vaikutus syntyy siitä, että paksuja aineita hitsataan suuremmilla hitsausproses-sin arvoilla, joten jäännösjännitykset ja alkuviat voivat olla suurempia [2].

Taulukoissa 4.2 - 4.9 levyn paksuuden vaikutus on määritetty kaavassa (4.22) esitetyn väsymis-lujuuden pienennyskertoimen ks avulla seuraavasti [5,6,7]:

ΔσC.red ks ΔσC (4.22)⋅=

ks25mm

t---------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 0 2, kun t 25mm (4.23)>=



442

4.6.7 Todentaminen väsymisen suhteen

Väsymistarkasteluissa käytettävät mitoitusehdot ovat [5,6,7]:

missä γFf ΔσE.2 ja γFf ΔτE.2 määritetään kohdan 4.6.4 mukaisesti

ΔσC ja ΔτC ovat taulukoiden 4.2 - 4.9 mukaisia tarkasteltavan

rakenneyksityiskohdan väsymisluokkia

γMf määritetään kohdan 4.6.2 mukaisesti

Joidenkin rakenneyksityiskohtien osalta mitoitusehdot (4.24) ja (4.25) tarkastetaan pääjänni-tysten jännitysvaihteluvälien suhteen (ks. taulukot 4.2 - 4.9).

Ellei toisin mainita, taulukoiden 4.2 - 4.9 mukaisissa rakenneyksityiskohdissa yhdistettyjenjännitysvaihteluvälien ΔσE.2 ja ΔτE.2 tapauksissa todennetaan lisäksi seuraava yhteisvaiku-tusehto [5,6,7]:

Taulukoissa 4.2 - 4.9 on esitetty joitakin Eurocoden osassa EN 1993-1-9 määritettyjä rakenne-yksityiskohtia ja niiden väsymisluokkia.

γ Ff ΔσE.2

ΔσC γ Mf⁄---------------------- 1 0 normaalijännityksen vaihteluväleille (4.24),≤

γ Ff ΔτE.2

ΔτC γ Mf⁄--------------------- 1 0 leikkausjännityksen vaihteluväleille (4.25),≤

γ Ff ΔσE.2

ΔσC γ Mf⁄-----------------------

3 γ Ff ΔτE.2

ΔτC γ Mf⁄----------------------

5+ 1 0 (4.26),≤



443

Taulukko 4.2 Sauvat ja levyt sekä mekaaniset liitokset [5,6,7]

(jatkuu)

Väsymis-luokka

Rakenneyksityiskohta Kuvaus Vaatimukset

160 HUOM. Väsymisluokkaan 160 liittyvä väsymislujuuden käyrä on korkein. Mikään rakenneyksityiskohta ei voi saavuttaa parempaa väsymiskestä-vyyttä millään kuormitussyklien lukumäärällä.

Valssatut tai pursotetut tuotteet:

1) Levyt ja latat (tarkoittaa valssausreunaisia tuotteita).

2) Valssausreunaiset valssatut profiilit.

3) Suorakaiteen muotoiset tai pyöreät saumattomat rakenneputket.

Yksityiskohdat 1)...3):

Terävät reunat, pinta- ja valssausvirheet poistetaan hiomalla siten, että saavutetaan sileä liittyminen.

140 Saksilla tai kaasulla leikatut levyt:

4) Koneellisesti kaasulla tai saksilla leikatut pinnat ja pinnan hionta sen jälkeen.

5) Koneellisesti kaasulla leikatut reunat, joissa on matalia ja säännöllisiä jättämälinjoja tai manuaali-sesti kaasulla leikatut reunat, kaikki reunojen epäjat-kuvuudet hiotaan leikkauk-sen jälkeen. Koneellisesti kaasulla leikatun pinnan laatu valitaan standardin EN 1090 mukaan.

4) Kaikki näkyvät merkit reunojen epäjatkuvuu-desta poistetaan. Kaikki leikatut alueet koneiste-taan tai hiotaan ja kaikki purseet poistetaan. Kaikki naarmut, esim. hiomisesta aiheutuvat, saavat olla vain yhden-suuntaisia jännitysten kanssa.

Yksityiskohdat 4) ja 5):

- Kolot korjataan hiomalla (kaltevuus ≤ 1/4) tai niiden vaikutus arvioi-daan käyttämällä tarkoi-tuksenmukaisia jännitys-konsentraatiokertoimia.

- Korjaus hitsaamalla ei ole sallittu.

125

100

m = 5

6) ja 7) Valssatut tai pursotetut tuotteet kuten yksityiskohdissa 1), 2) ja 3).


Δτ lasketaan seuraavan kaavan avulla:

Säänkestävästä teräksestä tehdyille yksityiskohdille 1)... 5) käytetään seuraavaa alempana olevaa väsymis- luokkaa.

1 2

3

4

5

6 7τ V S t( )

I t--------------=



444

Taulukko 4.2 Sauvat ja levyt sekä mekaaniset liitokset [5,6,7] (jatkuu)

(jatkuu)

Väsymis-luokka


112 8) Kaksileikkeinen symmetri-nen ruuviliitos esijännitettyjä korkealujuuksisia ruuveja käytettäessä.

8) Δσ lasketaan bruttopoik-kileikkauk-sessa.

Ruuvikiin-nityksille (yksityis-kohdat 8)...13)) yleensä:

Pääty-etäisyys: e1 ≥ 1,5 d

Reuna-etäisyys: e2 ≥ 1,5 d

Keskiöväli: p1 ≥ 2,5 d

Keskiöväli: p2 ≥ 2,5 d

Yksityis-kohdat EN1993-1-8 kuvan 3.1 mukaan.

8) Kaksileikkeinen symmetri-nen ruuviliitos esijännitettyjä injektioruuveja käytettäessä.

8) ... bruttopoik-kileikkaus.

90 9) Kaksileikkeinen ruuviliitos soviteruuveja käytettäessä.

9) ... nettopoik-kileikkaus.

9) Kaksileikkeinen ruuviliitos esijännittämättömiä injektio-ruuveja käytettäessä.


10) Yksileikkeinen ruuviliitos esijännitettyjä korkealujuuk-sisia ruuveja käytettäessä.


10) Yksileikkeinen ruuviliitos esijännitettyjä injektioruuveja käytettäessä.


11) Reijällinen rakenneosa, johon kohdistuu taivutus ja aksiaalisia voimia.


80 12) Yksileikkeinen ruuviliitos soviteruuveja käytettäessä.


12) Yksileikkeinen ruuviliitos esijännittämättömiä injektio-ruuveja käytettäessä.


50 13) Yksi- tai kaksileikkeinen symmetrinen ruuviliitos, kun käytetään esijännittämättömiä ruuveja reijissä, joiden välys on normaali. Kuorman suunta ei saa vaihtua.


8

9

10

11

12

13



445

Taulukko 4.2 Sauvat ja levyt sekä mekaaniset liitokset [5,6,7] (jatkuu)

Väsymis-luokka


50

Koon vaikutus, kun t > 30 mm:

ks = (30/t)0,25

14) Vedetyt ruuvit ja tangot, joiden kierteet on valssattu tai leikattu. Suurilla halkai-sijoilla (esim. perustusruuvit) koon vaikutus otetaan huomioon ks:n avulla.

14) Δσ lasketaan ruuvin jännityspoikkipinta-alan mukaan.

Vipuvaikutuksista aiheu-tuvat taivutus ja veto sekä muista syistä aiheutuvat taivutusjännitykset ote-taan huomioon.

Esijännitetyillä ruuveilla jännitysvaihteluvälin pie-neneminen voidaan ottaa huomioon.

100

m = 5

Yksi- tai kaksileikkeiset leikkausrasitetut ruuvit:

Kierteet eivät ole leikkaustasossa: - soviteruuvit - tavalliset ruuvit, kun kuorman suunta ei muutu (ruuvien lujuusluokat 5.6, 8.8 tai 10.9).

15) Δτ lasketaan ruuvin kierteettömän varren pinta-alan mukaan.

ØØ

14

15



446

Taulukko 4.3 Hitsatut profiilit [5,6,7]

(jatkuu)

Väsymis-luokka


125 Jatkuvat pituussuuntaiset hitsit:

1) Automatisoidusti tai täysmekanisoidusti hitsatut kaksipuoleiset päittäishitsit.

2) Automatisoidusti tai täysmekanisoidusti hitsatut pienahitsit. Peitelyvyn päät tarkistetaan taulukon 4.6 rakenneyksityiskohtien 6) tai 7) mukaan.


Lopetus/aloituskohtia ei sallita, paitsi jos korjaus tehdään asiantuntijan toimesta ja tehdään tarkastus sen toteamiseksi, että korjaus on tehty asianmukaisesti.

112 3) Automatisoidusti tai täysmekanisoidusti hitsatut kaksipuoleiset piena- tai päittäishitsit, mutta ne sisäl-tävät lopetus- tai aloitus-kohtia.

4) Automatisoidusti tai täysmekanisoidusti yhdeltä puolelta hitsatut päittäishitsit jatkuvaa juuritukea käytettä-essä, mutta ilman lopetus- tai aloituskohtia.

4) Kun tämä yksityiskohta sisältää lopetus/aloitus-kohtia käytetään väsy-misluokkaa 100.

100 5) Käsivaraisesti hitsatut piena- tai päittäishitsit.

6) Kaikki yhdeltä puolelta hitsatut päittäishitsit, erityisesti koteloprofiilit.

Yksityiskohdissa 5) ja 6) laippa- ja uumalevyjen välinen erittäin hyvä sovitus on oleellinen. Uuman reunat valmiste-taan siten, että juuripinta on sopiva riittävän sään-nöllisen keskeytymättö-män tunkeuman saavut-tamiseksi.

Täysin mekanisoidulla hitsauksella valmistetuille rakenneyksityiskohdille 1)...10) käytetään automatisoidulle tai täysmekanisoidulle hitsaukselle tarkoitettuja väsymisluokkia.

1

2

3

4

5

6



447

Taulukko 4.3 Hitsatut profiilit [5,6,7] (jatkuu)

Väsymis-luokka


100 7) Kaikki hitsattujen piena- tai päittäishitsien korjaukset yksityiskohdissa 1)...6).

7) Korjaaminen asiantuntijan tekemällä hiomi-sella kaikkien näkyvien jälkien poistamiseksi ja riittävä varmistus voivat palauttaa alkuperäisen väsymisluokan.

80 8) Pituussuuntaiset katkopienahitsit.

8) Δσ lasketaan laipan normaalijännityksen perusteella.

71 9) Pituussuuntaiset päittäis-hitsit, pienahitsit tai katko-hitsit käytettäessä koloa, jonka korkeus on enintään 60 mm.

Hitsauskolot, joiden korkeus on suurempi kuin 60 mm, ks. yksityiskohta 1).

9) Δσ lasketaan laipan normaalijännityksen perusteella.

125 10) Pituussuuntainen päit-täishitsi, jonka molemmat reunat ovat tasaisia yhden-suuntaisesti vaikuttavan voiman suunnassa, 100 %:n NDT-tarkastus.

112 10) Ei hiontaa eikä aloitus- tai lopetuskohtia.

90 10) Sisältää hitsien aloitus- tai lopetuskohtia.

Täysin mekanisoidulla hitsauksella valmistetuille rakenneyksityiskohdille 1)...10) käytetään automatisoidulle tai täysmekanisoidulle hitsaukselle tarkoitettuja väsymisluokkia.

7

8

g h

g / h ≤ 2,5

9

10



448

Taulukko 4.4 Poikittaiset päittäishitsit [5,6,7]

(jatkuu)

Väsymis-luokka


112



ks = (25/t)0,2

Ilman juuritukea:

1) Levyjen ja lattojen poikittaisjatkokset (tarkoittaa valssaus-reunaisia tuotteita).

2) Ennen levyraken-teiden kokoonpanoa tehtävät uuma- ja laippajatkokset.

3) Valssatun profiilin jatkaminen päittäis-hitseillä ilman love-tusta.

4) Levyjen ja lattojen joko leveys- tai paksuussuunnassa viisteelliset poikit-taisjatkokset, kun kaltevuus ≤ 1/4 (tarkoittaa valssaus-reunaisia tuotteita).

- Kaikki hitsit hiotaan levyn pinnan tasoon nuolen suunnassa.

- Käytetään aloitus- ja lopetuspaloja, jotka poistetaan myöhemmin, levyn reunojen tulee olla tasaisia jännitysten suunnassa

- Hitsaus molem-milta puolilta; NDT-tarkastus.

Yksityiskohta 3):

Käytetään vain valssattujen profii-lien liitoksissa, leikkaus ja hitsaus.

90



ks = (25/t)0,2

5) Levyjen ja lattojen poikittaisjatkokset (tarkoittaa valssaus-reunaisia tuotteita).

6) Valssatun profiilin jatkaminen päittäis-hitseillä ilman lovetusta.

7) Levyjen ja lattojen joko leveys- tai paksuussuunnassa viisteelliset poikit-taisjatkokset, kun kaltevuus ≤ 1/4 (tarkoittaa valssaus-reunaisia tuotteita). Hitsien liittymiskoh-dat koneistetaan lovista vapaiksi.

- Hitsin kuvun kor-keus saa olla enin-tään 10 % hitsin leveydestä, hitsin liittyminen levyn pintaan juohea.


- Hitsaus molemmil-ta puolilta; NDT-tarkastus.


Hitsit hitsataan jalkoasennossa.

4

1

2

3

≤1/4

≤1/4

7

b≤ 0,1b

t

5

6



449

Taulukko 4.4 Poikittaiset päittäishitsit [5,6,7] (jatkuu)

(jatkuu)

Väsymis-luokka


90


ks = (25/t)0,2

8) Kuten rakenne-yksityiskohta 3), mutta käytetään loveuksia.

- Kaikki hitsit hiotaan levyn pinnan tasoon nuolen suunnassa.



- Samankokoiset valssatut profiilit, joissa ei ole toleranssieroja.

80



ks = (25/t)0,2

9) Hitsattujen levyrakenteiden poikittaisjatkokset ilman loveuksia.

10) Valssatun profiilin jatkaminen päittäishitseillä käyt-tämällä loveuksia.

11) Levyjen ja lattojen, valssattujen tai hitsattujen profii-lien poikittaisjatkok-set (tarkoittaa valssausreunaisia tuotteita).


- Hitsin pinta ei ole levyn pinnan tasos-sa.



Yksityiskohta 10):


8

≤ 0,2b b

t

119

10



450


(jatkuu)

Väsymis-luokka


63 12) Valssatun profiilin jatkaminen päittäishitseillä ilman uuman ja laipan välistä hitsaus-aukkoa.


- Hitsaus molemmil-ta puolilta.

36 13) Vain yhdeltä puolelta hitsatut päittäishitsit.

13) Ilman juuritukea.

71 Koon vaikutus, kun t > 25 mm:

ks = (25/t)0,2

13) Vain yhdeltä puolelta hitsatut päittäishitsit, kun läpihitsautuminen tarkistetaan tarkoi-tuksenmukaisella NDT:llä.

71



ks = (25/t)0,2

Juuritukea käyttämällä:

14) Poikittainen jatkos.

15) Leveys- tai paksuussuunnassa viisteelliset poikittai-set päittäishitsit, kun kaltevuus ≤ 1/4.Koskee myös kaarevia levyjä.


Pienahitsit, joilla juurituki kiinnite-tään, päätetään vähintään 10 mm kuormitetun levyn reunasta. Siltahitsit jäävät päittäishit- sien sisään.

50


ks = (25/t)0,2

16) Poikittaiset päittäishitsit ja pysyvä juurituki ja viistetty leveys- tai paksuussuunnassa, kun kaltevuus ≤ 1/4. Koskee myös kaarevia levyjä.

16) Kun juurituen pienahitsit päätty- vät alle 10 mm etäisyydelle levyn reunasta tai jos hyvää sovitusta ei voida taata.

12

t

13

t

>10 mm

≤1/4

14 15

16

≤1/4



451


Väsymis-luokka


71

Koon vaikutus, kun t > 25 mm ja /tai yleistys epäkeskisyydelle:

17) Poikittainen päittäishitsi, ei viistetä, levyjen keskilinjat saman-suuntaisia.

40 18) Risteävien laippojen välinen poikittainen päittäishitsi.


Jatkuvan rakenne-osan väsymislujuus tarkistetaan taulukon 4.5 yksityiskohdan 4) tai 5) mukaan.

Kuten taulukon 4.5 yksityis-kohta 4).

19) Pyöristyssäde taulukon 4.5 yksityiskohdan 4) mukaan.

kaltevuus ≤ 1/2

t2 t1

t2 ≥ t1

17

ks25t1------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 0 2,1 6e

t1------

t11 5,

t11 5,

t21 5,+

----------------------+ +⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

⁄=

t2 ≥ t1

e

r L

18 19



452

Taulukko 4.5 Hitsauskiinnitykset ja jäykisteet [5,6,7]

(jatkuu)

Väsymis-luokka


80 L ≤ 50 mm Pituussuuntaiset kiinnitykset:

1) Väsymisluokka riippuu kiinnitys-pituudesta L

Kiinnityksen paksuus saa olla enintään sen kor-keuden suuruinen. Jos ei ole, ks. taulukon 4.6 yksityiskohdat 5) ja 6).

71 50 < L ≤ 80 mm

63 80 < L ≤ 100 mm

56 L > 100 mm

71 L > 100 mmα < 45º

2) Pituussuuntaiset kiinnitykset levyyn tai rakenneputkeen.

80 r > 150 mm 3) Pituussuuntaisella pienahitsillä kiinni-tetty kiinnityslevy, joka liittyy levyyn tai rakenneputkeen pyöristyssäteen avulla, pienahitsin pää on vahvistettu (täysi tunkeuma); vahvistushitsin pituus > r.


Juohea pyöristys-säde r, joka valmis-tetaan aluksi työs-tämällä tai poltto-leikkaamalla nurk-kalevy ennen hit-sausta ja sen jäl-keen hiomalla hit-sin pinta levyn pin-nan tasoon (yhden-suuntaiseksi nuolen suunnan kanssa) siten, että poikit-taishitsin rajaviiva poistetaan koko-naan.

90

tai r > 150 mm

4) Kiinnityslevy, joka hitsataan levyn tai sauvan laipan reunaan.

71

50

40 5) Hitsattu, ei nurkan pyöristystä.

L

1

L

Lα

Lα

2

rr

L

3

vahvistettu

rl--

13---≥ l

r

l

r

4

16---

rl--

13---≤ ≤

rl--

16---<

5



453

Taulukko 4.5 Hitsauskiinnitykset ja jäykisteet [5,6,7] (jatkuu)

Väsymis-luokka


80 l ≤ 50 mm Poikittaiset kiinnitykset:

6) Hitsattu levyyn.

7) Sauvaan tai levyrakenteeseen hitsatut pystyjäykisteet.

8) Koteloprofiiliin joko laippaan tai uumaan hitsattu jäykistyslevy. Jäykistyslevyn hitsaaminen pieniin rakenneputkiin voi olla mahdoton. Nämä arvot ovat voimassa myös ympyrän muotoisille jäykisteille.


Hitsien päät hiotaan huolelli-sesti mahdollisen reunahaavan poistamiseksi.

7) Δσ lasketaan pääjännitysten mu-kaan, jos jäykiste loppuu uumassa, ks. vasen puoli.

71 50 < l ≤ 80 mm

80 9) Hitsatun leikkausliittimen vaikutus perusaineeseen.

l

l

6

8

7

9



454

Taulukko 4.6 Kantavat hitsausliitokset [5,6,7]

(jatkuu)

Väsymis-luokka


80 l ≤ 50 mm Kaikki t:n arvot; t:n yksikkö [mm]

Risti- ja T-liitokset:

1) Hitsin rajaviivan murtuminen täysin läpihitsatuissa päittäishitseissä ja kaikki osittain läpi-hitsatut liitokset.

1) Tarkistetaan ja todetaan vapaiksi epäjatkuvuuksista ja sovitusvirheistä, jotka eivät täytä standardin EN 1090 mukaisia vaatimuksia.

2) Δσ :n laskemi-sessa käytetään muunnettua nimellisjännitystä.

3) Osittain läpihit-satuissa liitoksis-sa tarvitaan kaksi väsymiskestävyy-den tarkastelua. Ensiksi juuren säröily tarkiste-taan kohdan 4.6.3 mukaan määrite-tyn jännityksen perusteella käyttäen väsymis-luokkaa 36* Δσw:lle ja väsy-misluokkaa 80 Δτw:lle. Toiseksi tarkiste-taan hitsin rajavii-van säröily mää-rittämällä Δσ kuormaa kanta-vassa levyssä.


Kuormaa kantavien levyjen yhden-suuntaisuusvirhe saa olla enintään 15 % välissä olevan levyn paksuudesta.

71 50 < l ≤ 80 Kaikki t:n arvot



56 l > 120 t ≤ 20

50 120 < l ≤ 200 l > 200

t > 2020 < t ≤ 30

45 200 < l ≤ 300l > 300

t > 3030 < t ≤ 50

40 l > 300 t > 50

Kuten yksityis-kohta 1).

2) Hitsin rajaviivan murtuminen kiinni-tettävästä levystä, paikallisia levyn muodonmuutok-sista aiheutuvia jännityshuippuja hitsien päissä.

36* 3) Juuren murtu-minen osittain läpihitsatuissa T-päittäisliitoksissa tai pienaliitokset ja läpihitsatut T- päittäisliitokset kuvan 3.26 mukaan.

* voidaan käyttää yhdellä väsymisluokalla korotettua arvoa, jos käytetään muunnettua väsymislujuuden käyrää, ks. kuva 4.10

t t

l l

1

t

l

taipuva levy

2

3



455

Taulukko 4.6 Kantavat hitsausliitokset [5,6,7] (jatkuu)

(jatkuu)

Väsymis-luokka


Kuten yksityis-kohta 1).

päätylevyn jännityspinta-ala: kaltevuus = 1/2

Hitsatut päällek-käisliitokset:

4) Pienahitsattu päällekkäisliitos.

4) Päätylevyn Δσ lasketaan kuvassa esitetyn pinta-alan mukaan.

5) Δσ lasketaan päälle tulevissa levyissä.


- Hitsin lopetus-kohdan etäisyys levyn reunasta tulee olla yli 10 mm.

- Hitsin leikkaus-säröt tarkistetaan yksityiskohdan 8) mukaan.

45* Päällekkäis-liitokset:


tc < t tc ≥ t Sauvojen ja levyrakenteiden peitelevyt:

6) Yksi- tai monipalkohitsa-uksella hitsatut peitelevyn pääty-alueet poikittai-sen otsahitsin kanssa tai ilman sitä.

6) Jos peitelevy on leveämpi kuin laippa, tarvitaan poikittainen otsa-hitsi. Otsahitsi hiotaan huolelli-sesti reunahaavan poistamiseksi. Peitelevyn minimi-pituus on 300 mm. Lyhyempien kiinni-tysten koon vaiku-tus, ks. yksityis-kohta 1).

56* t ≤ 20 –

50 20 < t ≤ 30 t ≤ 20

45 30 < t ≤ 50 20 < t ≤ 30

40 t > 50 30 < t ≤ 50

36 – t > 50

56 7) Sauvojen ja levyrakenteiden peitelevyt.5tc on vahvistus-hitsin minimi-pituus.

7) Poikittainen otsahitsi hiotaan juohevaksi. Jos lisäksi tc > 20 mm, levyn reunan yläosa viistetään kaltevuuteen 1:4.


>10 mm

l

t

>10 mm

1/24

>10 mm

5

ttc

6

5tc ttc

≤1/4

7

vahvistettu poikittainen otsahitsi



456

Taulukko 4.6 Kantavat hitsausliitokset [5,6,7] (jatkuu)

Väsymis-luokka


80

m = 5

8) Leikkausvuota siirtävät jatkuvat pienahitsit, kuten uuman ja laipan väliset hitsit levyrakenteissa.


8) Δτ lasketaan hitsin pinta-alan mukaan.

9) Δτ lasketaan hitsin pinta-alan mukaan käyttäen pituutena hitsin kokonaispituutta. Hitsien lopettamiset kauempana kuin 10 mm levyn reu-nasta, ks. myös 4) ja 5) edellä.

ks. EN 1994-2 (90 m = 8)

Hitsatut leikkausliittimet:

10) Liittorakenne-sovellutuksissa.

10) Δτ lasketaan leikkausliittimen nimellisen bruttopoikkipinta-alan mukaan.

>10 mm

98

10



457

Taulukko 4.7 Ortotrooppiset kannet - suljetut jäykisteet [5,6,7]

(jatkuu)

Väsymis-luokka


80 t ≤ 12 mm 1) Jatkuva pituus-jäykiste, kun poik-kikannattajassa on pieni reikä.

1) Väsymistarkastelu tehdään pituusjäykis-teen normaalijännitys-ten vaihteluvälin Δσ mukaan.

71 t > 12 mm

80 t ≤ 12 mm 1) Jatkuva pituus-jäykiste, kun poik-kikannattajassa ei ole pientä reikää.


71 t > 12 mm

36

(kuvaan on korjattu lähteessä 5 oleva virhe)

3) Erillinen pituus-jäykiste poikkikan-nattajan molemmin puolin.


71 4) Jäykisteen jatkos, kun läpihit-sattu päittäishitsi ja juurituki.


112 Kuten taulukon 4.4 yksityis-kohdat 1), 2) ja 4)

5) Läpihitsatut päittäishitsit jäykis-teessä, hitsaus molemmilta puolin ilman juuritukea.

4) Väsymistarkastelu tehdään pituusjäykis-teen normaalijännitys-ten vaihteluvälin Δσ mukaan. Siltahitsit jäävät päit-täishitsien sisään. 90 Kuten

taulukon 4.4 yksityis-kohdat 5) ja 7)

80 Kuten taulukon 4.4 yksityis-kohdat 9) ja 11)

t

Δσ

1

Δσt

2

Δσt

3

Δσ4

Δσ5



458

Taulukko 4.7 Ortotrooppiset kannet - suljetut jäykisteet [5,6,7] (jatkuu)

Väsymis-luokka


71 6) Poikkikannattajan uuman kriittinen leikkaus (pienistä reijistä johtuen).

6) Väsymistarkastelu tehdään kriittisen poikkileikkauksen jännitysvaihteluvälin mukaan ottaen huo-mioon Vierendeel-vaikutukset.

HUOM. Kun jännitysvaihteluväli lasketaan EN 1993-2 kohdan 9.4.2.2(3) mukaan, voidaan käyttää väsy-misluokkaa 112.

71 Muotolevyn muotoi-sen tai V-muotoisen jäykisteen ja kansi-levyn välinen hitsi:

7) Osittain läpihitsat-tu hitsi, jolle a ≥ t

7) Väsymistarkastelu tehdään levyn taivu-tuksesta aiheutuvan normaalijännitysten vaihteluvälin perus-teella.

50 8) Pienahitsi tai osittain läpihitsatut hitsit, jotka eivät täytä edellisen kohdan 7) ehtoja.

8) Väsymistarkastelu tehdään levyn taivu-tuksesta aiheutuvan normaalijännitysten vaihteluvälin perus-teella.

A A

6

Ml Mr

≤ 2 mma ≥ t

Mw ≤ 2 mm

t7

ΔσΔMw

Ww------------=

Ml Mr

Mw

≤ 0,5 mm

a

t

pienahitsi

8



459

Taulukko 4.8 Ortotrooppiset kannet - avoimet jäykisteet [5,6,7]

Väsymis-luokka


80 t ≤ 12 mm 1) Pituusjäykisteen ja poikkikannatta-jan välinen kiinni-tys.

1) Väsymistarkastelu tehdään jäykisteen normaalijännitysten vaihteluvälin Δσ mukaan.

71 t > 12 mm

56 2) Jatkuvan pituusjäykisteen ja poikkikannattajan välinen kiinnitys.

Tarkistetaan myös jännitysvaihteluväli jäykisteiden välillä EN 1993-2 mukaan.

2) Väsymistarkastelu perustuu poikkikannattajan uuman leikkausjännitysvaihteluvälin Δτ ja normaalijännitysvaihteluvälin Δσ yhdistämiseen ekvivalentiksi jännitysvaihteluväliksi:

t

Δσ

1

s

s

s

ss

s

Δτ Δτ

Δτ

Δσ Δσ

Δσ

2

ΔσΔMs

Wnet.s--------------=

ΔτΔVs

Aw.net.s---------------=

Δσeq12--- Δσ Δσ2

4Δτ2++( )=



460

Taulukko 4.9 Ratapalkkien ylälaipan ja uuman väliset liitokset [5,6,7]

Väsymis-luokka


160 1) Valssatut I- tai H-profiilit. 1) Pyöräkuormista aiheutuva pystysuuntaisen puristuksen jännitysvaihteluväli Δσvert uumassa.

71 2) Läpihitsattu päittäishitsi. 2) Pyöräkuormista aiheutuva pystysuuntaisen puristuksen jännitysvaihteluväli Δσvert uumassa.

36* 3) Osittain läpihitsatut päittäishitsit tai tehollinen läpihitsattu päittäishitsi EN 1993-1-8 mukaisesti.

3) Pyöräkuormista aiheutuva pystysuuntaisen puristuksen jännitysvaihteluväli Δσvert uumassa.

36* 4) Pienahitsit. 4) Pyöräkuormista aiheutuva pystysuuntaisen puristuksen jännitysvaihteluväli Δσvert uumassa.

71 5) T-profiilin laippa, jossa on täysin läpihitsattu päittäishitsi.


36* 6) T-profiilin laippa, jossa on osittain läpihitsattu päittäishitsi tai tehollinen täysin läpihitsattu päittäishitsi EN 1993-1-8 mukaisesti.


36* 7) T-profiilin laippa, jossa on pienahitsit.



1

2

3

4

5

6

7



461

4.7 Väsyttävästi kuormitetun rakenteen suunnittelu

Väsytyskuormitettu rakenne mitoitetaan aina myös staattisille kuormille tavanomaiseen tapaanmurtorajatilassa.

Teräksen lujuuden valinta kannattaa kuitenkin tehdä vasta sitten, kun rakenneosa on ensin mi-toitettu väsymisen perusteella, jonka jälkeen voidaan laskea suurin staattinen jännitys.

Väsymismitoituksessa teräksen lujuuden valinta voidaan tehdä suoraan ehtojen (4.10) ja (4.11)perusteella. Korkeammasta teräslujuudesta ei ole välttämättä hyötyä väsymismitoituksen kan-nalta, koska hitsatun rakenteen väsymislujuus ei riipu teräslujuudesta, vaan rakenteen jänni-tysvaihteluista. Poikkileikkauksen kasvattaminen pienentää jännitysvaihteluväliä, mutta lisäärakenteen painoa, kun taas teräslujuuden kasvattaminen pienentää poikkileikkausta ja raken-teen painoa, mutta yleensä kasvattaa jännitysvaihteluväliä.

Väsytyskuormitetussa hitsatussa rakenteessa myötölujuuden kasvattamisesta on hyötyä kui-tenkin silloin, jos rakenteen pysyvien kuormien osuus on suuri, tai jos väsyttävään kuormaansisältyy yksittäisiä suuria maksimikuormia, joiden johdosta alemman lujuusluokan teräksenstaattinen kestävyys ei riitä [3].

Liitosten huolellisella suunnittelulla ja rakenteen muotoilulla voidaan vaikuttaa merkittävästi ko-ko rakenteen väsymiskestävyyteen. Liitokset kannattaa sijoittaa sellaisiin kohtiin, joissa jänni-tysvaihteluväli on mahdollisimman pieni.

Tehokkain keino parantaa hitsattujen rakenteiden väsymislujuutta onkin pienentää jännitys-vaihteluväliä joko liitosten sijoittelulla tai kasvattamalla rakenneosan poikkileikkausta: jos jänni-tysvaihteluväli puolittuu, niin rakenteen kestoikä kasvaa 8-kertaiseksi (kun m = 3).

4.7.1 Hitsausliitosten suunnittelu

Suunnitteluvaiheessa on syytä kiinnittää huomiota hitsausliitosten sijoitteluun ja liitoslevyjenmuotoiluun. Hitsit sijoitetaan vähiten rasitettuihin kohtiin, mikäli mahdollista. Liitoslevyjen reu-nat aiheuttavat jännityskeskittymiä, joita voidaan pienentää muotoilemalla liitoslevyt juoheam-miksi. Korkea hitsikupu kasvattaa jännityshuippua hitsin rajaviivalla, joten matala hitsikupu taikovera pienahitsi on väsymiskestävyyden kannalta edullisempi ratkaisu [3,9].

Varusteluosien hitsien hitsaamista kiinni esimerkiksipalkin kaulahitsiin kannattaa välttää, koska liittymis-kohtaan muodostuu jännityskeskittymä, josta vauriosaa helpommin alkunsa (kuva 4.12).

Hitsausluokan parantaminen pienentää hitsausvir-heiden mahdollisuutta, jolloin väsymiskestävyys pa-ranee. Vaadittava hitsausluokka määräytyy taulukos-sa 3.22 esitetyn mukaisesti standardissa EN 1090-2rakenteelle tai rakenneosalle valitun toteutusluokanperusteella. Standardi EN 1090-2 määrittää väsytys-kuormitetun rakenteen toteutusluokaksi tapauksestariippuen EXC2-EXC4, jolloin taulukon 3.22 perus-teella hitsausluokaksi tulee B tai C [10]. Hitsausluo-kan valinta ei kuitenkaan vaikuta hitsien staattisenkestävyyden tai väsymiskestävyyden laskentaan.

Hitsit lopetettavaennen kaulahitsiä

Hitsit suositeltavaalopettaa ennen kaulahitsiä

Kuva 4.12 Poikittaisjäykisteiden hitsit



462

Hitsin väsymiskestävyyttä voidaan parantaa myös jälkikäsittelyllä. Menetelmät voidaan jakaakahteen päämenetelmään, jotka ovat hitsigeometrian parantaminen sekä jäännösjännitysme-netelmät. Hitsigeometriaa voidaan parantaa mm. hiomalla hitsin rajapinta tai sulattamalla raja-pinta uudelleen joko TIG-menetelmällä tai plasmapolttimella. Näillä menetelmillä poistetaanhitsin rajaviivalla olevat alkusäröt ja lisäksi hitsin muotoilu juoheammaksi pienentää jännitys-keskittymiä rajaviivalla. Hiontaa ei suositella käytettäväksi alle 10 mm paksuille rakenteille [11].

Jäännösjännitysmenetelmillä vaikutetaan hitsin rajaviivalla vaikuttaviin jäännösjännityksiin.Materiaalin pintakerrokseen saadaan muodostumaan mekaanisella kylmämuokkauksella pu-ristusjäännösjännitys, joka estää särön avautumista ja pienentää tehollista jännitysheilahdusta.Lisäksi jäännösjännitysten kontrollointiin voidaan käyttää lämpökäsittelyjä. Mekaanisia muok-kausmenetelmiä ovat mm. kuulapuhallus ja vasarointi. Myöstöhehkutuksella alennetaan mate-riaalin myötörajaa tilapäisesti lämpötilaa kohottamalla. Kappaleen sisäiset jännitykset laukea-vat plastisten muodonmuutosten avulla. Kuumennus ja jäähdytys on tehtävä hitaasti uusienjännitysten syntymisen estämiseksi [11].

Väsymiskestävyyttä parantavia menetelmiä käsitellään laajemmin mm. lähteissä [2,3].

4.7.2 Ruuviliitosten suunnittelu

Ruuviliitoksissa reikien tekotapa vaikuttaa ruuviliitoksen tai ruuvikiinnityksen väsymiskestävyy-teen. Poraamalla tehdyn reijän väsymiskestävyys on parempi kuin stanssaamalla tehdyn reijänväsymiskestävyys. Standardissa EN 1090-2 reijän tekotavan vaikutus otetaan huomioon siten,että stanssaaminen kyllä sallitaan, mutta väsytyskuormitetuissa rakenteissa reijän stanssaami-sen jälkeen reikä pitää avartaa lopulliseen mittaansa siten, että itse reijän laatu vastaa poraa-malla tehdyn reijän laatua [10].

Väsytyskuormitetuissa vedetyissä ruuviliitoksissa on syytä käyttää esijännitettäviä ruuveja.Kuormituksen väsyttävä vaikutus pienenee erityisesti, jos ruuvin esijännitysvoima on suurempikuin liitoksessa vaikuttava vetovoima. Esijännitettäviä ruuveja on syytä käyttää myös leikkaus-rasitetuissa liitoksissa. Tällä tavalla saadaan aikaiseksi kitkaliitos, jonka väsymiskestävyys onparempi kuin reunapuristustyyppisen liitoksen [9].



463

4.8 Lähdeluettelo

[1] Teräsrakenteiden suunnittelu ja mitoitus. Eurocode 3 -oppikirja. 2010. Teräsrakenneyhdistys ry. 183 s.


Huom: Eurocoden osien EN 1993-1-5, EN 1993-1-8, EN 1993-1-9 ja EN 1993-1-10 osalta teos perustuu kirjoitushetken työversioihin prEN 1993-1-5:2002, prEN 1993-1-8:2002, prEN 1993-1-9:2002 ja prEN 1993-1-10:2002, mistä johtuen osa julkaisun mitoitusohjeista saattaa poiketa kyseisten Eurocoden osien lopullisista julkaistuista ohjeista.

[3] Eriksson K. 2005. Att konstruera med stål. Läromedel för konstruktörer. Modul 8: Utmattning. Luleå Tekniska Universitet, Kunglika Tekniska Högskolan, Stålbyggnadsinstitutet. 56 s.

[4] Niemi E. 1996. Hitsattujen rakenteiden väsymistarkastelussa käytettävät jännitykset. Tekninen tiedotus 3/96. Metalliteollisuuden kustannus Oy. 45 s.





[9] Kouhi J. 20xx. “Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu: Osa 1-9: Väsyminen. Sovellutusohjeita, taustatietoja, kommentteja, tulkintoja, selvennyksiä, kansallinen liite ja sen taustoja, oppi- ja opetusaineistoa, esimerkkejä.” Teräsrakenneyhdistys ry. Työversio 2009.


[11] Tarjavuori P. 1995. Hitsin väsymislujuuden parantaminen jälkikäsittelyllä. Tutkimusraportti nro 9. Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu, Konetekniikan osasto.



464

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————


HITSATUT PROFIILIT

Luku 5

465

5. HITSATUN PROFIILIN HAURASMURTUMAN JA LAMELLIREPEILYN ESTÄMINEN

5.1 Haurasmurtuma

Haurasmurtuma on äkillistä, jopa äänen nopeudella etenevää murtumista ilman selvästi havait-tavaa plastista muodonmuutosta. Haurasmurtuma voi saada alkunsa staattisesti kuormitetus-sa rakenneosassa olevasta alkusäröstä (esim. hitsin virhe), tai väsymällä kasvaneesta säröstätai hitsin virheestä, jonka jälkeen murtuma etenee nopeasti myös virheettömässä rakenteessa.Haurasmurtuma johtaa yleensä vakavampiin seurauksiin kuin sitkeä murtuminen. Sitkeän mur-tumisen aikana rakenteeseen muodostuu plastisia niveliä, jotka muuttavat kuormitusjakaumaaja vaurio voi rajoittua paikalliseksi.

Haurasmurtuman todennäköisyys riippuu seuraavista seikoista:

• teräksen lujuus • jännitystaso ja -tila • ainepaksuus • kuormitusnopeus • käyttölämpötila sekä • teräksen sitkeys.

Korkealujuuksinen ja paksuseinämäinen rakenneosa on alttiimpi haurasmurtumalle kuin mata-lalujuuksinen ja ohutseinämäinen. Suuri kuormitusnopeus lisää haurasmurtuman riskiä sa-moin kuin matala käyttölämpötila. Sitkeämpi teräslaji kestää puolestaan paremmin matalissalämpötiloissa. Haurasmurtuma-alttiutta kuvaavia materiaaliominaisuuksia ovat transitiolämpö-tila ja iskusitkeys.

Teräksen murtumismuoto muuttuu sitkeästä hauraaksi transitiolämpötila-alueella. Transitio-lämpötila ei ole yksikäsitteinen materiaaliominaisuus, vaan se riippuu käytetystä testausmene-telmästä ja hauraudelle asetetuista vaatimuksista. Testausmenetelmänä käytetään yleisestiCharpy-V -koetta. Kokeessa murretaan iskukoesauva, jossa on 2 mm syvyinen V-lovi, heiluri-vasaran avulla tietyssä lämpötilassa. Standardikoesauvan koko on 10

×

10 mm. Transitiolämpö-tilaksi kutsutaan sitä lämpötilaa, jossa koesauvan murtamiseen käytetty energia on vähintään27 J. Lujilla hienoraeteräksillä käytetään myös mm. 30 J ja 40 J kriteereitä.

5.2 Haurasmurtuman estäminen Eurocoden mukaisesti

Ohjeet haurasmurtuman estämiselle on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-10. Ohjeet so-veltuvat vedetyille rakenneosille, sekä hitsatuille ja väsytyskuormitetuille rakenneosille joissaosa jännityssyklistä on vetoa. Ohjeet koskevat kaikkia osan EN 1993-1-9 väsymisluokkien mu-kaisia väsytyskuormitettuja rakenneosia, kun jännitykset lasketaan nimellisinä jännityksinä[8,9,10].

Rakenneosille, joihin ei kohdistu vetoa, hitsausta tai väsyttävää kuormaa, säännöt voivat ollavarmalla puolella [8,9,10].

Standardin EN 1993-1-10 mukaan pelkästään puristetuille rakenneosille ei tarvitse asettaahaurasmurtumasta johtuvia murtumissitkeyttä koskevia vaatimuksia. Rakenneosissa saattaakuitenkin olla valmistuksesta (valssaus ja / tai hitsaus) aiheutuvia jäännösjännityksiä, jotka ai-


HITSATUT PROFIILIT

Luku 5

466

heuttavat vetoa myös puristetuissa rakenneosissa. Siksi Eurocoden osa EN 1993-1-1 edellyt-tää myös puristetuille rakenneosille riittävää murtumissitkeyttä, jonka kriteerit voidaanmäärittää kansallisessa liitteessä [4,5,6]. Osassa EN 1993-1-1 suositetaan, että puristetuille ra-kenneosille käytetään tällöin osan EN 1993-1-10 mukaista menettelyä siten, että rakenneosalleotaksutaan jännitystasoksi

σ

Ed

= 0,25

f

y

(t)

, ks. taulukko 5.1.


Puristetuille rakenneosille käytetään Eurocoden suositusarvoa

σ

Ed

= 0,25

f

y

(t).

Standardissa EN 1993-1-10 esitetty menettely perustuu murtumismekaniikan mukaiseen tar-kasteluun ja sen perusteella kehitettyyn laskentamalliin. Aihetta on käsitelty tarkemmin lähtees-sä [14].

Käytännön suunnittelutyön helpottamiseksi standardissa EN 1993-1-10 on esitetty kyseisenlaskentamallin perusteella laadittu taulukko (ks. taulukko 5.1), johon on valmiiksi laskettu raken-neosan suurimmat sallitut ainepaksuudet eri referenssilämpötiloille

T

Ed

ja eri teräslajeille nii-den nimellisten myötölujuus- ja iskusitkeysarvojen mukaisesti. Taulukossa esitetytainepaksuudet on ryhmitelty kolmelle eri jännitystasolle

σ

Ed


a)

σ

Ed

= 0,75

f

y

(t)

(5.1a)

b)

σ

Ed

= 0,50

f

y

(t)

(5.1b)

c)

σ

Ed

= 0,25

f

y

(t)

(5.1c)

missä

σ

Ed

on potentiaalisessa murtuman alkukohdassa vaikuttava nimellinen jännitys

kimmoteorian mukaisesti ja laskettuna käyttörajatilakuormilla tavallisen

kuormitusyhdistelmän mukaisesti (ks. kohta 7.3.2.1), mikä likimääräisesti

vastaa onnettomuusrajatilan mukaista kuormayhdistelmää (EN 1993-1-1

Suomen kansallisessa liitteessä ohjeistetaan käyttämään rakenteen

siirtymätarkasteluissa käyttörajatilan kuormayhdistelmänä ominaisyhdis-

telmää, jolla laskettu

σ

Ed

on haurasmurtumatarkasteluja ajatellen varmalla

puolella)

f

y

(t)

on materiaalin nimellinen myötölujuus, missä

f

y

(t)

voidaan määrittää joko

kaavasta:

missä

t

on levyn paksuus millimetreinä ja

t

0

= 1 mm

tai

f

y

(t)

arvona voidaan käyttää kyseeseen tulevan terässtandardin

mukaisia

R

eH

-arvoja (ks. luku 1)

Taulukkoa 5.1 käytettäessä voidaan soveltaa lineaarista interpolointia. Koska jännitystystar-kastelu suoritetaan käyttörajatilajännityksillä,

σ

Ed

-arvot ovat käytännössä yleensä välillä

σ

Ed

= (0,50 ... 0,75) x

f

y

(t)

ja tasoa

σ

Ed

= 0,75

f

y

(t)

voidaan käyttää varmalla puolella olevana ar-vona. Taulukon ääriarvojen ulkopuolelle ulottuva ekstrapolointi ei ole sallittu.

fy t( ) fy.nom 0 25, tt0---- N mm

2⁄[ ] (5.2)–=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 5

467

Taulukkoa 5.1 käytettäessä on tunnettava tarkasteltavan rakenneosan referenssilämpötila

T

Ed

, joka määritetään Eurocodessa seuraavasti [8,9,10]:

missä

T

md

on rakenneosan alin käyttölämpötilan mitoitusarvo, ks. EN 1991-1-5

Δ

T

r

on säteilyhäviön huomioon ottava korjaustermi, ks. EN 1991-1-5

Δ

T

σ

on korjaustermi, joka ottaa huomioon materiaalin jännityksen ja myötö-

lujuuden, särön epätarkkuuden sekä rakenneosan muodon ja mitat,

Δ

T

σ

= 0 , kun käytetään taulukkoa 5.1

Δ

T

R

on varmuutta muuttava termi, jolla tarvittaessa otetaan huomioon erilaisten

käyttösovellutusten erilainen luotettavuustaso, ja jonka arvo voidaan valita

kansallisessa liitteessä:


Käytetään Eurocoden suositusarvoa

Δ

T

R

= 0.

on venymisnopeuden (kuormitusnopeuden) huomioon ottava korjaustermi,

kun käytetään muuta kuin referenssivenymisnopeutta (ks. kaava 5.4)

Δ

T

ε

.cf

on kylmämuovausasteen

ε

cf

huomioon ottava korjaustermi,

Δ

T

ε

.cf

= 0 hitsatuilla profiileilla

Venymisnopeuden referenssiarvona on käytetty arvoa , joka kattaa dy-naamiset kuorman vaikutukset useimmissa tilapäisissä ja normaalisti vallitsevissa mitoitusti-lanteissa. Muilla venymisnopeuden arvoilla (esim. iskumaiset kuormitukset) tarvitaankorjaustermi , joka lasketaan seuraavasti [8,9,10]:

Hitsatuilla profiileilla taulukkoa 5.1 käytettäessä, jos rakenteeseen ei kohdistu iskumaista kuormi-tusta, lauseke (5.3) supistuu edellä esitetyn perusteella Suomessa yksinkertaiseen muotoon:

missä rakenneosan alin käyttölämpötila

T

md

määritetään Eurocoden osan EN 1991-1-5 ja senkansallisen liitteen mukaisesti [1,2,3]. Suomessa ulkoilman alin mitoituslämpötila vaihtelee Ouluneteläpuolisilla alueilla haarukassa -35...-45 ºC ja pohjoispuolella vastaavasti -40...-50 ºC [3].

Standardi EN 1993-1-5 on kuitenkin sikäli puutteellinen, että siellä ei ole esitetty arvoa lausek-keessa (5.3) esiintyvälle korjaustermille

Δ

T

r

. Kyse on ulkotiloissa kirkkaan tähtitaivaan alla ta-pahtuvasta säteilyhäviöstä (esim. sillankansi). Lähteessä [14] kyseiselle termille on esitettyarvo

Δ

T

r

= -5 ºC.

Eri lämpötiloissa suoritetuille materiaalin Charpy-V -iskusitkeysarvoille voidaan tarvittaessakäyttää seuraavaa korrelaatiota [8,9,10]:

TEd Tmd ΔTr ΔTσ ΔTR ΔTε ΔTε .cf (5.3)+ + + + +=

ΔTε

ε0 4 104–

sek⁄×=

εΔTε

ΔTε1440 fy t( )–

550----------------------------

εε0----ln⎝ ⎠

⎛ ⎞ °C[ ] (5.4)⋅=

TEd Tmd ΔTr (5.5)+=

T40J T27J 10 °C[ ] (5.6)+=

T30J T27J 0 °C[ ] (5.7)+=



468

Tau

lukk

o 5.

1a

Rak

enne

osan

suu

rin s

allit

tu p

aksu

us t

(mm

). L

ujuu

sluo

kat S

235.

..S46

0 [8

...13

] T

eräs

-la

jiA

lala

ji R

efer

enss

iläm

pötil

a T

Ed

(°C

) C

harp

y en

ergi

aK

V10

0 -1

0 -2

0 -3

0-4

0-5

010

0 -1

0-2

0-3

0-4

0-5

010

0

-10

-20

-30

-40

-50

EN

100

25T

(°C

)(J

min)

Ed

= 0,

75 f y

(t)

Ed

= 0,

50 f y

(t)

Ed

= 0,

25 f y

(t)

JR

20

27

6050

40

35

30

2520

9075

6555

4540

3513

5 11

5 10

0 85

75

6560

J0

0 27

90

75

60

50

4035

3012

510

590

7565

5545

175

155

135

115

100

8575

S23

5

J2

-20

27

125

105

90

75

6050

4017

014

512

510

590

7565

200

200

175

155

135

115

100

JR

20

27

5545

35

30

25

2015

8070

5550

4035

3012

5 11

0 95

80

70

6055

J0

0 27

75

65

55

45

3530

2511

595

8070

5550

4016

5 14

5 12

5 11

0 95

8070

J2

-20

27

110

95

75

65

5545

3515

513

011

595

8070

5520

0 19

0 16

5 14

5 12

511

095

M,N

-2

0 40

13

511

0 95

75

65

5545

180

155

130

115

9580

7020

0 20

0 19

0 16

5 14

512

511

0

S27

5

ML,

NL

-50

27

185

160

135

110

9575

6520

020

018

015

513

011

595

230

200

200

200

190

165

145

JR

20

27

4035

25

20

15

1510

6555

4540

3025

2511

0 95

80

70

60

5545

J0

0 27

60

50

40

35

2520

1595

8065

5545

4030

150

130

110

95

8070

60J2

-2

0 27

90

75

60

50

4035

2513

511

095

8065

5545

200

175

150

130

110

9580

K2,

M,N

-2

0 40

11

090

75

60

50

4035

155

135

110

9580

6555

200

200

175

150

130

110

95

S35

5

ML,

NL

-50

27

155

130

110

90

7560

5020

018

015

513

511

095

8021

0 20

0 20

0 20

0 17

515

013

0M

,N

-20

40

9580

65

55

45

3530

140

120

100

8570

6050

200

185

160

140

120

100

85S

420

ML,

NL

-50

27

135

115

95

80

6555

4519

016

514

012

010

085

7020

0 20

0 20

0 18

5 16

014

012

0Q

-2

0 30

70

60

50

40

3025

2011

095

7565

5545

3517

5 15

5 13

0 11

5 95

8070

M,N

-2

0 40

90

70

60

50

4030

2513

011

095

7565

5545

200

175

155

130

115

9580

QL

-40

30

105

90

70

60

5040

3015

513

011

095

7565

5520

0 20

0 17

5 15

5 13

011

595

ML,

NL

-50

27

125

105

90

70

6050

4018

015

513

011

095

7565

200

200

200

175

155

130

115

S46

0

QL1

-6

0 30

15

012

5 10

5 90

70

6050

200

180

155

130

110

9575

215

200

200

200

175

155

130

E

N 1

0149

a,b)

S26

0 N

C

-20

40

140

115

100

80

7060

5018

516

013

512

010

085

7520

0 20

0 19

5 17

0 15

013

011

5S

315

NC

,MC

-2

0 40

12

510

0 85

70

60

5040

170

145

120

105

9075

6520

0 20

0 18

5 16

0 14

012

010

5S

355

NC

, MC

-2

0 40

11

090

75

60

50

4035

155

135

110

9580

6555

200

200

175

150

130

110

95S

420

NC

,MC

-2

0 40

95

80

65

55

4535

3014

012

010

085

7060

5020

0 18

5 16

0 14

0 12

010

085

S46

0 M

C

-20

40

9070

60

50

40

3025

130

110

9575

6555

4520

0 17

5 15

5 13

0 11

595

80 a

) S

tand

ardi

n E

N 1

0149

muk

aisi

lle te

räks

ille

isku

sitk

eysv

aatim

us m

äärit

etää

n se

uraa

vast

i: E

N 1

0149

-1: K

ohta

11:

Opt

io 5

. b

) S

tand

ardi

n E

N 1

0149

muk

aist

en te

räst

en v

alm

istu

spak

suus

: max

. 20

mm

. -

Tau

lukk

oa k

äyte

ttäes

sä v

oida

an s

ovel

ta li

neaa

rista

inte

rpol

oint

ia. Ä

äria

rvoj

en u

lkop

uole

lle u

lottu

va e

kstr

apol

oint

i ei o

le s

allit

tu.

- T

aulu

kon

arvo

t on

mää

ritet

ty tu

otte

en v

alss

auss

uunn

assa

taat

tavi

en C

harp

y en

ergi

an K

V-a

rvoj

en m

ukaa

n.

Tau

lukko

a 5

.1a

Rak

enne

osan

suu

rin s

allit

tu p

aksu

us t

(mm

). Lu

juus

luok

at S

235.

..S46

0 [8

…13

]



469

Tau

lukk

o 5.

1b

Rak

enne

osan

suu

rin s

allit

tu p

aksu

us t

(mm

). L

ujuu

sluo

kat S

500.

..S70

0 [8

...13

] T

eräs

-la

jiA

lala

ji R

efer

enss

iläm

pötil

a T

Ed

(°C

) C

harp

y en

ergi

aK

V10

0 -1

0 -2

0 -3

0-4

0-5

010

0 -1

0-2

0-3

0-4

0-5

010

0

-10

-20

-30

-40

-50

EN

100

25-6

T(°

C)

(Jm

in)

Ed

= 0,

75 f y

(t)

Ed

= 0,

50 f y

(t)

Ed

= 0,

25 f y

(t)

Q

0 40

55

45

35

30

2015

1585

7060

5040

3525

145

125

105

90

8065

55Q

-2

0 30

65

55

45

35

3020

1510

585

7060

5040

3517

0 14

5 12

5 10

5 90

8065

QL

-20

40

8065

55

45

35

3020

125

105

8570

6050

4019

5 17

0 14

5 12

5 10

590

80Q

L -4

0 30

10

080

65

55

45

3530

145

125

105

8570

6050

200

195

170

145

125

105

90Q

L1

-40

40

120

100

80

65

5545

3517

014

512

510

585

7060

200

200

195

170

145

125

105

S50

0

QL1

-6

0 30

14

012

0 10

0 80

65

5545

200

170

145

125

105

8570

205

200

200

195

170

145

125

Q

0 40

50

40

30

25

2015

1080

6555

4535

3025

140

120

100

85

7560

50Q

-2

0 30

60

50

40

30

2520

1595

8065

5545

3530

160

140

120

100

8575

60Q

L -2

0 40

75

60

50

40

3025

2011

595

8065

5545

3518

5 16

0 14

0 12

0 10

085

75Q

L -4

0 30

90

75

60

50

4030

2513

511

595

8065

5545

200

185

160

140

120

100

85Q

L1

-40

40

110

90

75

60

5040

3016

013

511

595

8065

5520

0 20

0 18

5 16

0 14

012

010

0

S55

0

QL1

-6

0 30

13

011

0 90

75

60

5040

185

160

135

115

9580

6520

0 20

0 20

0 18

5 16

014

012

0Q

0

40

4535

25

20

15

1510

7060

5040

3025

2013

0 11

0 95

80

65

5545

Q

-20

30

5545

35

25

20

1515

8570

6050

4030

2515

0 13

0 11

0 95

80

6555

QL

-20

40

6555

45

35

25

2015

105

8570

6050

4030

175

150

130

110

9580

65Q

L -4

0 30

80

65

55

45

3525

2012

510

585

7060

5040

200

175

150

130

110

9580

QL1

-4

0 40

10

080

65

55

45

3525

145

125

105

8570

6050

200

200

175

150

130

110

95

S62

0

QL1

-6

0 30

12

010

0 80

65

55

4535

170

145

125

105

8570

6020

0 20

0 20

0 17

5 15

013

011

0Q

0

40

4030

25

20

15

1010

6555

4535

3020

2012

0 10

0 85

75

60

5045

Q

-20

30

5040

30

25

20

1510

8065

5545

3530

2014

0 12

0 10

0 85

75

6050

QL

-20

40

6050

40

30

25

2015

9580

6555

4535

3016

5 14

0 12

0 10

0 85

7560

QL

-40

30

7560

50

40

30

2520

115

9580

6555

4535

190

165

140

120

100

8575

QL1

-4

0 40

90

75

60

50

4030

2513

511

595

8065

5545

200

190

165

140

120

100

85

S69

0

QL1

-6

0 30

11

090

75

60

50

4030

160

135

115

9580

6555

200

200

190

165

140

120

100

EN

101

49-2

S

500

MC

-2

0 40

80

65

55

45

3530

2012

510

585

7060

5040

195

170

145

125

105

9080

S55

0 M

C

-20

40

7560

50

40

30

2520

115

9580

6555

4535

185

160

140

120

100

8575

S60

0 M

C

-20

40

7055

45

35

30

2015

105

9075

6050

4035

180

155

130

110

9580

70S

650

MC

-2

0 40

65

50

40

30

2520

1510

085

7055

4535

3017

0 14

5 12

5 10

5 90

7565

S70

0 M

C

-20

40

6045

35

30

25

2015

9580

6550

4535

3016

5 14

0 12

0 10

0 85

7060

- T

aulu

kkoa

käy

tettä

essä

voi

daan

sov

elta

line

aaris

ta in

terp

oloi

ntia

. Äär

iarv

ojen

ulk

opuo

lelle

ulo

ttuva

eks

trap

oloi

nti e

i ole

sal

littu

. -

Tau

luko

n ar

vot o

n m

äärit

etty

tuot

teen

val

ssau

ssuu

nnas

sa ta

atta

vien

Cha

rpy

ener

gian

KV

-arv

ojen

muk

aan.

-

Tila

ttaes

sa s

tand

ardi

n E

N 1

0025

-6 m

ukai

sist

a te

räks

istä

teht

yjä

tuot

teita

mää

ritet

ään

vaad

ittav

a is

kusi

tkey

den

test

ausl

ämpö

tila

TK

V.

Tau

lukko

a 5

.1b

Rak

enne

osan

suu

rin s

allit

tu p

aksu

us t

(mm

). Lu

juus

luok

at S

500.

..S70

0 [8

…13

]



470

5.3 Lamellirepeily

Lamellirepeily voi tapahtua hitsatussa liitoksessa, jos levyyn kohdistuu sen pintaa vastaan koh-tisuorassa suunnassa vetojännitystä (kuva 5.1). Vetojännityksen aiheuttajana voi olla:

• valmistuksessa hitsauksesta aiheutuvat kutistumisjännitykset • liitokseen kohdistuvan ulkoisen kuormituksen aiheuttamat vetojännitykset

Lamellirepeilyalttiuteen vaikuttavat:

• materiaalin paksuussuuntaiset ominaisuudet • liitoksen rakenne ja muotoilu • liitosta ympäröivän rakenteen jäykkyys (hitsauskutistumisen estyminen) • hitsauksen suoritus • liitokseen kohdistuvan kuormituksen suunta ja suuruus (kuva 5.2)

Kuva 5.1 Lamellirepeily perusmateriaalissa hitsausliitoksen alla [8,9,10]

Kuva 5.2 Esimerkkejä liitoksista joissa lamellirepeily on vaarallista: a) nostokorvakkeet levyn pinnassa, b) palkin tai pilarin päätylevyt ja c) putkimaisen osan liitos levyyn tai kuoreen [15]

a) b) c)FEd

MEdσϕ



471

Materiaalin paksuussuuntaiset ominaisuudet

Kuumavalssattujen terästen sitkeys ja muodonmuutoskyky ovat huonoimmillaan levyn pak-suussuunnassa. Jos teräksen muodonmuutoskyky ei ole riittävä, varsinkin lujia teräslajeja käy-tettäessä, saattaa hitsatussa liitoksessa esiintyä lamellirepeilyä. Lamellirepeily ilmenee hit-sausliitoksen alaisina pinnansuuntaisina murtumina. Erityisen herkkiä lamellirepeilylle ovat jäy-kät piena- tai päittäishitsatut L- ja T-liitokset, koska niissä voi esiintyä suuria paksuussuuntaisiajännityksiä [16].

Teräksen valmistuksen yhteydessä voidaan lisäkäsittelyillä parantaa tuotteen paksuussuuntai-sia ominaisuuksia. Erityisesti korkea rikkipitoisuus, vaikka se olisi tavallisissa teräksen tuote-standardeissa esitettyjen rajojen alapuolella, voi kasvattaa lamellirepeilyherkkyyttä.

Materiaalin paksuussuuntaisia ominaisuuksia ja lamellirepeilyvaaraa voidaan arvioida levynpaksuussuunnassa tehdyssä vetokokeessa mitatun murtokurouman eli Z-arvon perusteella,ks. taulukko 5.2.

Paksuussuunnassa testattuja levyjä kutsutaankin yleisesti Z-levyiksi. Standardin EN 10164mukaisesti kyseessä on lisäominaisuus, joka voidaan määritellä käytännössä kaikille teräsla-jeille tilausvaiheessa edellyttäen, että ainepaksuus on t ≥ 15 mm. Standardi EN 10164 sisältääZ-levyille kolme eri laatuluokkaa, ks. taulukko 5.3.

Taulukko 5.2 Lamellirepeilyn todennäköisyys [17]

Taulukko 5.3 Z-levyjen laatuluokat [18]

Liitoksen muotoilu ja hitsaus

Materiaaliominaisuuksien ohella lamellirepeilyriskiä voidaan pienentää muuttamalla liitoksenmuotoilua ja hitsauksen suoritusta. Hitsattaessa suuremmalla energialla repeilyalttius onyleensä hieman pienempi. Syynä tähän ovat parempi tunkeuma ja leveämpi hitsi, jotka johtavatmuodonmuutokset laajemmalle alueelle levyn paksuussuunnassa [16].

Paksuussuuntainen murtokurouma (%)

Lamellirepeilyn todennäköisyys

Z < 10 Mahdollinen jo lievästi levyn paksuussuunnassa kuormitettavissa hitsausliitoksissa.

10 ≤ Z < 15 Mahdollinen kohtuullisesti levyn paksuussuunnassa kuormitettavissa hitsausliitoksissa.

15 ≤ Z < 20 Mahdollinen voimakkaasti levyn paksuussuunnassa kuormitettavissa hitsausliitoksissa.

20 ≤ Z < 35 Erittäin harvinainen.

Z ≥ 35 Erittäin epätodennäköinen.

EN 10164:2004 Murtokuroumaluokka

Murtokuroumavaatimukset (Z-arvo)

Kolmen kokeen keskiarvon vähimmäisvaatimus (%)

Yksittäisen koearvon vähimmäisvaatimus (%)

Z15 15 10

Z25 25 15

Z35 35 25



472

Liitosten perusrakenne kannattaa konstruoida siten, että ulkoinen kuormitus ei aiheuta kohti-suoraa vetoa levyn pintaan, esimerkki kuvassa 5.3. Myös liitosten detaljisuunnittelulla voidaanpienentää lamellirepeilyriskiä, esimerkkejä kuvassa 5.4.

Kuva 5.3 Jatkosliitoksen lamellirepeilyvaaran pienentäminen

Kuva 5.4 Hitsausliitosten lamellirepeilyvaaran pienentäminen nurkkaliitoksissa [15]

toehtoja.

a) b)

d) e)FEd FEd

a) Altis lamellirepeilylle b) Ei lamellirepeilyvaaraa

Huono Parempi

FEd

FEd



473

Hitsauksesta aiheutuvia kutistumisjännityksiä voidaan pienentää rakenneosan liitosten hit-sausjärjestyksellä sekä yksittäisten liitosten muotoilulla ja hitsauksen suoritustavalla. Yksittäi-sen liitoksen osalta kutistumisjännityksiä voidaan vähentää mm. seuraavasti [19,20]:

• pienentämällä tarvittavaa hitsiainemäärää • hitsaamalla mahdollisimman vähän palkoja • käyttämällä railopinnan välikerroshitsausta • käyttämällä symmetristä hitsausjärjestystä kaksipuoleisissa railoissa

Hitsauksen kutistumisjännityksistä aiheutuva lamellirepeily voidaan havaita hitsauksen jälkei-sellä NDT-tarkastuksella, ks. luku 8.

5.4 Lamellirepeilyn estäminen Eurocoden mukaisesti

Ohjeet lamellirepeilyn estämiselle on esitetty Eurocoden osassa EN 1993-1-10. Siinä ilmoite-taan, että sen lamellirepeilyä koskevia ohjeita sovelletaan kuitenkin vain lujuusluokille S235-S460. Syynä tälle on ilmeisesti se, että osaa EN 1993-1-10 laadittaessa Z-laatuluokituksen si-sältävä viitestandardi EN 10164:1993 oli voimassa vain lujuusluokkaan S500 asti. Koska stan-dardin EN 10164 uusi revisio EN 10164:2004 on voimassa lujuusluokkaan S960 asti, ja koskaEurocoden osan EN 1993-1-12 myötä myös lujuusluokat S500-S700 on saatettu Eurocodenpiiriin, on tarkoituksenmukaista soveltaa osan EN 1993-1-10 lamellirepeilyohjeita myös lujuus-luokkien S500-S700 teräksille.

Käytettävä teräsmateriaali luokitellaan taulukossa 5.4 esitetyn mukaisesti. Taulukon 5.4 mukai-nen vaadittava luokka voidaan valita kansallisessa liitteessä. Eurocode suosittelee luokkaa 1[8,9,10].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-10 [11]: Käytetään luokkaa 1.

Lamellirepeilyvaara estetään taulukon 5.4 mukaisesta luokasta riippuen joko:

• vaatimalla materiaalilta riittävä standardin EN 10164 mukainen Z-arvo (Z15, Z25 tai Z35) tai

• käyttämällä rakenteen valmistuksen jälkeistä tarkastusta sen toteamiseksi onko lamellirepeilyä esiintynyt.

Eurocoden ajatuksena tässä siis on, että (a) käytetään joko Z-terästä tai (b) käytetään raken-teen valmistuksen (hitsauksen) jälkeista tarkastusta sen tarkistamiseksi onko lamellirepeilyäesiintynyt. Z-arvo voidaan kuitenkin määrittää EN 10164 mukaisesti vain teräksille, joiden aine-paksuus on t ≥ 15 mm. Ohuemmilla materiaaleilla voidaan ainoastaan tarkistaa hitsauksen jäl-keen onko lamellirepeilyä tapahtunut (ks. EN 1090-2: kohta 5.3.4 ja taulukko 24). Hitsientarkastusta käsitellään luvussa 8.



474

Taulukko 5.4 Laatuluokan valinta [8,9,10]

Lamellirepeily voidaan jättää huomioon ottamatta, jos seuraava ehto toteutuu [8,9,10]:

missä ZEd on Z-vaatimuksen mitoitusarvo, joka riippuu hitsauksen aikaisesta

metallin estetystä kutistumisesta johtuvien venymien suuruudesta

ZRd on standardin EN 10164 mukaan materiaalille käytettävissä oleva

Z-arvon mitoitusarvo (Z15, Z25, tai Z35)

ZEd :n mitoitusarvo voidaan määrittää kaavasta [8,9,10]:

missä Za , Zb , Zc , Zd ja Ze määritetään taulukosta 5.6.

Ehtoa (5.8) on Eurocoden osassa EN 1993-1-1 lievennetty talonrakentamisen osalta siten, ettärakennuksille suositellaan taulukon 5.5 mukaista Z-arvon valintaa. Lopullinen valinta voidaanmäärittää kansallisessa liitteessä [4,5,6].


Rakennuksille käytetään Eurocodessa suositeltuja taulukon 5.5 mukaisia arvoja.

Taulukko 5.5 Standardin EN 10164 mukaisen laatuluokan valinta rakennuksille [4,5,6]

EN 1993-1-10: Luokka

Ohjeiden soveltaminen

1 Kaikki eurooppalaisten standardien mukaiset terästuotteet ja paksuudet kaikissa sovellutuksissa.

2 Tietyt terästuotteet ja paksuudet, jotka esitetään eurooppalaisissa standardeissa ja / tai tietyt luetellut sovellutukset.

Lausekkeen (5.9) mukainen Z Ed:n mitoitusarvo

Z Rd:n vaadittu mitoitusarvo ilmaistuna standardin EN 10164 mukaisen Z-arvon avulla

ZEd ≤ 10 –

10 < ZEd ≤ 20 Z 15

20 < ZEd ≤ 30 Z 25

ZEd > 30 Z 35

ZEd ZRd (5.8)≤

ZEd Za Zb Zc Zd Ze (5.9)+ + + +=



475

Taulukko 5.6 ZEd:n määrittämiseen tarvittavat tekijät [8,9,10]

(jatkuu)

a) Hitsin korkeus, jota käytetään metallin kutistumisesta aiheutuvan venymän arviointiin.

Hitsin tehollinen korkeus aeff (ks. kuva 5.5)

Pienahitsin a-mitta Z i

aeff ≤ 7 mm a = 5 mm Za = 0 7 < aeff ≤ 10 mm a = 7 mm Za = 3 10 < aeff ≤ 20 mm a = 14 mm Za = 6 20 < aeff ≤ 30 mm a = 21 mm Za = 9 30 < aeff ≤ 40 mm a = 28 mm Za = 12 40 < aeff ≤ 50 mm a = 35 mm Za = 15 50 < aeff a > 35 mm Za = 15

b) Hitsin muoto ja sijainti T-, risti- ja nurkkaliitoksissa.

Zb = -25

Nurkkaliitokset Zb = -10

Yksipalkopienahitsit Za = 0 tai pienahitsit joille Za > 1 välikerros-hitsausta ja alhaisen lujuuden omaavaa lisäainetta käytettäessä

Zb = -5

Monipalkopienahitsit

Zb = 0

Osittain läpihitsatut ja läpihitsatut hitsit

Tarkoituksenmukaisella hitsausjärjestyksellä pienennetään kutistumisen vaikutuksia

Zb = 3

Osittain läpihitsatut ja läpihitsatut hitsit Zb = 5

Nurkkaliitokset Zb = 8

0,7s

s

0,5s

s

s

s

s

21

1

2

s

ss



476

Taulukko 5.6 ZEd:n määrittämiseen tarvittavat tekijät [8,9,10] (jatkuu)

Kuva 5.5 Hitsin tehollinen korkeus aeff kutistumiselle [8,9,10]

c) Ainepaksuuden s vaikutus kutistumista vastaavaan kiinnitysastee-seen.

s ≤ 10 mm Zc = 2 * 10 < s ≤ 20 mm Zc = 4 * 20 < s ≤ 30 mm Zc = 6 * 30 < s ≤ 40 mm Zc = 8 * 40 < s ≤ 50 mm Zc = 10 * 50 < s ≤ 60 mm Zc = 12 * 60 < s ≤ 70 mm Zc = 15 * 70 < s Zc = 15 *

d) Hitsiä ympäröivien osien kiinnitysaste, joka vaikuttaa hitsin kutistumismahdolli-suuteen.

Pieni kiinnitysaste: Vapaa kutistuminen mahdollinen (esim. T-liitokset)

Zd = 0

Keskimääräinen kiinnitysaste:

Vapaa kutistuminen rajoitettua (esim. koteloprofiilien poikittaisjäykisteet)

Zd = 3

Korkea kiinnitysaste: Vapaa kutistuminen ei mahdollista (esim. ortotrooppisten kansilevyjen jäykisteet

Zd = 5

e) Esikuumennuksen vaikutus.

Ei esikuumennusta Ze = 0Esikuumennus ≥ 100 ºC Ze = - 8

* Voidaan pienentää 50 %:lla kohdissa, joihin kohdistuu pääasiassa staattisista kuormista aiheutuva levyn paksuussuuntainen puristusjännitys.

s s

aeff aeff



477

5.5 Lähdeluettelo

[1] SFS-EN 1991-1-5:2004. (EN 1991-1-5:2003) Eurocode 1. Rakenteiden kuormat. Osa 1-5: Yleiset kuormat. Lämpötilakuormat. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 69 s.







[8] SFS-EN 1993-1-10:2005. (EN 1993-1-10:2005) Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-10: Materiaalin sitkeys ja paksuussuuntaiset ominaisuudet. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 18 s.







478


[14] JRC Scientific and Technical Reports: Commentary and worked examples to EN 1993-1-10 “Material toughness and through thickness properties”. Background documents in support to the implementation, harmonization and further development of the Eurocodes. First Edition September 2008. EUR 23510 EN - 2008.


Huom: Eurocoden osien EN 1993-1-5, EN 1993-1-8, EN 1993-1-9ja EN 1993-1-10 osalta teos perustuu kirjoitushetken työversioihinprEN 1993-1-5:2002, prEN 1993-1-8:2002, prEN 1993-1-9:2002 japrEN 1993-1-10:2002, mistä johtuen osa julkaisun mitoitusohjeistasaattaa poiketa kyseisten Eurocoden osien lopullisista julkaistuistaohjeista.

[16] Hitsaajan opas. 2003. Rautaruukki Steel. 112 s.

[17] Kuumavalssatut teräslevyt ja -kelat. Rakenneteräkset. Z-levyt. Ohjelehti HR 2.1.80 (revisio 03.2007). Rautaruukki Oyj. [www.ruukki.com] (19.5.2010)

[18] SFS-EN 10164:2005. (EN 10164:2004) Terästuotteet parannetuin paksuussuuntaisin murtokuroumaominaisuuksin. Tekniset toimitusehdot. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 25 s.

[19] SFS-EN 1011-2:2001. (EN 1011-2:2001) Hitsaus. Metallisten materiaalien hitsaussuositukset. Osa 2: Ferriittisten terästen kaarihitsaus. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 114 s.

[20] SFS-EN 1011-2: A1:2004. (EN 1011-2: A1:2003) Muutososa A1:2003 standardiin EN 1011-2. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 5 s.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 6

479

6. HITSATUN PROFIILIN PALOMITOITUS

6.1 Palotilan lämmönkehitys

Todellisen tulipalon lämpötilan muuttuminen voidaan esittää kuvan 6.1 mukaisesti, kun tulipalosaa kehittyä vapaasti. Palon vaiheiden pituudet eivät ole oikeassa suhteessa toisiinsa nähden,vaan ne voivat vaihdella huomattavasti. Palotilan palavat materiaalit syttyvät palamaan lieskah-dusvaiheessa, kun palotilan lämpötila on n. 350 - 550 ºC. Täyden palon aikana palotilan lämpö-tila voi olla yli 1000 ºC [1].

Kuva 6.1

Todellisen palon vaiheet ja palotilan lämpötilan muuttuminen [2,3]

Palotilan lämmönkehitystä palomitoituksessa voidaan kuvata joko nimellisillä lämpötila-aika-käyrillä (esim. standardipalo) jotka on määritelty tietylle ajanjaksolle, tai parametrisilla lämpöti-la-aikakäyrillä, jotka ottavat huomioon mm. palokuorman suuruuden, palo-osaston koon jatuuletusaukkojen määrän [6,7].

6.1.1 Standardipalo

Kuvassa 6.2 on esitetty yleisesti käytetty standardi lämpötila-aikakäyrä. Siinä lämpötila muuttuuISO 834 -standardin mukaisesti seuraavasti [6,7]:

missä

θ

g

on kaasun lämpötila palotilassa [ ºC]

t

on aika [min]

PALON ALKUPALO TÄYDEN PALON VAIHEVAIHEET syttyminen lämpiäminen lämpiäminen jäähtyminen

VAURIOT JA pintavauriot rakenteiden vauriot

HAITAT savu, ärsytysvaikutus, myrkyllisyys, korroosio

LÄM

PÖ

TIL

A

AIKAlieskahdus

θg 20 345 8 t 1+( ) (6.1)log+=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 6

480

Kuva 6.2

ISO 834 -standardin mukainen lämpötila-aikakäyrä

6.1.2 Parametrinen palomalli

Suomen kansallisen liitteen mukaan parametrista palomallia voidaan käyttää Eurocoden osas-sa EN 1991-1-2 esitetyllä tavalla [8]. Se soveltuu korkeintaan 500 m

2

kokoisiin palo-osastoihin,joiden katossa ei ole aukkoja ja joiden korkeus ei ole yli 4 m [6,7]. Parametriseen lämpötila-ai-kakäyrään vaikuttavat ajan lisäksi palokuorma, palonaikaiset aukot ja ympäröivien rakenteidentermiset ominaisuudet (esim. seinien lämmönjohtavuus) [2,3]. Myös jäähtymisvaiheen lämpö-tilan aleneminen otetaan huomioon, jos vaadittu palonkestoaika on laskennallista palamisaikaapitempi. Standardipalokäyrän ja parametrisen palokäyrän välinen ero on esitetty kuvassa 6.3.

Kuva 6.3

Standardipalon ja parametrisen palon lämpötila-aikakäyrä

1200

1000

800

600

400

200

00 30 60 90 120 150 180 210 240

Aika (min)

Läm

pötil

a (°

C)

Aika [min]

Läm

pötil

a [º

C]

Standardipalokäyrä

Parametrinen palokäyrä

JäähtymisvaiheLämpenemisvaihe

θmax

θg

t


HITSATUT PROFIILIT

Luku 6

481

6.2 Teräksen lujuus ja kimmokerroin palotilanteessa

Teräksen lujuus ja kimmokerroin pienenevät, kun lämpötila nousee. Lisäksi teräksen koko poik-kileikkaus kuumenee palon aikana. Tavallisesti teräsrakenteet on suojattava tulipaloa vastaantai on osoitettava laskennallisesti, että rakenteet kestävät vaaditun ajan suojaamatta.

Teräksen jännitys-venymäyhteys korkeissa lämpötiloissa on esitetty kuvassa 6.4. Teräksen lu-juus- ja muodonmuutosominaisuuksien muuttumista lämpötilan kasvaessa kuvataan seuraavil-la pienennystekijöillä [9,10,11]:

• tehollinen myötölujuus suhteessa myötölujuuteen 20 ºC lämpötilassa:

k

y.

θ

=

f

y.

θ

/

f

y

• suhteellisuusraja suhteessa myötölujuuteen 20 ºC lämpötilassa:

- poikkileikkausluokat 1-3:

k

p.

θ

=

f

p.

θ

/

f

y

- poikkileikkausluokka 4:

k

p0,2.

θ

=

f

p0,2.

θ

/

f

y

• kimmokerroin suhteessa kimmokertoimeen 20 ºC lämpötilassa:

k

E.

θ

=

E

a.

θ

/

E

a

Pienennystekijän

k

E.

θ

avulla saadaan palonaikainen kimmokerroin. Pienennystekijän

k

p.

θ

avulla saadaan määriteltyä suhteellisuusraja. Suhteellisuusrajaa suuremmilla jännityksen ar-voilla teräkseen jää tietyn suuruinen pysyvä venymä. Suhteellisuusrajaan perustuvalle lujuu-den pienennystekijälle käytetään poikkileikkausluokassa 4 erisuuruista arvoa kuin poikkileik-kausluokissa 1-3, ks. taulukko 6.1. Tehollinen myötölujuus saadaan pienennystekijän

k

y.

θ

avulla. Tehollinen myötölujuus vastaa muodonmuutosta

ε

y.

θ

= 0,02. Palomitoituksessa sauvankestävyydet lasketaan poikkileikkausluokissa 1-3 pienennystekijällä

k

y.

θ

ja poikkileikkausluo-kassa 4 pienennystekijällä

k

p0,2.

θ

sen pienemmästä muodonmuutoskyvystä johtuen (ks. tar-kemmin kohta 6.6.3).

Kuva 6.4

Hiiliteräksen jännitys-venymäyhteys korkeissa lämpötiloissa [9,10,11]

εp.θ Venymä ε

Jännitys σ

εy.θ εt.θ εu.θ

fy.θ

fp.θ

Ea.θ = tan αα

fy.θ on tehollinen myötörajafp.θ on suhteellisuusrajaEa.θ on lineaarisen kimmoisen osan

kulmakerroinεp.θ on suhteellisuusrajaa vastaava

venymäεy.θ on myötövenymäεt.θ on myötörajaa vastaava

rajavenymäεu.θ on murtovenymä

fy.θ on tehollinen myötölujuusfp.θ on suhteellisuusrajaEa.θ on kimmokerroin korkeassa lämpötilassaεp.θ on suhteellisuusrajaa vastaava venymä

εy.θ on myötövenymä

ε t.θ on myötölujuutta vastaavan

venymän yläraja

εu.θ on murtovenymä


HITSATUT PROFIILIT

Luku 6

482

Lämpötilan vaikutus pienennystekijöihin on esitetty taulukossa 6.1 ja kuvassa 6.5. Lämpötilojenväliarvot voidaan interpoloida lineaarisesti. Kuvasta 6.5 nähdään, että teräksen tehollinen myö-tölujuus pienenee, kun lämpötila ylittää 400 ºC. Sen sijaan teräksen kimmokerroin pienenee josiinä vaiheessa, kun lämpötila ylittää 100 ºC.

Taulukko 6.1

Lämpötilan vaikutus hiiliteräksen lujuuteen ja kimmokertoimeen [9,10,11]

Teräksen lämpötila Pienennystekijät lämpötilassa

θ

a

suhteessa 20 ºC lämpötilaa vastaaviin arvoihin

Tehollisen myötölujuu-den pienennystekijä (suhteessa arvoon f

y

)

Suhteellisuusrajan pienennystekijä (suhteessa arvoon f

y

) Kimmokertoimen pienennystekijä (suhteessa arvoon E

a

)

PL-luokat 1-3 PL-luokka 4

θ

a

k

y.

θ

= f

y.

θ

/ f

y

k

p.

θ

= f

p.

θ

/ f

y

k

p0,2.

θ

= f

p0,2.

θ

/ f

y

k

E.

θ

= E

y.

θ

/ E

a

20 ºC 1,000 1,000 1,00 1,000

100 ºC 1,000 1,000 1,00 1,000

200 ºC 1,000 0,807 0,89 0,900

300 ºC 1,000 0,613 0,78 0,800

400 ºC 1,000 0,420 0,65 0,700

500 ºC 0,780 0,360 0,53 0,600

600 ºC 0,470 0,180 0,30 0,310

700 ºC 0,230 0,075 0,13 0,130

800 ºC 0,110 0,050 0,07 0,090

900 ºC 0,060 0,0375 0,05 0,0675

1000 ºC 0,040 0,0250 0,03 0,0450

1100 ºC 0,020 0,0125 0,02 0,0225

1200 ºC 0,000 0,0000 0,00 0,0000

Väliarvot lämpötilan suhteen saadaan lineaar ista interpolointia käyttäen.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 6

483

Kuva 6.5

Hiiliteräksen lujuuden ja kimmokertoimen pienennystekijät lämpötilan funktiona

6.3 Teräksen lämpötilan kehittyminen

Palon aikana lämpö voi siirtyä palotilasta teräsrakenteeseen säteilemällä, johtumalla tai kuljet-tumalla. Lämpötilannousuun vaikuttavat mm. palotilan lämpötilankehitys, teräsosan poikkileik-kaustekijä (ks. kohta 6.3.4) ja palosuojaus [2,3]. Myös poikkileikkauksen muoto vaikuttaaoleellisesti poikkileikkauksen lämmönkehitykseen. Ohutuumaisen palkin uuma voi lämmetäpalotilanteessa huomattavasti nopeammin kuin laipat. Tällöin poikkileikkauksen taivutuskestä-vyys palotilanteessa voi olla riittävä, vaikka leikkauskestävyys ylittyisi. Eurocoden osa EN1993-1-2 ei kuitenkaan anna ohjeita kyseisen poikkileikkauksen lämpötilan jakauman laskemi-seksi, sillä Eurocoden tarkastelutapa perustuu ns. yksinkertaisiin laskentamalleihin, jolloin mm.lämpötilan oletetaan olevan tasan jakautunut koko poikkileikkauksessa. Eurocoden mukaan onmyös sallittua käyttää kehittyneempiä laskentamalleja, niiden käytöstä kuitenkin päätetäänkansallisessa liitteessä [9,10,11].


Kehittyneitä laskentamalleja voidaan käyttää. Yksityiskohtaisia ohjeita ei esitetä.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Lämpötila [ºC]

Pienennystekijä

kθ

ky.θ

kE.θ

kp0,2.θ

kp.θ


HITSATUT PROFIILIT

Luku 6

484

6.3.1 Suojaamaton sisällä oleva teräsrakenne

Suojaamattoman teräsrakenteen lämpötilan muutos lasketaan seuraavasti [9,10,11]:

missä

k

sh

on varjostusvaikutuksen korjaustekijä

A

m

/

V

on suojaamattoman terässauvan poikkileikkaustekijä [1/m],

vähintään 10 m

-1

A

m

on sauvan palolle alttiin vaipan pinta-ala pituusyksikköä kohti [m

2

/m]

V

on sauvan tilavuus pituusyksikköä kohti [m

3

/m]

c

a

on teräksen ominaislämpökapasiteetti [J / (kgK)]

on sauvan palolle alttiin vaipan pinta-alaa kohti laskettu

nettolämpövuon mitoitusarvo [W/m

2

]

Δ

t

on aikaväli [sekuntia], enintään 5 sekuntia

ρ

a

on teräksen tiheys,

ρ

a

= 7850 kg/m

3

Varjostusvaikutuksen korjaustekijä lasketaan I-profiilille seuraavasti [9,10,11]:

missä [

A

m

/

V

]

b

on poikkileikkaustekijän arvo, kun poikkileikkausta käsitellään kotelona.

Kaikissa muissa tapauksissa

k

sh

lasketaan kaavasta [9,10,11]:

Poikkileikkauksilla, joiden muoto on kupera (esim suorakaiteen muotoinen tai pyöreä rakenne-putki) ja joihin palo pääsee kohdistumaan joka puolelta, varjostusvaikutuksella ei ole merkitystäja varjostustekijän arvoksi voidaan valita

k

sh

= 1,0 [9,10,11].

Varjostusvaikutuksen huomiotta jättäminen (ts.

k

sh

= 1,0) johtaa varmalla puolella olevaan tu-lokseen [9,10,11].

Nettolämpövuon mitoitusarvo lasketaan seuraavasti [6,7]:

missä on kuljettumalla tapahtuva nettolämpövuo [W/m

2

]

on säteilemällä tapahtuva nettolämpövuo [W/m

2]

Δθa.t ksh

Am V⁄ca ρa

-------------- hnet.d Δt (6.2)⋅ ⋅ ⋅=

hnet.d

ksh 0 9,Am V⁄[ ]b

Am V⁄[ ]---------------------- (6.3)⋅=

ksh

Am V⁄[ ]b

Am V⁄[ ]---------------------- (6.4)=

hnet.d hnet.c hnet.r (6.5)+=

hnet.c

hnet.r



485

Kuljettumalla tapahtuva nettolämpövuo [6,7]:

missä αc on kuljettumisen lämmönsiirtymiskerroin [W / (m2K)] ,

αc = 25 W / (m2K) standardipalossa

θg on palotilan kaasun lämpötila rakenneosan ympärillä [ºC]

θm on rakenneosan pintalämpötila [ºC]

Säteilemällä tapahtuva nettolämpövuo [6,7]:

missä Φ on näkyvyyskerroin, Φ = 1,0

εm on rakenneosan pinnan säteilykerroin,

hiiliteräkselle εm = 0,7 [9,10,11]

εf on palon säteilykerroin, εf = 1,0 [9,10,11]

σ on Stefan-Boltzmannin vakio, σ = 5,67 ·10-8 W/(m2K4)

θr on paloympäristön tehollinen säteilylämpötila [ ºC]

θm on rakenneosan pintalämpötila [ºC]

Teräksen ominaislämpökapasiteetin arvoksi voidaan ottaa ca = 600 J/(kgK), tai se voidaan las-kea tarkemmin seuraavasti [9,10,11]:

missä θa on teräksen lämpötila [ºC].

hnet.c αc θg θm–( ) (6.6)=

hnet.r Φ εm εf σ 273 θr+( )4 θm 273+( )4–[ ] (6.7)⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

ca 425 7 73, 101– θa⋅ ⋅ 1 69 10

3– θa2⋅ ⋅,– 2 22, 10

6– θa3 (6.8a)⋅ ⋅+ +=

kun 20°C θa 600°C <≤

ca 666 13002738 θa–------------------- kun 600 °C θa 735 °C (6.8b)<≤+=

ca 545 17820θa 731–------------------- kun 735 °C θa 900 °C (6.8c)<≤+=

ca 650 J/ kgK( ) kun 900°C θa 1200°C (6.8d)≤ ≤=



486

Kuva 6.6 Hiiliteräksen ominaislämpökapasiteetti (750 ºC kohdalla oleva piikki aiheutuu hiiliteräksessä tapahtuvista faasimuutoksista)

6.3.2 Palosuojattu sisällä oleva teräsrakenne

Käytettävien palosuojamateriaalien ominaisuudet ja toimivuus arvioidaan esistandardien ENV13381-1, ENV 13381-2 tai ENV 13381-4 koemenetelmien mukaisesti. Standardit sisältävätvaatimuksen, että palosuojamateriaalin tulee pysyä yhtenäisenä koossa ja kiinni suojattavassarakenneosassa koko kyseeseen tulevan paloaltistuksen ajan [9,10,11]:

Palosuojatun teräsrakenteen lämpötilan muutos lasketaan seuraavasti [9,10,11]:

missä Ap /V on palosuojamateriaalilla eristetyn terässauvan poikkileikkaustekijä

Ap on palosuojamateriaalilla suojatun pinnan pinta-ala sauvan pituusyksikköä

kohti [m2/m]

V on sauvan tilavuus pituusyksikköä kohti [m3/m]

ca on lämpötilasta riippuva teräksen ominaislämpökapasiteetti [J / (kgK)]

cp on palosuojamateriaalin lämpötilasta riippumaton ominaislämpö-

kapasiteetti [J / (kgK)]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Lämpötila [ºC]

Ominaislämpökapasiteetti [ J / (kgK) ]

ca

Δθa.t

λp dp⁄ca ρa

---------------Ap

V------

θg.t θa.t–

1 φ 3⁄+--------------------- Δt⋅ e

φ 10⁄1–( ) Δθg.t mutta Δθa.t 0 jos Δθg.t 0 (6.9)>≥⋅–⋅ ⋅=

φcp ρp

ca ρa----------- dp

Ap

V------ (6.10)⋅ ⋅=



487

dp on palosuojamateriaalin paksuus [m]

Δ t on aikaväli [sekuntia], enintään 30 sekuntia

θa.t on teräksen lämpötila [ºC] ajan hetkellä t θg.t on palotilan lämpötila [ºC] ajan hetkellä t Δθg.t on palotilan lämpötilan nousu [K] ajanjakson Δ t aikana

λp on palosuojausjärjestelmän lämmönjohtavuus [W / (mK)]

ρa on teräksen tiheys, ρa = 7850 kg/m3

ρp on palosuojamateriaalin tiheys [kg/m3]

Palosuojamateriaalin pinta-alaksi Ap valitaan yleensä sen sisäpinnan pinta-ala, mutta kotelo-maisissa suojauksissa joissa on vapaata tilaa terässauvan ympärillä, voidaan käyttää samaaarvoa kuin kotelomaisessa suojauksessa, jossa terässauvan ympärillä ei ole vapaata tilaa, ks.taulukko 6.3 [9,10,11].

Palosuoja-aineessa oleva kosteus hidastaa teräksen lämpiämistä, kunnes kosteus on haihtu-nut. Viiveaikana teräksen lämpötilan voidaan otaksua pysyvän 100 ºC:ssa, koska palosuoja-ai-neessa oleva kosteus poistuu palon vastakkaisen pinnan kautta [2,3]. Viiveaika määritetäänesistandardin ENV 13381-4 mukaisella menetelmällä [9,10,11].

Kuva 6.7 Periaatekuva palosuoja-aineen kosteuspitoisuuden vaikutuksesta teräksen lämpötilankehitykseen

6.3.3 Liitokset

Liitoksen lämpötila voidaan arvioida käyttämällä liitoksen muodostavan osan paikallista poikki-leikkaustekijän A/V -arvoa. Yksinkertaistuksena voidaan olettaa tasan jakautunut lämpötilakiinnityksessä. Lämpötila voidaan laskea käyttämällä liitettävien rakenneosien suurinta A/V -arvoa kiinnityksen läheisyydessä [9,10,11].

Palkki-pilari- ja palkki-palkkiliitoksissa, joissa mikä tahansa betonista tehty lattia tukeutuu palk-keihin, liitoksen lämpötilana voidaan käyttää arvoa, joka lasketaan palkin alalaipalle jänteenkeskellä [9,10,11].

Palotilan lämpötila

Teräsosan lämpötila (min.)

tv

Läm

pötil

a (°

C)

t (min.)

100



488

Liitoksen komponenttien lämpötila voidaan laskea seuraavasti [9,10,11]:

• kun palkin korkeus on D ≤ 400 mm:

• kun palkin korkeus on D > 400 mm:

missä θh on teräspalkin lämpötila korkeudella h [mm], ks. kuva 6.8

θ0 on teräspalkin alalaipan lämpötila kohdassa, joka on etäällä liitoksesta

h on palkin alalaipan yläpuolella olevan tarkasteltavan komponentin

korkeus [mm]

D on palkin korkeus [mm]

Kuva 6.8 Liittorakenteen lämpötilan jakaantuminen korkeuden funktiona liitoksessa [9,10,11]

θh 0 88 θ0, 1 0 3 h D⁄( ),–[ ] (6.11a)=

θh 0 88 θ0 kun h D 2⁄ (6.11b)≤,=

θh 0 88 θ0, 1 0 2 1 2h– D⁄( ),+[ ] kun h D 2⁄ (6.11c)>=

D h

θh 0,62

0,75

0,88

0,70

0,88

0,88

Lämpötilanjakaantuminen kun D ≤ 400 mm

Lämpötilanjakaantuminen kun D > 400 mm



489

6.3.4 Teräsosan poikkileikkaustekijä

Suojaamattoman teräksen poikkileikkaustekijällä tarkoitetaan teräsosan palolle alttiin pinnansuhdetta osan tilavuuteen. Palosuojatun teräsosan tapauksessa käytetään palosuojauksen pa-lolle vastakkaisen pinnan pinta-alaa. Jos poikkileikkaustekijä on vakio rakenteen eri poikkileik-kauksissa, voidaan käyttää vaipan pinta-alan sijaan piiriä ja tilavuuden sijaan poikkileikkauksenpinta-alaa.

Joissakin tapauksissa voi olla tarpeen laskea poikkileikkaustekijä hitsatun profiilin uumalle jalaipoille erikseen taulukoiden 6.2 ja 6.3 periaatteiden mukaisesti. Tämä voi olla tarpeen erityi-sesti sellaisilla profiileilla, joissa uuma on hyvin hoikka kun taas laipat ovat paksuja. Tätä me-netelmää ei esitetä normissa.

Taulukko 6.2 Suojaamattoman hitsatun profiilin poikkileikkaustekijä [9,10,11] j p p j [ ]

Poikkileikkaus, johon palo kohdistuu kaikilta sivuilta Poikkileikkaus, johon palo kohdistuu kolmelta sivulta

I-poikkileikkaus, jonka laippaan kohdistuu palo kolmeltasivulta

I-poikkileikkaus, joka on vahvistettu koteloksi ja johonkohdistuu palo kaikilta sivuilta

��yyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyy��

��

yyyyyyyyyyyyyy ��yyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyy�

��

yyyyyyy

��

yyyyyyy ��yyyyyyyy


��

yyyyyyyyyyyyyy ��yyyyyyyy


��

yyyyyyy

��

yyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyy


��

yyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyy

bt f

Am

V=

piiripoikkileikkauksen pinta-ala

Am

V=

palolle altis pintapoikkileikkauksen pinta-ala

Am

V=

b + 2tfbtf

Am

V=

2(b+h)poikkileikkauksen pinta-ala

b

h



490

Taulukko 6.3 Palosuojatun hitsatun profiilin poikkileikkaustekijä [9,10,11]

6.4 Hitsatun profiilin kriittinen lämpötila

Teräksen kriittisellä lämpötilalla tarkoitetaan sitä lämpötilaa, jossa teräksen myötölujuus onalentunut kuormitusten aiheuttaman jännityksen suuruiseksi [2,3].

Jos lämpötilajakauma poikkileikkauksessa on tasainen, ja jos sauvan stabiiliutta ei tar-vitse ottaa huomioon, sauvan palomitoitus voidaan suorittaa kestävyystarkastelujen sijastalämpötilatarkastelulla, jolloin sauvan mitoitusehto on [9,10,11]:

missä θa on teräksen lämpötila tarkasteltavana ajan hetkenä t θcr on teräksen kriittinen lämpötila

Vakiopaksuinen suojaus rakenteen pinnassa Kotelomainen suojaus, jonka paksuus on vakio

Vakiopaksuinen suojaus rakenteen pinnassa, paloaltis-tus kolmelta sivulta

Kotelomainen suojaus, jonka paksuus on vakio, palo-altistus kolmelta sivulta

��yyyyyyyy


��

yyyyyyy ��yyyyyyyy


��

yyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyy�

��

yyyyy

��yyyyyyyy


��

yyyyyyy ��

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ��

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyy�

��

yyyyy��yyyyyyyy


��

yyyyyyy

b

Ap

V=

teräksen piiriteräksen poikkileikkauksen pinta-ala

Ap

V=

2(b+h)teräksen poikkileikkauksen pinta-ala

Ap

V=

teräksen piiri - b

teräksen poikkileikkauksen pinta-ala

Ap

V=

2h + bteräksen poikkileikkauksen pinta-ala

bb

h hc 1 c2

h h

b b c2c 1

c1 ≤ h/4, c2 ≤ h/4

c1 ≤ h/4, c2 ≤ h/4

θa θcr (6.12)≤



491

Kriittinen lämpötila riippuu poikkileikkauksen hyväksikäyttöasteesta ja se voidaan laskea seu-raavasti [9,10,11]:

missä μ0 on hyväksikäyttöaste joka lasketaan seuraavasti [9,10,11]:

missä Efi.d on voiman tai momentin mitoitusarvo palomitoitustilanteessa

Rfi.d.0 on teräsrakenneosan vastaava kestävyyden mitoitusarvo

palotilanteessa ajan hetkellä t = 0

Poikkileikkausluokan 4 muiden kuin vedettyjen sauvojen kestävyys palotilanteessa on riittävä,jos tarkasteltavana ajan hetkenä teräksen lämpötila θa kaikissa poikkileikkauksen pisteissä onenintään θcrit , jonka arvo voidaan valita kansallisessa liitteessä. Eurocoden suositusarvo onθcrit = 350 ºC [9,10,11].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-2 [12]: Voidaan käyttää arvoa θcrit = 450 ºC.

Taulukko 6.4 Poikkileikkauksen hyväksikäyttöasteen vaikutus teräksen kriittiseen lämpö-tilaan [9,10,11]

μ0 θcr μ0 θcr μ0 θcr μ0 θcr

0,10 829 0,34 645 0,58 560 0,82 490

0,12 802 0,36 636 0,60 554 0,84 483

0,14 779 0,38 628 0,62 549 0,86 475

0,16 759 0,40 620 0,64 543 0,88 467

0,18 741 0,42 612 0,66 537 0,90 458

0,20 725 0,44 605 0,68 531 0,92 448

0,22 711 0,46 598 0,70 526 0,94 436

0,24 698 0,48 591 0,72 520 0,96 421

0,26 685 0,50 585 0,74 514 0,98 398

0,28 674 0,52 578 0,76 508 1,00 349

0,30 664 0,54 572 0,78 502

0,32 654 0,56 566 0,80 496

θa.cr 39 19 1

0 9674μ03 833,,

-------------------------------- 1– 482 kun μ0 0 013 (6.13),≥+ln,=

μ0

Efi.d

Rfi.d.0------------- (6.14)=



492

Kuva 6.9 Teräksen kriittinen lämpötila poikkileikkauksen hyväksikäyttöasteen funktiona

6.5 Palotilanteen kuormat

Palotilanne kuuluu onnettomuusmitoitustilanteisiin, jolloin kuormien osavarmuusluvuille käyte-tään yleisesti arvoa γF =1,0, ja kuormien yhdistely suoritetaan Eurocoden osan EN 1990 mu-kaisesti seuraavalla lausekkeella [4]:

missä “+” tarkoittaa lausekkeen termien yhdistämistä


j on pysyvän kuorman indeksi

i on muuttuvan kuorman indeksi

Gk.j on pysyvän kuorman ominaisarvo

Ad on onnettomuuskuorman mitoitusarvo (mikäli määritelty)

Qk.1 on määräävän muuttuvan kuorman ominaisarvo

Qk.i on muun muuttuvan kuorman ominaisarvo

ψ1.1 on määräävän muuttuvan kuorman yhdistelykerroin ψ1 (taulukko 2.4)

ψ2.1 on määräävän muuttuvan kuorman yhdistelykerroin ψ2 (taulukko 2.4)

ψ2.i on muun muuttuvan kuorman yhdistelykerroin ψ2 (taulukko 2.4)

Valinta yhdistelykertoimien ψ1.1 ja ψ2.1 välillä suoritetaan kansallisessa liitteessä.

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Hyväksikäyttöaste μ0

Krii

ttine

n lä

mpö

tila

(°C

)

Hyväksikäyttöaste μ0

Krii

ttine

n lä

mpö

tila

[ºC

]

Gk.j ″ ″ Ad ″ ″ ψ1.1 tai ψ2.1( )++ Qk.1 ″ ″ ψ2.i Qk.i (6.15)i 1>∑+

j 1≥∑



493

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1990 [5]:

Käytetään yhdistelykerrointa ψ1.1 , paitsi määräävän muuttuvan kuorman ollessa jokin muu kuin lumi-, jää- tai tuulikuorma, jolloin käytetään yhdistelykerrointa ψ2.1 .

Palotilanteessa rakennejärjestelmää voidaan tarkastella jollakin seuraavalla tavalla [9,10,11]:

• rakennejärjestelmän kokonaistarkastelu • rakenteen osan tarkastelu • rakenneosan tarkastelu

Todennettaessa standardipalon mukaisia vaatimuksia rakenneosan tarkastelu on riittävä[9,10,11].

Rakenneosa voidaan mitoittaa palotilanteessa palotilanteen erillistä kuormayhdistelyä vaativanlausekkeen (6.15) sijasta yksinkertaisella menetelmällä, jossa normaalilämpötilan voimasuu-reita pienennetään. Lämpölaajenemisten ja muodonmuutosten vaikutusta ei tarvitse tällöin ot-taa huomioon. Voimasuureen arvo palotilanteessa saadaan yksinkertaisella menetelmälläseuraavasta kaavasta [9,10,11]:

missä Ed on voiman tai momentin mitoitusarvo normaalilämpötilassa

ηfi on edellisen pienennystekijä palotilanteessa

Pienennystekijä ηfi lasketaan normaalilämpötilassa käytettävästä Eurocoden osan EN 1990kuormayhdistelmästä riippuen seuraavasti [9,10,11]:

• kun normaalilämpötilassa käytetään luvun 2 lausekkeen (2.3) mukaista kuormayhdistelmää, pienennystekijä ηfi lasketaan kaavasta:

• kun normaalilämpötilassa käytetään luvun 2 lausekkeiden (2.4a) ja (2.4b) mukaista kuormayhdistelmää, pienennystekijä ηfi on pienempi seuraavista:

missä Gk on pysyvän kuorman ominaisarvo


γG on pysyvien kuormien osavarmuusluku (taulukko 2.1)

Efi.d ηfi Ed (6.16)=

ηfi

Gk ψfi Qk.1+

γ G Gk γ Q.1 Qk.1+---------------------------------------- (6.17)=

ηfi

Gk ψfi Qk.1+

γ G Gk γ Q.1 ψ0.1 Qk.1+-------------------------------------------------- (6.18a)=

ηfi

Gk ψfi Qk.1+

ξγ G Gk γ Q.1Qk.1+------------------------------------------- (6.18b)=



494

γQ.1 on määräävän muuttuvan kuorman osavarmuusluku (taulukko 2.1)

ψfi on kuormien yhdistelykerroin ψ1.1 tai ψ2.1 (taulukko 2.4),

joka valitaan kansallisessa liitteessä

ξ on pienennystekijä epäedulliselle pysyvälle kuormalle (taulukko 2.1)

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1990 [5]:

- Käytetään lausekkeita (6.18a) ja (6.18b), ja lausekkeessa (6.18a) otetaan huomioon ainoastaan pysyvät kuormat. - Käytetään yhdistelykerrointa ψ1.1 , paitsi määräävän muuttuvan kuorman ollessa jokin muu kuin lumi-, jää- tai tuulikuorma, jolloin käytetään yhdistelykerrointa ψ2.1 .

Kuvassa 6.10 on esitetty pienennystekijä ηfi lausekkeen (6.17) mukaisesti Eurocodensuositusarvoilla γG = 1,35 ja γQ.1 = 1,5. Maakohtaiset arvot on tarkastettava kyseisen

maan kansallisesta liitteestä (= NA, National Annex).

Kuvassa 6.11 pienennystekijä ηfi on esitetty Suomessa käytettävien lausekkeiden (6.18a) ja(6.18b) perusteella Suomen kansallisen liitteen mukaisilla arvoilla.

Pienennystekijälle ηfi voidaan yksinkertaistuksena käyttää arvoa ηfi = 0,65 lukuun ottamattataulukon 2.4 kuormaluokan E mukaisia kuormia (alueet joille voi kerääntyä tavaraa, mukaan lu-kien tavaran vastaanottotilat), joille käytetään arvoa ηfi = 0,7 [9,10,11].

Kuva 6.10 Kuorman pienennystekijä palotilanteessa muuttuvan kuorman ja pysyvän kuorman suhteen funktiona, kun käytetään Eurocoden mukaista kuorman perusyhdistelmää ja osavarmuuslukujen arvoja [9,10,11]

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

ψ = 0,9

ψ = 0,7

ψ = 0,5

ψ = 0,2

ηfi

Qk.1 / Gk



495

Kuva 6.11 Kuorman pienennystekijä palotilanteessa muuttuvan kuorman ja pysyvän kuorman suhteen funktiona, kun käytetään Suomen kansallisen liitteen mukaista kuormayhdistelmää ja osavarmuuslukujen arvoja [12]

6.6 Hitsatun profiilin kestävyys palotilanteessa

Poikkileikkauksen palotilanteen mitoitusehto on [9,10,11]:

missä Efi.d on voiman tai momentin mitoitusarvo palomitoitustilanteessa

Rfi.d.t on teräsrakenneosan vastaava kestävyyden mitoitusarvo

palotilanteessa ajan hetkellä t

Palotilanteessä käytettävä kestävyyden osavarmuusluku valitaan kansallisessa liitteessä. Eu-rocoden suositusarvo on γM.fi =1,0 [9,10,11].

Suomen kansallinen liite standardiin EN 1993-1-2 [12]: Käytetään Eurocoden suositusarvoa γM.fi = 1,0 .

Eurocoden osa EN 1993-1-2 sisältää eri ohjeet kestävyyden laskemiseksi palotilanteessa, kunlämpötilajakauma poikkileikkauksessa on:

a) tasan jakautunut, tai b) epätasaisesti jakautunut

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

= 0,9

= 0,7

= 0,5

= 0,2

fi

Qk,1 / Gk

Efi.d Rfi.d.t (6.19)≤



496

Koska Eurocodessa ei kuitenkaan esitetä ohjeitä lämpötilajakauman määrittämiseksi (vaan vii-tataan vain ns. kehittyneiden laskentamallien käyttöön), seuraavassa esitetyt ohjeet koskevatrakenneosan tarkastelua ja kestävyyden laskentaa Eurocodessa esitetyllä yksinkertaisella las-kentamallilla, jolloin lämpötilan voidaan yleensä olettaa olevan tasan jakautunut poikkileikkauk-sessa, ellei erikseen muuta sanota [9,10,11].

6.6.1 Poikkileikkausluokitus palomitoituksessa

Poikkileikkausluokitus suoritetaan palotilanteessa samojen periaatteiden mukaisesti kuin nor-maalilämpötilassa, mutta käyttäen pienennettyä apusuureen ε arvoa.

Apusuure ε kuvaa poikkileikkauksen suhteellista muodonmuutoskykyä, jota käytetään eri yh-teyksissä. Normaalilämpötilassa sen määritelmä on taulukossa 2.7 esitetyn mukaisesti:

Lauseke (6.20) sisältää oletuksen, että teräksen kimmokerroin on vakio. Palotilanteessa kim-mokerroin ja lujuus kuitenkin muuttuvat taulukossa 6.1 esitetyn mukaisesti, jolloin lauseketta(6.20) joudutaan korjaamaan seuraavasti [13]:

Koska kimmokerroin ja lujuus muuttuvat eri tavalla lämpötilan noustessa, vaihtelee εfi palo-tilanteessa kuvassa 6.12 esitetyn mukaisesti. Tällöin poikkileikkausluokitusta saatettaisiin las-kelmissa joutua muuttamaan kesken palomitoitusta lämpötilan muuttuessa. Yksinkertaisuu-den vuoksi Eurocoden osassa EN 1993-1-2 on esitetty, että poikkileikkausluokka määri-tetään palotilanteessa käyttäen vakiokertoimella pienennettyä ε :n arvoa seuraavasti[9,10,11]:

missä fy on teräksen normaalilämpötilan mukainen myötölujuus.

Kyseiselle pienennetylle ε -arvolle ei ole Eurocodessa kuitenkaan käytetty palotilannetta vas-taavaa omaa merkintää εfi . Eurocoden kyseistä esitystapaa voidaan tulkita siten, että lausek-keen (6.22) mukaisella pienennetyllä ε -arvolla on tarkoitus korvata normaalilämpötilan kaa-voissa eri yhteyksissä esiintyvä ε -arvo silloin, kun kyseisiä laskelmia hyödynnetään palotilan-teen tarkasteluissa. Näin menetellen yksinkertaistetaan laskentatyötä ja vältetään kuvassa6.12 esitetystä pienennystekijän vaihtelusta aiheutuva muiden laskennallisten arvojen ‘vaeltelu’teräksen lämpötilan kohotessa.

ε 235fy

--------- (6.20)=

εfi

kE.θ

ky.θ--------- ε⋅

Efi

E------

fy

fy.fi-------⋅ ε (6.21)⋅= =

ε 0 85, 235 fy⁄ (6.22)=



497

Kuva 6.12 Apusuureen ε pienennystekijä hiiliteräksille lämpötilan funktiona [13]

6.6.2 Palotilanteen mukaisten poikkileikkausluokkien 1-3 kestävyys

6.6.2.1 Vetokestävyys

Palotilanteessa PL-luokkiin 1-3 kuuluvan sauvan vetokestävyys lasketaan seuraavasta kaa-vasta, kun poikkileikkauksen lämpötila θa on tasan jakautunut [9,10,11]:

missä ky.θ on teräksen myötölujuuden pienennystekijä kun teräksen

lämpötila on θa , joka saavutetaan ajan hetkellä t (taulukko 6.1)

NRd on poikkileikkauksen plastinen kestävyys Npl.Rd normaalilämpötilassa

γM0 on kestävyyden osavarmuusluku normaalilämpötilassa (taulukko 2.5)

γM.fi on kestävyyden osavarmuusluku palomitoituksessa (taulukko 2.5)

6.6.2.2 Puristuskestävyys

Palotilanteessa PL-luokkiin 1-3 kuuluvan sauvan puristuskestävyys lasketaan seuraavasti, kunpoikkileikkauksen lämpötila θa on tasan jakautunut [9,10,11]:

missä χfi on taivutusnurjahduksen pienennystekijä palomitoituksessa

A on poikkileikkauksen pinta-ala

ky.θ on teräksen myötölujuuden pienennystekijä kun teräksen

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Lämpötila [ºC]

kE.θ

ky.θ---------

Nfi.t.Rd ky.θ NRd

γ M0

γ M.fi---------- (6.23)=

Nb.fi.t.Rd χfi A ky.θ fy γ M.fi⁄ (6.24)=



498


fy on teräksen nimellinen myötölujuus normaalilämpötilassa


Pienennystekijän χfi arvoksi valitaan pienempi arvoista χy.fi ja χz.fi , jotka lasketaan seuraa-vasti [9,10,11]:

missä on sauvan muunnettu hoikkuus kun sauvan lämpötila on θa

on sauvan muunnettu hoikkuus normaalilämpötilassa



kE.θ on teräksen kimmokertoimen pienennystekijä kun teräksen




Pilarin palotilanteen nurjahduspituus lfi määritetään yleensä kuten normaalilämpötilassa. Si-vusuunnassa tuetun kehän pilarin nurjahduspituus lfi voidaan kuitenkin määrittää tarkastele-malla pilaria päistään kiinnitettynä (koskee sekä jäykkiä että osittain jäykkiä liitoksia) palo-osaston ylä- ja alapuolella edellyttäen, että niiden nurjahtavien rakenneosien palonkestävyys,jotka erottavat nämä palo-osastot, on vähintään pilarin palonkestävyyden suuruinen [9,10,11].

Sivusuunnassa jäykistetyn kehän tapauksessa, kun jokainen kerros koostuu erillisestä palo-osastosta, joilla on riittävä palonkestävyys, välikerroksessa jatkuvan pilarin nurjahduspituudek-si voidaan valita lfi = 0,5L ja ylimmässä kerroksessa lfi = 0,7L , missä L on kyseisen kerrok-sen systeemikorkeus, ks. kuva 6.13 [9,10,11].

χfi1

ϕθ ϕθ2 λθ

2–+

---------------------------------- (6.25)=

ϕ012--- 1 αλθ λθ

2+ +[ ] (6.26)=

α 0 65 235 fy⁄ (6.27),=

λθ λ ky.θ kE.θ⁄ (6.28)⋅=

λθ

λ



499

Kuva 6.13 Pilarin nurjahduspituudet sivusuunnassa tuetuissa kehissä [9,10,11]

6.6.2.3 Taivutuskestävyys

Palotilanteessa PL-luokkiin 1-3 kuuluvan sauvan taivutuskestävyys lasketaan seuraavasti[9,10,11]:

missä ky.θ on teräksen myötölujuuden pienennystekijä kun teräksen


MRd on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen normaalilämpötilan

taivutuskestävyys Mpl.Rd (tai pienennetty taivutuskestävyys, kun leikkauk-

sen vaikutukset otetaan tarvittaessa mukaan), kun kyseessä on palotilan-

teen mukainen poikkileikkausluokka 1 tai 2

MRd on poikkileikkauksen kimmoteorian mukainen normaalilämpötilan

taivutuskestävyys Mel.Rd (tai pienennetty taivutuskestävyys, kun leikkauk-

sen vaikutukset otetaan tarvittaessa mukaan), kun kyseessä on palotilan-

teen mukainen poikkileikkausluokka 3

κ1 on sovitustekijä, kun poikkileikkauksen lämpötila on epätasainen:

κ1 = 1,0 , kun kyseessä on neljältä sivulta palolle altistettu palkki

κ1 = 0,7 , kun kyseessä on kolmelta sivulta palolle altistettu palosuojattu

palkki ja neljännellä sivulla on liittolaatta tai betonilaatta

κ1 = 0,85 , kun kyseessä on kolmelta sivulta palolle altistettu palosuojaa-

maton palkki ja neljännellä sivulla on liittolaatta tai betonilaatta

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

Jäykistysseinä tai muujäykistyssysteemi

Osastoiva palo-osastojokaisessa kerroksessa

Palolle altistetunpilarin pituus

Siirtymätilatulipalossa

Palolle altistetunpilarin pituus

lfi.4 = 0,7· L4

lfi.2 = 0,5· L2

L 4L 3

L 2L 1

Seinä jäykisteenä tai Palo-osastointi muu jäykistysjärjestelmä kerroksittain

Palolle altistetun pilarin nurjahduspituus Siirtymätila

palotilanteessa

lfi.4 = 0,7 · L4

lfi.2 = 0,5 · L2

Palolle altistetun pilarin nurjahduspituus

Mfi.t.Rd ky.θMRd

κ1κ2------------

γ M0

γ M.fi---------- mutta Mfi.t.Rd MRd (6.29)≤⋅=



500

κ2 on sovitustekijä, kun lämpötilan jakauma palkin pituudella on epätasainen:

κ2 = 0,85 , kun kyseessä on staattisesti määräämättömän palkin tuet

κ2 = 1,0 , kaikissa muissa tapauksissat



Sivuttain tukemattoman sauvan kiepahduskestävyys lasketaan seuraavasti [9,10,11]:

missä χLT.fi on kiepahduksen pienennystekijä palomitoituksessa

Wy on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen normaalilämpötilan

taivutusvastus Wpl.y , kun kyseessä on palotilanteen mukainen

poikkileikkausluokka 1 tai 2

Wy on poikkileikkauksen kimmoteorian mukainen normaalilämpötilan

taivutusvastus Wel.y , kun kyseessä on palotilanteen mukainen

poikkileikkausluokka 3





Kiepahduskestävyyden pienennystekijä χLT.fi lasketaan seuraavasti [9,10,11]:

missä on sauvan muunnettu hoikkuus kiepahdukselle kun sauvan lämpötila on θa

on sauvan muunnettu hoikkuus kiepahdukselle normaalilämpötilassa

ky.θ on teräksen myötölujuuden pienennystekijä lämpötilassa θa ,

joka saavutetaan ajan hetkellä t (taulukko 6.1)

kE.θ on teräksen kimmokertoimen pienennystekijä kun teräksen




Mb.fi.t.Rd χLT.fiWy ky.θ fy γ M.fi⁄ (6.30)=

χLT.fi1

φLT.θ φLT.θ2 λLT.θ

2–+

----------------------------------------------------- (6.31)=

φLT.θ12--- 1 αλLT.θ λLT.θ

2+ +[ ] (6.32)=

α 0 65 235 fy⁄ (6.33),=

λLT.θ λLT ky.θ kE.θ⁄ (6.34)⋅=

λLT.θ

λLT



501

6.6.2.4 Leikkauskestävyys

Palotilanteessa PL-luokkiin 1-3 kuuluvan sauvan leikkauskestävyys lasketaan seuraavasti[9,10,11]:

missä ky.θ .web on teräksen myötölujuuden pienennystekijä kun uuman

lämpötila on θweb , joka saavutetaan ajan hetkellä t (taulukko 6.1)

VRd on profiilin leikkauskestävyys normaalilämpötilassa

(Huom. Suomessa noudatetaan kuitenkin tällöin η -tekijän osalta

palotilanteessa kyseeseen tulevaa arvoa, ks. taulukon 2.19 alaviite)


6.6.2.5 Taivutusmomentin ja normaalivoiman yhteisvaikutus, kun sauva voi nurjahtaa tai kiepahtaa

Eurocoden palo-osassa EN 1993-1-2 sauvalle esitetyt (M+N) yhteisvaikutuksen kaavat ovatmuodoltaan ENV-Eurocodessa esitetyn kaltaisia, ja poikkeavat EN-Eurocoden osassa EN1993-1-1 esitetyistä normaalilämpötilan vastaavista kaavoista. Syynä on se, että osassa EN1993-1-1 esitettyjen (M+N) yhteisvaikutuskaavojen soveltuvuutta palomitoitukseen ei ole ehdit-ty varmistaa siinä vaiheessa, kun Eurocoden palo-osaa EN 1993-1-2 on laadittu [13].

Palotilanteessa PL-luokkiin 1-3 kuuluvan sauvan kestävyys tarkastetaan seuraavasti [9,10,11]:

missä Nb.fi.t.Rd on poikkileikkauksen nurjahduskestävyys palotilanteessa

kohdan 6.6.2.2 mukaisesti

Nz.b.fi.t.Rd on poikkileikkauksen nurjahduskestävyys palotilanteessa

z-akselin suhteen

My.fi.t.Rd on poikkileikkauksen taivutuskestävyys palotilanteessa

y-akselin suhteen kohdan 6.6.2.3 mukaisesti

Mz.fi.t.Rd on poikkileikkauksen taivutuskestävyys palotilanteessa

z-akselin suhteen

Mb.fi.t.Rd on sauvan kiepahduskestävyys palotilanteessa

kohdan 6.6.2.3 mukaisesti

Nfi.Ed on poikkileikkaukseen vaikuttava puristava normaalivoima palotilanteessa

Vfi.t.Rd ky.θ .web VRd

γ M0

γ M.fi---------- (6.35)=

Nfi.Ed

Nb.fi.t.Rd------------------

ky My.fi.Ed

My.fi.t.Rd----------------------

kz Mz.fi.Ed

Mz.fi.t.Rd----------------------+ + 1 0 (6.36),≤

Nfi.Ed

Nz.b.fi.t.Rd---------------------

kLT My.fi.Ed

Mb.fi.t.Rd-------------------------

kz Mz.fi.Ed

Mz.fi.t.Rd----------------------+ + 1 0 (6.37),≤



502

My.fi.Ed on poikkileikkaukseen vaikuttava taivutusmomentti palotilanteessa

y-akselin suhteen

Mz.fi.Ed on poikkileikkaukseen vaikuttava taivutusmomentti palotilanteessa

z-akselin suhteen

Ehdoissa (6.36) ja (6.37) tarvittavat tekijät ky , kz ja kLT lasketaan seuraavasti [9,10,11]:

ja:

ja:

Lausekkeissa (6.38) - (6.43) tarvittavat ekvivalentin tasaisen momentin βM -tekijät saadaantaulukosta 6.5.

kLT 1μLT Nfi.Ed

Nz.b.fi.t.Rd---------------------- 1 (6.38)≤–=

μLT 0 15 λz.θ βM.LT 0 15 0 9 (6.39),≤,–,=

ky 1μy Nfi.Ed

Ny.b.fi.t.Rd--------------------- 3 (6.40)≤–=

μy 2βM.y 5–( )λy.θ 0 44 βM.y 0 29 1 1 lisäksi λy.20°C 1 1 (6.41),≤,≤,+,+=

kz 1μz Nfi.Ed

Nz.b.fi.t.Rd--------------------- 3 (6.42)≤–=

μz 1 2 βM.z, 3–( )λz.θ 0 71 βM.z 0 29 0 8 (6.43),≤,–,+=



503

Taulukko 6.5 Ekvivalentin tasaisen momentin tekijät [9,10,11]

Momenttikuvio Ekvivalentin tasan jaukautuneen momentin tekijä βM

Sauvanpäämomentit

Poikittaisen kuormituksen momentit tasossa

Poikittaisen kuormituksen momentit tasossa ja sauvanpäämomentit

M1 M1

-1 1

βM.ψ 1 8 0 7 ψ,–,=

MQ

MQoments due to in plane lateral load

βM.Q 1 3,=

βM.Q 1 4,=

M1 M

MQ

MQ

M

M

MQ

M

MQ

βM βM.ψMQ

ΔM--------- βM.Q βM.ψ–( )+=

MQ max M vain poikittaiskuormista=

ΔM max M kun momenttikuvion= merkki ei muutu

ΔM max M min M kun momenttikuvion+= merkki muuttuu



504

6.6.3 Palotilanteen mukaisen poikkileikkausluokan 4 kestävyys

Palotilanteessa PL-luokkaan 4 kuuluvat sauvat mitoitetaan kohdassa 6.6.2 esitettyjä PL-luok-kaa 3 koskevia ohjeita soveltaen, mutta seuraavin muutoksin [9,10,11]:

• poikkileikkauksen pinta-ala korvataan tehollisella pinta-alalla (vedetyn sauvan tapauksessa koko poikkileikkaus on tehollinen)

• poikkileikkauksen taivutusvastus korvataan tehollisella taivutusvastuksella

• palomitoituksessa teräksen lujuutena käytetään pienennettyä lujuutta kp0,2.θ · fy (taulukko 6.1), missä fy on teräksen lujuus normaalilämpötilassa 20 ºC.

Poikkileikkauksen tehollinen pinta-ala ja tehollinen taivutusvastus lasketaan luvussa 2 esitetynmukaisesti käyttäen normaalilämpötilan lujuutta ja kimmokerrointa, mutta palotilanteen pie-nennettyä ε -arvoa kaavan (6.22) mukaisesti.

6.7 Liitosten kestävyys palotilanteessa

Hitsaus- ja ruuviliitosten palonkestävyyden voidaan katsoa olevan riittävä edellyttäen, että seu-raavat ehdot ovat voimassa [9,10,11]:

1) Liitosten palosuojauksen terminen kestävyys (df / λf )c on vähintään yhtäsuuri kuin tarkasteltavaan liitokseen liittyvän rakenneosan palosuojauksen termisen kestävyyden (df / λf )m pienin arvo,

missä df on palosuojamateriaalin paksuus (df = 0 suojaamattomille rakenneosille)

λf on palosuojamateriaalin tehollinen lämmönjohtavuus.

2) Liitoksen hyväksikäyttöaste on pienempi tai yhtäsuuri kuin liitettävien rakenneosien hyväksikäyttöasteen suurin arvo. Yksinkertaistuksena vertailu voidaan suorittaa normaalilämpötilaa vastaten.

3) Normaalilämpötilassa liitokset mitoitetaan Eurocoden osan EN 1993-1-8 mukaisesti.

Mikäli edellä esitetyt ehdot eivät toteudu, liitosten kestävyys palotilanteessa tarkastetaan seu-raavien ohjeiden mukaisesti.

6.7.1 Ruuviliitosten kestävyys

Nettopoikkileikkauksen murtumista kiinnittimien reikien kohdalla ei tarvitse ottaa huomioonedellyttäen, että jokaisessa reijässä on kiinnitin, koska lisämateriaalin olemassaolon takia lii-tosten lämpötila on alhaisempi kiinnitysten kohdalla.

6.7.1.1 Leikkauskestävyys ja reunapuristuskestävyys

Kestävyydet eri ruuvikiinnitysluokissa (ks. luku 3) lasketaan seuraavasti:



505

Ruuvikiinnitysluokka A: Reunapuristustyyppinen kiinnitys:

Ruuvin leikkauskestävyys palotilanteessa on [9,10,11]:

missä kb.θ on lämpötilasta riippuva ruuvin lujuuden pienennystekijä

taulukon 6.6 mukaisesti

Fv.Rd on ruuvin leikkauskestävyys leikettä kohden normaalilämpötilassa



Ruuvin reunapuristuskestävyys palotilanteessa on [9,10,11]:



Fb.Rd on ruuvin reunapuristuskestävyys normaalilämpötilassa



Ruuvikiinnitysluokka B: Käyttörajatilassa liukumisen estävä kiinnitys ja Ruuvikiinnitysluokka C: Murtorajatilassa liukumisen estävä kiinnitys:

Liukumisen kestävien liitosten oletetaan liukuvan palotilanteessa ja yksittäisen ruuvin kestä-vyys lasketaan kuten kiinnitysluokassa A [9,10,11].

6.7.1.2 Vetokestävyys

Ruuvikiinnitysluokat D ja E: Esijännittämättömät ja esijännitetyt ruuvit:

Ruuvin vetokestävyys palotilanteessa on [9,10,11]:



Ft.Rd on ruuvin vetokestävyys normaalilämpötilassa



Fv.t.Rd kb.θ Fv.Rd

γ M2

γ M.fi---------- (6.44)=

Fb.t.Rd kb.θ Fb.Rd

γ M2

γ M.fi---------- (6.45)=

Ften.t.Rd kb.θ Ft.Rd

γ M2

γ M.fi---------- (6.46)=



506

Taulukko 6.6 Ruuvien lujuuden lämpötilasta riippuva pienennystekijä [9,10,11]

6.7.2 Hitsausliitosten kestävyys

6.7.2.1 Päittäishitsit

Täysin läpihitsatun päittäishitsin lujuuden mitoitusarvoksi, kun lämpötila on enintään 700 ºC,valitaan heikomman liitettävän osan lujuus, johon sovelletaan perusaineen pienennystekijää.Kun lämpötila > 700 ºC, päittäishitseille voidaan käyttää pienahitseille seuraavassa esitettyäpienennystekijää [9,10,11].

6.7.2.2 Pienahitsit

Pienahitsin kestävyys yksikköpituutta kohti palotilanteessa on [9,10,11]:

missä kw.θ on lämpötilasta riippuva hitsin lujuuden pienennystekijä


Fw.Rd on pienahitsin kestävyys yksikköpituutta kohti normaalilämpötilassa

kohdan 3.5.2.2.2 mukaisesti



Pienahitsin pienennystekijä on esitetty taulukossa 6.7. Taulukosta nähdään, että lämpötilan ko-hotessa pienahitsin lujuus alkaa pienentyä jo 300 ºC jälkeen, ja se pienenee nopeammin kuinperusaineen lujuus (taulukko 6.1). Jos pienahitsi on mitoitettu normaalilämpötilassa tasalujaksiperusaineen suhteen (esim. I-profiilin uuman ja laipan välinen hitsi), ja hitsin halutaan olevantasaluja myös palotilanteessa, on hitsin a-mittaa suurennettava kuvan 6.14 mukaisesti pienen-nystekijöiden suhteella ky.θ / kw.θ . Kun teräsosan ja hitsin lämpötila on (esim. riittävän palo-

Lämpötila θa Ruuvien pienennystekijä kb.θ 20 ºC 1,000

100 ºC 0,968

150 ºC 0,952

200 ºC 0,935

300 ºC 0,903

400 ºC 0,775

500 ºC 0,550

600 ºC 0,220

700 ºC 0,100

800 ºC 0,067

900 ºC 0,033

1000 ºC 0,000

Fw.t.Rd kw.θ Fw.Rd

γ M2

γ M.fi---------- (6.47)=



507

suojauksen ansiosta) enintään 600 ºC, a-mitan suurennuskertoimeksi riittää ky.θ / kw.θ = 1,25.Korkeammissa lämpötiloissa suurennuskerroin alkaa nopeasti kasvaa. Jos hitsin lämpötila onenintään 300 ºC, a-mitan suurentamista ei tarvita.

Taulukko 6.7 Hitsien lujuuden lämpötilasta riippuva pienennystekijä [9,10,11]

Kuva 6.14 Perusaineen ja pienahitsin lujuuden muuttuminen lämpötilan funktiona

Lämpötila θa Hitsien pienennystekijä kw.θ 20 ºC 1,000

100 ºC 1,000

150 ºC 1,000

200 ºC 1,000

300 ºC 1,000

400 ºC 0,876

500 ºC 0,627

600 ºC 0,378

700 ºC 0,130

800 ºC 0,074

900 ºC 0,018

1000 ºC 0,000

0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,02,22,42,62,83,03,23,4

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Lämpötila [ºC]

kw.θky.θ

ky.θ / kw.θ



508

Esimerkki 6.1

Tarkastetaan profiilin WI600-8-20×250 kestävyys palotilanteessa, kun vaadittu palon-kestoaika on 60 minuuttia (R60). Palkin kuormituksena on pysyvä kuorma gk = 35,0 kN/mja muuttuva kuorma qk = 30,0 kN/m. Jänneväli on 8,0 m. Kiepahdus on estetty. Poikkileik-kaus on suojattu mineraalivillalevyillä ja siihen kohdistuu palo kolmelta sivulta oheisen ku-van mukaisesti. Teräslaji on S355J2.

Wel.y = 3195 ·103 mm3

fy = 355 N/mm2

Seuraavassa kuvassa esitetään suojaamattoman ja palosuojatunprofiilin sekä palotilan lämpötilan kehittyminen ensimmäisen tun-nin aikana standardipalossa. Suojaamattoman profiilin lämpötilankehitys lasketaan kaavasta (6.2) ja palosuojatun profiilin kaavasta(6.9). Laskennassa käytetään seuraavia arvoja:

suojaamattoman poikkileik-kauksen poikkileikkaustekijä (taulukko 6.2)

suojaamattoman poikkileik-kauksen poikkileikkaustekijä kun poikkileikkausta käsitel-lään kotelona

varjostusvaikutuksen kor-jaustekijä suojaamattomalleI-profiilille

palosuojatun poikkileikkauk-sen poikkileikkaustekijä (taulukko 6.3)


��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy��

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

Am

V------

3 250⋅ 4 20⋅ 2 560⋅ 2 8⋅–+ +2 250 20⋅ ⋅ 560 8⋅+

--------------------------------------------------------------------------- 103

133 56 1/m,=⋅=

Am

V------

b

2 600⋅ 250+2 250 20⋅ ⋅ 560 8⋅+------------------------------------------------- 10

3100 14 1/m,=⋅=

ksh 0 9,Am V⁄[ ]b

Am V⁄[ ]---------------------⋅ 0 9, 100 14,

133 56,------------------⋅ 0 6748,= = =

Ap

V------

2 600⋅ 250+2 250 20⋅ ⋅ 560 8⋅+------------------------------------------------- 10

3100 14 1/m,=⋅=



509

Tunnin palon jälkeen palosuojaamattoman profiilin lämpötila on 935 ºC ja palosuojatun510 ºC. Palosuojatun poikkileikkauksen lujuuden ja kimmokertoimen pienennystekijät inter-poloidaan lineaarisesti taulukosta 6.1 tai kuvasta 6.5 lämpötilojen 500 ºC ja 600 ºC välistä.Pienennystekijöiksi saadaan ky.θ = 0,749 ja kE.θ = 0,571.

ca

αcρaΦεmεf σ Δtcpdpλp

ρp

= 600 J/(kgK)

= 25 W/(m2K) = 7850 kg/m3

= 1,0 = 0,7 = 1,0 = 5,67 ·10-8 W/(m2K4) = 5 s = 1000 J/(kgK) = 0,020 m = 0,25 W/(mK)

= 140 kg/m3

teräksen ominaislämpökapasiteetti, yksinkertaisuuden vuoksiarvo pidetään vakiona koko laskennan ajan kuljettumisen lämmönsiirtymiskerroin teräksen tiheys näkyvyyskerroin teräksen pinnan säteilykerroin palon säteilykerroin Stefan-Boltzmannin vakio laskenta-aikaväli sekä palosuojattuna että suojaamattomana palosuojamateriaalin ominaislämpökapasiteetti palosuojamateriaalin paksuus palosuojamateriaalin lämmönjohtavuus, yksinkertaisuuden vuoksi arvo pidetään vakiona koko laskennan ajan palosuojamateriaalin tiheys

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Aika [min]

Läm

pötil

a [º

C]

Palosuojatun poikkileikkauksen lämpötila

Poikkileikkauksen lämpötila ilman palosuojausta

Palotilan lämpötila



510

Seuraavaksi tarkastetaan poikkileikkauksen poikkileikkausluokitus:

Laippa (taulukko 2.8), jätetään hitsien vaikutus ottamatta huomioon:

Uuma (taulukko 2.7), jätetään hitsien vaikutus ottamatta huomioon:

Poikkileikkaus kuuluu vähintään poikkileikkausluokkaan 3.

Tarkastetaan palotilanteen leikkauskestävyys:

Leikkausvoima murtorajatilassa Suomen kansallisen liitteen mukaisin kuormayhdistelmin,kun ξ = 0,85 , γG = 1,35 ja γQ = 1,5 , mutta palotarkastelua varten ilman KFI-kerrointa:

tarkastetaan kaksi yhdistelmää:

⇒ määrääväksi muodostuu muuttuvien kuormien perusteella VEd = 340,7 kN.

Mitoituskuorman pienennystekijäksi saadaan palotilanteessa Suomen kansallisen liitteenmukaisesti vastaavasti, kun muuttuvan kuorman yhdistelykerroin on palotilanteessa tässäesimerkissä ψfi = ψ2.1 = 0,3 (ei lumi-, jää- eikä tuulikuorma):

⇒ ηfi = 0,52 (pienempi arvo valitaan)

Leikkausvoima palotilanteessa:

ε 0 85, 235 fy⁄ 0 85, 235 355⁄ 0 6916 palotilanteen pienennetty ε,= = =

ctf---

bf tw–( ) 2⁄tf

---------------------------250 8–( ) 2⁄

20----------------------------- 6 05 9ε≤, 9 0 6916,⋅ 6 22 PL1⇒,= = = = =

hw

tw------

5608

--------- 70 0 124ε≤, 124 0 6916,⋅ 85 8 PL3⇒,= = = =

VEd 1 35, 35 0,⋅ 0+( ) 8 0,2

--------- 189 0 kN otetaan huomioon vain

pysyvät kuormat

,=⋅=

VEd 0 85, 1⋅ 35, 35 0,⋅ 1 5, 30 0,⋅+( ) 8 0,2

--------- 340 7 kN,=⋅=

ηfiGk ψfi Qk.1+

γ G Gk γ Q.1 ψ0.1 Qk.1+--------------------------------------------------

35 0+1 35, 35 0+⋅------------------------------- 0 74 otetaan huomioon vain

pysyvät kuormat

,= = =

ηfiGk ψfi Qk.1+

ξγ G Gk γ Q.1Qk.1+-------------------------------------------

35 0 3, 30⋅+0 85, 1 35, 35 1 5, 30⋅+⋅ ⋅----------------------------------------------------------------- 0 52,= = =

Vfi.Ed ηfi VEd 0 52 340 7 177 2 kN,=,⋅,==



511

Uuman hoikkuus:

⇒ leikkauslommahduskestävyys pitää tarkastaa

Yksinkertaistetaan tarkastelua laskemalla pelkästään uuman osuus leikkauslommahdus-kestävyydestä (jäljempänä havaitaan että tämäkin riittää, eli laippojen osuutta leikkaus-lommahduskestävyyteen ei tarvitse hyödyntää):

Palotilanteen leikkauskestävyys:

Tarkastetaan palotilanteen taivutuskestävyys:

Taivutusmomentti murtorajatilassa (käytetään edellä määrääväksi osoittautunutta kuor-mayhdistelmää):

Taivutusmomentti palotilanteessa:

Kimmoteorian mukainen taivutuskestävyys normaalilämpötilasssa:

Koska normaalilämpötilassa taivutusmomentin maksimin kohdalla leikkausvoima on nolla,ei ole tarpeen tarkastaa täytyykö taivutuskestävyyttä pienentää leikkausvoiman takia.

hw

tw------

5608

--------- 70 0 72εη

--------->, 72 0 6916,⋅1 0,

---------------------------- 49 80 (palotilanteen ε ja η ),= = = =

λwhw tw⁄86 4ε,---------------

70 0,86 4, 0 6916,⋅---------------------------------- 1 171 1 08 (palotilanteen ε),≥,= = =

χw0 83,λw

------------0 83,1 171,--------------- 0 7088,= = =

Vbw.Rdχw fyw hw tw

3γ M1

--------------------------0 7088, 355 560 8⋅ ⋅ ⋅

3 1 0,⋅---------------------------------------------------- 650 8 kN uuman osuus leikkaus-

lommahduskestävyydestä

,= = =

Vfi.t.Rd ky.θ .web VRd

γ M0

γ M.fi---------- 0 749, 650 8, 1 0,

1 0,---------⋅ ⋅ 487 4 kN Vfi.Ed≥, 177 2 kN OK,= = = =

MEd 0 85, 1⋅ 35, 35 0,⋅ 1 5, 30 0,⋅+( ) 8 0, 2

8----------- 681 3 kNm,=⋅=

Mfi.Ed ηfi MEd 0 52 681 3 354 3 kN,=,⋅,==

Mel.RdWel fy

γ M0------------

3195 103

355⋅ ⋅1 0,

-------------------------------------- 1134 kNm= = =



512

Palotilanteen taivutuskestävyys:

Sovitustekijöiden arvoiksi otetaan tässä κ1 = 0,7 ja κ2 = 1,0.

Kriittinen lämpötila:

Lasketaan vielä poikkileikkauksen kriittinen lämpötila. Laskentaa varten tutkitaan poik-kileikkauksen käyttöasteet palotilanteessa hetkellä t = 0 sekä taivutusmomentin ettäleikkausvoiman suhteen.

Poikkileikkauksen kriittiseksi lämpötilaksi saadaan taivutuskestävyyden määräämänä:

Hitsit:

Normaalilämpötilassa uuman ja laipan välisen hitsin kestävyyttä ei tarvitse erikseen tarkas-taa, jos hitsi mitoitetaan tasalujaksi uuman kanssa. Kaksipuoleisen pienahitsin a-mitaksitarvitaan tällöin teräslajilla S355J2 (taulukko 3.30):

Mfi.t.Rd ky.θMRd

κ1κ2------------

γ M0

γ M.fi----------⋅ 0 749 1134

0 7, 1 0,⋅----------------------

1 0,1 0,---------⋅ ⋅, 1213 kNm= = =

Mfi.t.Rd 1213 kNm mutta Mfi.t.Rd MRd≤ 1134 kNm Mfi.t.Rd⇒ 1134 kNm= = =

Mfi.t.Rd 1134 kNm Mfi.Ed 354 3 kN OK,=≥=

Mfi.0.Rd MRdγ M1

γ M.fi---------- 1134 1 0,

1 0,---------⋅ 1134 kNm===

μ0.MMfi.Ed

Mfi.0.Rd-----------------

354 3,1134--------------- 0 31,===

Vfi.0.Rd VRdγ M1

γ M.fi---------- 650 8 1 0,

1 0,--------- 650 8 kN,=⋅,==

μ0.VVfi.Ed

Vfi.0.Rd----------------

177 2,650 8,--------------- 0 27,===

θa.cr 39 19 1

0 9674μ03 833,,

------------------------------- 1– 482+ln,=

39 19 1

0 9674 0 31, 3 833,⋅,------------------------------------------ 1– 482+ln, 660 °C= =

a 0 49, tw⋅≥ 0 49, 8⋅ 3 92 mm,= =



513

Palomitoituksessa kyseisen hitsin kestävyyttä ei tarvitse erikseen tarkastaa, jos a-mitta va-litaan siten, että hitsi on tasaluja myös palotilanteessa. Palosuojatun profiilin (ja hitsin)lämpötilaksi saatiin tunnin palon jälkeen 510 ºC. Taulukosta 6.7 interpoloimalla saadaanpienahitsin pienennystekijäksi tällöin kw.θ = 0,602 , joten palotilannetta varten a-mitaksitarvitaan:

⇒ valitaan a-mitaksi 5 mm.

6.8 Palosuojausmenetelmät

Teräsrakenne palosuojataan eristämällä se ja/tai parantamalla rakenteen kykyä vastaanottaalämpöä siten, että se ei kuumene liikaa. Lisäksi kantavat profiilit voidaan sijoittaa mahdollisuuk-sien mukaan siten, että niihin kohdistuva palonaikainen palorasitus on mahdollisimman pieni.Eristykseen voidaan käyttää esimerkiksi palosuojalevyjä ja -maaleja. Rakenteen lämmön vas-taanottokykyä voidaan parantaa täyttämällä koteloprofiili vedellä tai betonilla.

Suojauksen valintaan vaikuttavat asennus- ja käyttöolosuhteet sekä suojauksen kustannukset.Hankinta- ja asennuskustannuksien lisäksi on otettava huomioon myös suojauksen huoltokus-tannukset. Usein suojaustavan valintaan vaikuttavat arkkitehtoniset seikat.

Alaslaskettua kattoa voidaan käyttää välipohjarakenteen palosuojana. Palonkestävät levyt onasennettava niin tiiviisti, että palokaasut ja lämpö eivät pääse välipohjarakenteen puolelle.Alaslasketun katon ripustus määrää usein rakenteen palonkestoajan, joten sen toteutukseenon kiinnitettävä erityistä huomiota. Yleensä alaslasketun katon rakennetyypin palonkestoaikaja suojausvaikutus on varmennettava polttokokeella [1,2,3].

Suojattavat rakenteet, kuten esimerkiksi pilarit, voidaan joissakin tapauksissa sijoittaa riittävänetäälle palotilasta, jolloin selvitään kevyemmällä palosuojauksella. Ne voidaan myös sijoittaaseinärakenteen sisään, jolloin erillistä palosuojausta ei välttämättä tarvita.

Palosuojausmenetelmät voidaan jakaa niiden toteutustavan perusteella kuiviin ja märkiin me-netelmiin. Kuiviin menetelmiin kuuluvat tuotteet kiinnitetään yleensä mekaanisilla kiinnikkeilläsuojattavan rakenteen ympärille. Kuivia menetelmiä ovat mm. [2,3]:

• mineraalivillalevyt • vermikuliittilevyt • kalsiumsilikaattilevyt • kipsilevyt ja -elementit • puukipsilevyt sekä • sementti-selluloosalevyt.

Märkiä palosuojamenetelmiä ovat mm. [2,3]:

• mineraalikuituruiskutus • vermikuliittiruiskutus • palosuojamaali • betoni ja • vesi.

afi

ky.θ

kw.θ--------- a⋅≥ 0 749,

0 602,--------------- a⋅ 1 24 a⋅, 1 24 3 92,⋅, 4 86 mm,= = = =



514

Mineraalivillalevyt

Mineraalivillalevyt ovat tehokkaita lämmöneristeitä. Levyt soveltuvat palosuojaukseen, jos nii-den sintraantumislämpötila on riittävän korkea, n. 800-1100 ºC. Palosuojaukseen käytettävienmineraalivillalevyjen tiheys on 100-400 kg/m3 ja niiden paksuus vaihtelee välillä 10-120 mm.

Levyt kiinnitetään mekaanisesti tai liimaamalla. Mekaanisia kiinnikkeitä ovat teräspiikit, jotkahitsataan suojattavaan profiiliin. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää ammuttavia nauloja. Levytpainetaan piikkien tai naulojen läpi teräsprofiilin pintaan ja ne kiinnitetään lukituslevyillä. Asen-nuksen yhteydessä on kiinnitettävä huomiota saumojen tiiviyteen. Jos levyt kiinnitetään liimaa-malla, teräspinnan on oltava kuiva ja se on puhdistettava liasta ja öljystä.

Vermikuliittilevyt

Vermikuliittilevyjen perusaineena on paisutettu kiille ja sideaineena silikaattipitoinen materiaalikuten sementti. Levyjen palosuojakestävyys perustuu niiden sisältämään suureen vesimää-rään sekä hyvään lämmöneristävyyteen myös korkeissa lämpötiloissa. Tulipalon alkuvaiheessalämpöenergiaa kuluu levyjen sisältämän veden höyrystämiseen kuten kipsilevyissä.

Vermikuliittilevyjen tiheys on 350-500 kg/m3 ja paksuus on 16-80 mm. Levyt kiinnitetään suo-jattavan profiilin ympärille lämpöä kestävän laastin ja naulojen tai ruuvien avulla. Levyt voidaankiinnittää myös liimaamalla. Tällöin alustan on oltava kuiva ja se on puhdistettava. Lämpötilanon oltava yli 0 ºC.

Kalsiumsilikaattilevyt

Kalsiumsilikaattilevyt ovat kuituvahvistettuja ja niiden paksuus on 6-65 mm. Levyjen tiheys on430-950 kg/m3 ja niitä voidaan työstää tavallisilla puuntyöstövälineillä. Levyt kiinnitetään nor-maalisti koteloksi suojattavan teräsrakenteen ympärille joko itseporautuvin ruuvein tai hakasin.Kiinnityslistana voidaan tarvittaessa käyttää teräsohutlevyä.

Kipsilevyt ja -elementit

Kipsilevyn palosuojaominaisuudet perustuvat sen sisältämään suureen kidevesimäärään.Kideveden höyrystymisen aikana teräksen lämpötila pysyy 100 ºC:ssa. Kideveden haihdut-tua vahvistamaton kipsilevy rikkoutuu. Levyjä voidaan vahvistaa lisäämällä lasikuituja sideai-neeksi.

Kipsilevyjen tiheys on 770-980 kg/m3. Suojauksessa käytetään normaalisti 13 tai 15 mm levy-jä, jotka voivat olla useampana kerroksena. Levyt kiinnitetään suojattavan profiilin ympärille ko-teloksi ohutlevyprofiilien avulla.

Kipsielementtejä valmistetaan kipsin, perliitin ja lasikuidun seoksesta. Elementtejä voidaan val-mistaa esim. puoliympyrän muotoisina, jolloin niitä voidaan käyttää pyöreiden pilareiden palo-suojaukseen. Elementit liimataan toisiinsa työmaalla.



515

Puukipsilevyt

Puukipsilevyt valmistetaan puukuidun ja kipsin seoksesta. Levyn tiheys on n. 1200 kg/m3 ja senpaksuus on 15 tai 22 mm. Levyt kiinnitetään ruuveilla tai nauloilla.

Sementti-selluloosalevyt

Sementti-selluloosalevyn valmistuksessa käytetään sementin ja selluloosan lisäksi erilaisiamineraalisia aineosia. Levyn tiheys on n. 1100 kg/m3. Levyjä käytetään kevyissä osastoivissaseinissä. Ne kiinnitetään suoraan teräsrunkoon ruuveilla tai vaihtoehtoisesti kiinnityslistojenavulla.

Mineraalikuituruiskutus

Mineraalivillakuidut ja sementti ruiskutetaan veden kanssa teräksen pinnalle. Kiinnitysalustanavoidaan käyttää myös sinkittyä teräsverkkoa, joka toimii samalla tukiraudoituksena. Valmiin ker-roksen paksuus on yleensä 10-60 mm.

Mineraalikuituruiskutuksen tiheys on 220-500 kg/m3. Pinnoitteena voidaan käyttää esim. ruis-kumaalausta tai rappausta. Koska palosuojauksen pinta on huokoinen, se on suojattava me-kaanista kulutusta vastaan. Suojaukseen voidaan käyttää kovaa rappausta, lasikuitukangastatai sopivaa levyrakennetta.

Vermikuliittiruiskutus

Vermikuliittiruiskutuksen runkoaineena käytetään vermikuliittia ja sideaineena sementtiä, kalk-kia tai kipsiä sekä vettä. Massa ruiskutetaan suoraan teräspinnalle tai tukiverkolle. Valmiin ker-roksen paksuus on yleensä 10-60 mm. Jotkut massat voidaan levittää myös rappaamallakäsin. Ruiskutuksen tiheys on 300-800 kg/m3. Pinta voidaan suojata mekaaniselta kulutukseltasamoilla menetelmillä kuin mineraalikuituruiskutus.

Palosuojamaalit

Palosuojamaalit soveltuvat yleensä käytettäviksi kuivissa sisätiloissa (rasitusluokka C1) [14].

Palosuojamaalit paisuvat ja muuttuvat vaahdoksi, kun lämpötila ylittää n. 250-300 ºC. Reak-tiossa syntyvä usean senttimetrin paksuinen vaahtokerros hiiltyy palon aikana ja suojaa teräs-rakennetta. Normaalissa käyttölämpötilassa palosuojamaali on kuten tavallinen maali. Kaikkimaalityypit eivät kestä pitkäaikaista paloa, vaan hiiltynyt maalikerros voi alkaa kuoriutumaan te-räsrakenteen pinnalta jo alle puolen tunnin kuluttua vaahdonmuodostuksesta. Palosuojamaaliavoidaan käyttää, kun palonkestovaatimus on R15-R120 [2,3,14].

Palosuojamaali levitetään teräksen pinnalle siveltimellä, telalla tai ruiskulla. Kuivakalvonpak-suus on yleensä 0,2-3 mm. Maalaus voidaan tehdä joko konepajassa tai asennustyömaalla.Suojattavat profiilit on helpompi maalata konepajassa, mutta ne on suojattava hyvin kuljetuksenajaksi, koska palosuojamaali vaurioituu helposti [3].



516

Palosuojamaaleja käytetään maalausjärjestelmänä, johon kuuluu teräsrakenteen esikäsittely,pohjamaalaus, palosuojamaalaus ja pintamaalaus. Maalausjärjestelmän kokonaispaksuus ontavallisesti 0,2-5,0 mm. Pintamaalin tulee olla palosuojamaalin kanssa käytettäväksi soveltuva,ja sille on käytettävä palosuojamaalin valmistajan suosittelemaa kalvonpaksuutta. Pintamaa-laus voidaan uusia enintään neljä kertaa. Pintamaalikerroksen yhteenlaskettu paksuus saa ollakorkeintaan 300 μm [14].

Palosuojamaalauksen etuna on pieni suojapaksuus. Lisäksi rakenteen ulkonäkö on samanlai-nen kuin tavanomaisessa korroosionestomaalauksessa. Palosuojamaalaus on kuitenkin huo-mattavasti kalliimpi kuin tavanomainen korroosionestomaalaus.

Betoni

Koteloprofiilit voidaan palosuojata täyttämällä ne betonilla. Rakenne toimii normaalilämpötilas-sa teräksen ja teräsbetonin muodostamana liittorakenteena, jolloin sekä teräs että teräsbetoniyhdessä kantavat kuormituksen. Sama tilanne saadaan aikaan myös silloin, kun I-profiilin laip-pojen väli valetaan betonilla, joka kiinnitetään uumaan leikkausliittimillä. Betonissa käytetäänraudoitusta. Palotilanteessa teräs menettää nopeasti kantokykynsä ja teräsbetoni kantaa pää-osan kuormituksesta. Liittorakenteen kantokykyyn vaikuttaa ratkaisevasti betonin raudoitus.

Betonia voidaan käyttää I-profiilien pelkkänä palosuojana siten, että teräsprofiili ja betoni eivätmuodosta liittorakennetta. Profiili ympäröidään betonilla, jonka paksuus on 25-60 mm. Beto-niraudoituksena käytetään teräsverkkoa.

Vesi

Koteloprofiilit voidaan palosuojata myös vesitäytöllä. Suojauksen teho perustuu siihen, ettäsuuri osa energiasta kuluu profiilin sisällä olevan veden lämmittämiseen. Kuumentunut vesihöyrystyy pilarin kuumentuneesta osasta ylöspäin. Höyrystyneen veden tilalle on järjestettäväkorvausvesi yläpuolisesta vesisäiliöstä.

Sprinklaus on automaattinen palosuojausmenetelmä. Se alkaa toimia, kun lämpötila kohoaapalotilanteessa. Menetelmää käytetään esimerkiksi liike- ja toimistorakennusten sekä teolli-suusrakennusten palosuojaukseen.



517

6.9 Lähdeluettelo

[1] Inha T., Kallioniemi P. 1991. Teräsrakenteiden palosuunnittelu. Teräsrakenneyhdistys ry. 224 s.

[2] Inha T., Iso-Mustajärvi P. 1997. Teräsrakenteiden palosuojaus. Julkaisu 72. Tampereen teknillinen korkeakoulu. Rakennustekniikan osasto. 71 s.

[3] Inha T., Iso-Mustajärvi P. 1999. Kantavien teräsrakenteiden palosuojaus. Rakennustieto Oy. 114 s.


[5] Suomen kansallinen liite standardiin SFS-EN 1990. 15.10.2007. Ympäristöministeriö. 7 s.

[6] SFS-EN 1991-1-2:2003. (EN 1991-1-2:2002) Eurocode 1. Rakenteiden kuormat. Osa 1-2: Yleiset kuormat. Palolle altistettujen rakenteiden kuormat. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 103 s.



[9] SFS-EN 1993-1-2:2005. (EN 1993-1-2:2005) Eurocode 3. Teräsrakenteiden suunnittelu. Osa 1-2: Rakenteen palomitoitus. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 76 s.




[13] Kouhi J. 20xx. “Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu: Osa 1-2: Rakenteen palomitoitus. Sovellutusohjeita, taustatietoja, kommentteja, tulkintoja, selvennyksiä, kansallinen liite ja sen taustoja, oppi- ja opetusaineistoa, esimerkkejä.” Teräsrakenneyhdistys ry. Työversio 2009.

[14] Teräsrakenteiden palosuojamaalaus. 2007. Teräsrakenneyhdistys ry. 18 s.



518

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————


HITSATUT PROFIILIT

Luku 7

519

7. HITSATUN RAKENTEEN RAKENNESUUNNITTELU

7.1 Yleistä

Hitsatun rakenteen rakennesuunnittelun läpivieminen riippuu kyseessä olevan projektin luon-teesta, kuten esimerkiksi urakkamuodosta sekä suunnittelutoimeksiannon laajuudesta. Varsi-nainen rakenteiden lujuustekninen mitoitus on vain yksi osa rakennesuunnittelua. Suunnittelu-toimeksianto voi sisältää myös hankinta-asiakirjojen laatimista.

7.2 Luonnossuunnittelu ja urakkavaiheen suunnittelu

7.2.1 Runkovaihtoehdot ja rakennemallit

Rakennesuunnittelija on harvoin mukana luonnossuunnitteluvaiheessa yhdessä arkkitehdinkanssa. Runkosysteemiratkaisut on päätetty yleensä melko pitkälle siinä vaiheessa, kun raken-nesuunnittelija pääsee mukaan urakkavaiheen suunnitteluun. Tässä vaiheessa rakennesuun-nittelijan on tuotava esiin hitsatun rakenteen edut ja esitettävä mahdolliset muutosehdotukset,jotta hitsattu runko olisi mahdollisimman kilpailukykyinen muihin runkovaihtoehtoihin verrattu-na.

Urakkavaiheen aikana voidaan tutkia kohteen eri runkovaihtoehtoja ja sisällyttää eri vaihtoeh-dot tarjouskyselyyn. Tarjouskyselyn perusteella valitaan sopivin vaihtoehto lopullista toteutus-suunnittelua varten.

Hitsattu runko sopii erityisen hyvin esimerkiksi teollisuushalleihin, joissa on nosturirata. Nostu-riradan suuntaiset kuormat siirretään jäykistysristikon avulla perustuksille. Nosturirataa vas-taan kohtisuorassa suunnassa radan sivuvoimat siirretään perustuksille pilareiden ja kattokan-nattajan muodostaman kehän välityksellä. Voimia voidaan jakaa viereisille pilareille myös kat-toristikon avulla. Kehä voi olla jäykkäkantainen, jolloin kattokannattajan ja pilarin välinen liitosvoi olla nivel tai momenttijäykkä. Jos pilarin ja perustuksen välinen liitos otaksutaan nivelelli-seksi, kehän nurkkaliitosten on oltava jäykkiä. Jäykkäkantainen, nivelnurkkainen kehä onyleensä sopiva staattinen malli. Jos pilarin poikkileikkaus muuttuu nosturiradan kohdalla, pila-rin nurjahduspituus on määritettävä ylä- ja alaosalle erikseen.

Teollisuushallin katto voidaan jäykistää ristikkojäykistyksellä ja tuulivoimat siirretään perustuk-sille rakennuksen sivuseinillä ja mahdollisesti myös päädyissä sijaitsevien ristikoiden avulla.Vaihtoehtoisesti katto voidaan jäykistää levyjäykistyksellä. Siinä tapauksessa asennusaikainenvakavuus on suunniteltava huolellisesti. Rakennusten jäykistämistapoja esitellään myöhemmintässä luvussa.

7.2.2 Urakkamuodot ja -asiakirjat

Yleisiä Suomessa käytettäviä urakkamuotoja teräsrunkojen toteutuksessa ovat kokonaishinta-urakka sekä yksikköhintaurakka. Kokonaishintaurakassa urakalle määrätään kiinteä hintaurakka-asiakirjojen perusteella. Yksikköhintaurakan lopullinen urakkasumma määräytyy toteu-tuneiden määrien perusteella. Tarjouspyynnön pohjana olevan yksikköhintaluettelon on oltavaniin tarkka, että jokaiselle litteralle saadaan määritettyä yksikköhinta erikseen esitettävien mak-su- ja mittausperusteiden mukaisesti. Yksikköhintaluetteloa tarvitaan myös kiinteähintaisessaurakassa, jolloin muutostöille saadaan määriteltyä yksikköhinnat.

HP_LUKU_.FM Page 519 Wednesday, September 8, 2010 10:24 AM

HITSATUT PROFIILIT

Luku 7

520

Rakenteista esitetään urakkavaiheen tarjouskyselyä varten periaatepiirustukset ja tyypillisistärakenneosista (esim. pilari ja nosturiratapalkki) esitetään myös konepajapiirustukset malliksi.Yleisimmät liitostyypit esitetään erikseen. Erityisesti on esitettävä kaikki normaalivalmistukses-ta poikkeavat seikat riittävän laajasti, koska ne vaikuttavat rakenteen valmistus- tai asennus-kustannuksiin. Näitä ovat esimerkiksi nosturiratapalkin kaulahitsit ja rakenteiden normaaliatiukemmat valmistustoleranssit ja hitsausluokat. Lisäksi on esitettävä kokoonpanojen pintakä-sittely. Urakkavaiheessa laaditaan myös toteutuseritelmä, jossa annetaan ohjeet valmistusta,asennusta, tarkastusta jne. varten. Ohjeita toteutuseritelmän sisällöstä on esitetty standardinEN 1090-2 liitteessä A [1].

Teräsrakennesuunnittelussa tuotetaan asiakirjoja, joista valmistuksen ja asennuksen kannaltaoleellisimpia ovat piirustukset, jotka voidaan jaotella yleispiirustuksiin, asennuspiirustuksiin jatuotantopiirustuksiin. Kohteesta laaditaan lisäksi suunnittelun eri vaiheissa konepajavalmistus-ta ja asennusta sekä projektinhallintaa palvelevia luetteloita, kuten määräluetteloita, kiinnike-luetteloita sekä piirustusluetteloita. Piirustusten ja luetteloiden malleja esitetään mm. lähteissä[2] ja [3].

7.3 Rakenteiden mitoitus

7.3.1 Rakenteen kuormat

Rakenteiden kuormat käsitellään Eurocoden osissa EN 1990 ja EN 1991. Aiheen laajuuden ta-kia tässä käsikirjassa ei varsinaisesti käsitellä kuormien laskentaa, vaan asiaa tarkastellaanvain hyvin pintapuolisesti.

Rakenteiden kuormitukset jaetaan lähteessä [4] pysyviin kuormiin (G), muuttuviin kuormiin (Q)ja onnettomuuskuormiin (A). Pysyviä kuormia ovat rakenteiden oma paino sekä rakennukseenkiinteästi liittyvien laitteiden paino. Muuttuvia kuormia ovat hyötykuormat, lumikuormat sekätuulikuormat. Onnettomuuskuormia ovat mm. palokuorma ja maanjäristyskuorma.

Tässä käsikirjassa ei käsitellä palotilanteen lisäksi muita onnettomuustilanteita (palotilanne, ks.luku 6). Vientiprojekteissa saattaa tulla eteen tilanteita, jolloin joudutaan käsittelemään maan-järistyskuormia. Maanjäristysmitoitus käsitellään Eurocoden osassa EN 1998, ja lähdeaineis-toa kyseiseen Eurocoden osaan löytyy verkosta osoitteista [www.eurocodes.fi] ja [http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu].

7.3.1.1 Oma paino ja hyötykuormat

Talonrakenteiden oma paino ja hyötykuormat käsitellään pääosin Eurocoden osassa EN 1991-1-1 [5,6].

Rakenteiden oman painon aiheuttama kuormitus lasketaan yleensä nimellisten tiheyksien ja ni-mellisten mittojen (piirustuksissa esitettävien mittojen) avulla. Esimerkiksi teräksen tiheytenäkäytetään 7850 kg/m

3

ja normaaliraudoitetun teräsbetonin tiheytenä 2500 kg/m

3

.

Ihmisten, koneiden ja liikuteltavien tavaroiden aiheuttama kuormitus katsotaan hyötykuormak-si. Myös teollisuuslaitteiden oma paino katsotaan yleensä hyötykuormaksi. Lähteessä [5,6] ra-kennusten tilat on jaettu viiteen eri luokkaan (luokat A...E), jotka voivat vielä jakautua alaluok-kiin. Näille luokille on määritelty lattioiden hyötykuormat, joita käytetään rakenneosien mitoituk-


HITSATUT PROFIILIT

Luku 7

521

sessa. Joissakin tapauksissa kuormituksia voi pienentää lähteessä [5,6] ja sen kansallisessaliitteessä [7] esitetyllä tavalla. Palkkien kuormituksen pienennyskertoimeen vaikuttaa kuormi-tuspinta-ala ja pilareiden kuormituksen pienennyskerroin riippuu kerrosten lukumäärästä. Teol-lisuusrakennusten hyötykuorma määräytyy rakennuksessa käytettävien koneiden ja laitteidensekä rakennuksessa liikuteltavien tavaroiden painosta.

7.3.1.2 Lumikuorma

Rakennusten kattojen lumikuormat käsitellään Eurocoden osassa EN 1991-1-3 [8,9].

Katon lumikuorma määritetään pystysuorana kuormana katon vaakaprojektiota kohti seuraa-vasti [8,9]:

missä

μ

i

on lumikuorman muotokerroin

C

e

on tuulensuojaisuuskerroin

C

t

on lämpökerroin

s

k

on maassa olevan lumikuorman ominaisarvo

Maassa olevan lumikuorman ominaisarvot

s

k

esitetään Eurocoden osan EN 1991-1-3 kunkinmaan kansallisessa liitteessä. Eurocoden osan EN 1991-1-3 liitteessä C esitetyt eri maiden lu-mikartat ovat ainoastaan viitteellisiä.


Maassa olevan lumikuorman ominaisarvo vaihtelee kansallisessa liitteessä esitetyn Suomen lumikartan mukaisesti välillä 2,0-3,5 kN/m

2

.

Lumikuorman muotokertoimen

μ

i

arvoon vaikuttaa katon muoto ja tarkasteltava kuormitusjär-jestely. Räystäät ja katolla olevat esteet voivat myös kinostaa lunta. Eurocoden osassa EN1993-1-3 on annettu muotokertoimien arvot pulpetti- harja- ja sahakatoille sekä kaareville ka-toille.

Tuulensuojaisuuskertoimelle ja lämpökertoimelle on esitetty suositusarvot Eurocoden osassaEN 1993-1-3

,

jolloin tuulensuojaisuuskertoimen vaihteluväli on

C

e

= 0,8-1,2 ja lämpökertoimel-le käytetään yleensä arvoa

C

t

= 1,0. Molempien tekijöiden lopulliset arvot määritetään Euroco-den osan EN 1991-1-3 kansallisessa liitteessä.

Lumikuorman ei voida olettaa vaikuttavan pelkästään tasaisena kuormituksena katon alueella,vaan kuormitusjärjestelyillä on etsittävä epäedullisin vaikutus. Eurocoden osassa EN 1993-1-3on esitetty tarkastettavat kuormitusjärjestelyt.

s μi Ce Ct sk (7.1)=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 7

522

7.3.1.3 Tuulikuorma

Tuulikuormat käsitellään Eurocoden osassa EN 1991-1-4 [11,12,13].

Tuulikuormat vaikuttavat rakenteen pintaan sitä vastaan kohtisuorina voimina. Tuulikuormatvaikuttavat suoraan suljettujen rakenteiden ulkopintoihin, mutta voivat vaikuttaa myös suoraantai epäsuorasti rakenteiden sisäpintoihin (kuva 7.1). Lisäksi, tuulen pyyhkäistessä suuria raken-nepintoja, pinnan suuntaiset kitkavoimat voivat olla merkittäviä [11,12,13].

Seinään, kattoon tai rakenneosaan vaikuttava nettopaine on vastakkaisiin pintoihin vaikutta-vien paineiden erotus, kun paineiden etumerkit otetaan huomioon. Kuvan 7.1 mukaisesti pintaakohti suuntautuvaa painetta pidetään positiivisena ja pinnasta pois päin suuntautuvaa imua ne-gatiivisena [11,12,13].

Kuva 7.1

Pintoihin vaikuttavat paineet [11,12,13]

Pintoihin vaikuttava paine lasketaan seuraavasti [11,12,13]:

missä

q

p

(z

e

)

on puuskanopeuspaine (ulkopuolinen)

z

e

on ulkopuolisen paineen nopeuspainekorkeus

c

pe

on ulkopuolisen paineen painekerroin

q

p

(z

i

)

on puuskanopeuspaine (sisäpuolinen)

z

i

on sisäpuolisen paineen nopeuspainekorkeus

c

pi

on sisäpuolisen paineen painekerroin

a) Aukko tuulen puolella b) Aukko suojan puolella

tuuli pos neg

neg neg

Positiivinensisäpuolinenpaine

Negatiivinensisäpuolinenpaine

neg neg

negpos

we qp ze( ) cpe ulkopintoihin vaikuttava paine (7.2)⋅=

wi qp zi( ) cpi sisäpintoihin vaikuttava paine (7.3)⋅=


HITSATUT PROFIILIT

Luku 7

523

Kaavoissa (7.2) ja (7.3) tarvittava puuskanopeuspaine lasketaan seuraavasti [11,12,13]:

missä

c

e

(z )

on altistuskerroin, joka riippuu tarkasteltavan pinnan maasta mitatusta

korkeudesta sekä ympäröivän maaston muodosta ja rosoisuudesta

(maastoluokasta)

q

b

on nopeuspaineen perusarvo

ρ

on ilman tiheys,

ρ

= 1,25 kg/m

3

v

b

on tuulennopeuden perusarvo

Kaavoissa (7.2) ja (7.3) tarvittavat puuskanopeuspaine

q

p

(z)

ja painekertoimet

c

p

vaihtelevatsaman rakennuksen eri kohdissa ja korkeuksilla, joten käytännössä rakennuksen pinnat joudu-taan tarkastelemaan eri vyöhykkeisiin ja korkeuskaistoihin jaettuna siten, kuin Eurocodenosassa EN 1991-1-4 on esitetty.

Rakenteeseen vaikuttava tuulikuorma

F

w

voidaan määrittää muodostamalla vektorisummaseuraavista ulkopuolisista ja sisäpuolisista paineista sekä kitkakuormista lasketuista kuormista

F

w.e

ja

F

w.i

ja

F

fr

[11,12,13]:

missä

c

s

c

d

on rakennekerroin

A

ref

on yksittäisen pinnan tuulta vastaan kohtisuora pinta-ala

c

fr

on kitkakerroin

A

fr

on tuulen suuntainen ulkopinta

w

e

,

w

i

ja

q

p

(z

e

)

lasketaan kaavojen (7.2)-(7.5) mukaisesti

Tuulesta syntyvän kitkan (kaava 7.8) vaikutukset pintaan voidaan jättää huomioon ottamatta,kun kaikkien tuulen suuntaisten (tai lähes tuulen suuntaisten) pintojen kokonaisala on enintään4 kertaa kaikkien tuulta vastaan kohtisuorien (tuulenpuoleisten ja suojanpuoleisten) ulkopinto-jen kokonaisala [11,12,13].

qp z( ) ce z( ) qb⋅ (7.4)=

qb12--- ρ vb

2 (7.5)⋅ ⋅=

Fw.e cscd we Aref⋅( ) ulkopuoliset kuormat (7.6)pinnat∑⋅=

Fw.i wi Aref⋅( ) sisäpuoliset kuormat (7.7)pinnat∑=

Ffr cfr qp ze( ) Afr kitkakuormat (7.8)⋅⋅=



524

7.3.2 Rakenneosien mitoitus

Profiilien ja liitosten mitoitus voidaan esittää kuvan 7.2 mukaisella yksinkertaisella kaaviolla. Mi-toitus on kuitenkin aina optimointia, jolloin kaaviossa palataan taaksepäin tarpeen vaatiessa.Myös kestävyyksien laskennan järjestys vaihtelee tapauskohtaisesti.

Kuva 7.2 Teräsrakenteen mitoituksen yksinkertainen periaatekaavio

Rakennemallien ja liitostyyppien valinta Kuormitusten määritys

Poikkileikkauksen valinta mm. voimasuureiden jakäyttörajatilan vaatimusten perusteella

Poikkileikkaukseen kohdistuvien voimasuureidenlaskenta

Normaalivoimakestävyyden laskenta Taivutuskestävyyden laskenta

Vääntökestävyyden laskenta Leikkausvoimakestävyyden laskenta

Pistevoimakestävyyden laskenta Kestävyyden laskenta yhdistetyille rasituksille

Rakenteen voimasuureiden ja siirtymien tarkas-tus valittujen profiilien ja liitosten perusteella Liitosten mitoitus

Väsymiskestävyyden laskentaPalomitoitus ja muiden onnettomuus-

tilanteiden mitoitus

TERÄSRAKENTEEN MITOITUS

LOPPU



525

7.3.2.1 Kuormayhdistelmät

Murtorajatilan kuormayhdistelmät on esitetty luvussa 2. Käyttörajatilassa määritellään seuraa-vat kuormayhdistelmät [4]:

missä “+” tarkoittaa lausekkeen termien yhdistämistä


j on pysyvän kuorman indeksi

i on muuttuvan kuorman indeksi

Gk.j on pysyvän kuorman ominaisarvo


Qk.i on muun muuttuvan kuorman ominaisarvo

ψ0.1 on määräävän muuttuvan kuorman yhdistelykerroin (taulukko 2.4)

ψ0.i on muun muuttuvan kuorman yhdistelykerroin (taulukko 2.4)

7.3.2.2 Käyttörajatilan vaatimukset

Murtorajatilan lisäksi rakenteen toimivuus on tarkastettava myös käyttörajatilan kuormituksilla.Rakenteen taipumat ja siirtymät eivät saa haitata rakenteen toimivuutta tai ulkonäköä. Euroco-dessa ei kuitenkaan esitetä yksikäsitteisesti mitä käyttörajatilan kuormayhdistelmää tällöin tu-lee käyttää (ks. lausekkeet (7.9) - (7.11)). Myöskään taipumien lukuarvoja ei esitetä Eurocodes-sa.

Suomessa asia on ohjeistettu teräsrakenteiden osalta osan EN 1993-1-1 kansallisessa liittees-sä seuraavasti:


Käyttörajatilassa kuormien yhdistely suoritetaan käyttäen ominais- yhdistelmää, lauseke (7.9).

Lopputaipumien ja -siirtymien (wmax, ks. kuva 7.3) käyttörajatilat staattisella kuormituksella, kun taipumista on haittaa, ovat taulukon 7.1 mukaiset, ellei rakenteen tyypistä, käyttötarkoituksesta tai toiminnan luonteesta johtuen muiden arvojen voida katsoa soveltuvan paremmin.

Esikorotuksella (wc, ks. kuva 7.3) voidaan kompensoida pysyvästä kuormasta aiheutuvaa taipumaa, ellei siitä aiheudu haittaa.

Gk.j ″ ″+ Qk.1 ″ ″ ψ0.iQk.i ominaisyhdistelmä (characteristic) (7.9)i 1>∑+

j 1≥∑

Gk.j ″ ″ ψ1.1 Qk.1 ″ ″ ψ2.i Qk.i tavallinen yhdistelmä (frequent) (7.10)i 1>∑++

j 1≥∑

Gk.j ″ ″ ψ2.i Qk.i pitkäaikaisyhdistelmä (quasi-permanent) (7.11)i 1≥∑+

j 1≥∑



526

Kuva 7.3 Pystysuuntainen taipuma

wc

wmaxwtot

w1

w2

w3

wc Esikorotus kuormittamattomassa rakenneosassa.

w1 Taipuman alkuarvo lausekkeiden (7.9) - (7.11) mukaisen kuormayhdistelmän pysyvien kuormien vaikuttaessa.

w2 Taipuman pitkäaikaisosuus pysyvien kuormien vaikuttaessa.

w3 Lausekkeiden (7.9) - (7.11) mukaisen kuormayhdistelmän muuttuvien kuormien aiheuttama taipuman lisäosuus.

wtot Kokonaistaipuma taipumien w1 , w2 ja w3 summana.

wmax Kokonaistaipumasta näkyvä osuus, kun esikorotus otetaan huomioon.



527

Taulukko 7.1 Eurocoden osan EN 1993-1-1 Suomen kansallisen liitteen mukaiset taipumien ja siirtymien käyttörajatilat [17]

Käytettäessä plastisuusteorian mukaista kokonaisanalyysiä murtorajatilassa, myös käyttöraja-tilassa voi esiintyä voimien ja momenttien uudelleen jakautumista. Jos niin tapahtuu, sen vai-kutukset tulee ottaa huomioon [14,15,16].

7.3.2.3 Rakennejärjestelmästä aiheutuvat fiktiiviset lisäkuormat (lisävaakavoimat)

Eurocoden osassa EN 1993-1-1 esitetään erilaisia laskelmissa käytettäviä epätarkkuuksia, jot-ka ovat eri asia kuin standardissa EN 1090-2 esitetyt rakenteiden toleranssit. Eurocodessa esi-tetyt erilaiset epätarkkuudet tarkoittavat kuormittamattomaan tilaan liittyviä arvoja, eli kyse onlaskennan ‘alkuarvoista’. Niillä otetaan huomioon kuormittamattoman rakenteen itsensä alku-jännitykset ja geometriset epätarkkuudet, kuten alkuvinous, alkukäyryys jne. Eurocodessa niitäkutsutaan ekvivalenteiksi geometrisiksi epätarkkuuksiksi. Usein puhutaan myös lisävaakavoi-mista, vaikka kyseistä termiä ei Eurocodessa esiinnykään [19].

7.3.2.3.1 Kehän epätarkkuuden aiheuttamat vaakavoimat

Kehä voidaan luokitella sivusiirtyväksi (sway) tai sivusiirtymättömäksi (non-sway). Sivusiirtyväkehä on herkkä toisen kertaluvun kokonaisvaikutuksille (ns. P-Δ -vaikutus). Kun toisen kerta-

Rakenne Taipuman tai siirtymän raja-arvo

Pääkannattajat: - vesikatoissa ja katoksissa - välipohjissa

Ulokkeet

L / 300 L / 400

L / 150

Katto-orret L / 200

Seinäorret L / 150

Muotolevyt:

- katoissa, joissa ei ole vesikeräytymien tai katteen vaurioitumisen vaaraa

- katoissa, joissa vesikeräytymien tai katteen vaurioitumisen vaara on olemassa - kun L ≤ 4,5 m - kun 4,5 m < L ≤ 6,0 m - kun L > 6,0 m

- välipohjissa - seinissä - ulokkeissa

L / 100

L / 150 30 mm L / 200

L / 300 L / 100 L / 100

Rakenteen vaakasiirtymän rajatila: - 1 ja 2 kerroksiset rakennukset - muut rakennukset

H / 150 H / 400

L = jänneväli H = rakennuksen tarkasteltavan kohdan korkeus

Rakennukset, joissa on nosturirata, ks. Eurocoden osa EN 1993-6 ja sen kansallinen liite.



528

luvun vaikutukset ovat vähämerkityksellisiä, rakenne voidaan luokitella sivusiirtymättömäksi.Kriteerit kehän luokittelulle esitetään jäljempänä kohdassa 7.3.2.4 [19].

Kehän epätarkkuudet tarvitsee ottaa huomioon kehän rakenneanalyysissä vain sivusiirtyvänkehän tapauksessa [14,15,16].

Epätarkkuudet luokitellaan tällöin seuraavasti: • globaali ekvivalentti alkuvinous (koko rakenne) • paikallinen ekvivalentti alkukaarevuus (yksittäiset sauvat)

Epätarkkuudet voidaan laskea seuraavasti [14,15,16]:

• globaali ekvivalentti alkuvinous (kuva 7.4):

missä h on rakenteen korkeus metreinä

αh on pilareihin sovellettava korkeuden h pienennystekijä

αm on pienennystekijä, joka ottaa huomioon rivissä olevien pilareiden

lukumäärän

m on niiden rivissä olevien pilareiden lukumäärä, joiden kantama pystysuun-

tainen kuorma NEd on vähintään 50 % tarkasteltavassa pystysuuntaisessa

tasossa olevan pilarin keskimääräisestä kuormasta

Kuva 7.4 Ekvivalentti globaali alkuvinous [14,15,16]

φ αhαm 200⁄ (7.12)=

αh2

h------- mutta 2

3--- αh 1 0 (7.13),≤ ≤=

αm 0 5, 1 1m----+⎝ ⎠

⎛ ⎞ (7.14)=

h h

φ φ



529

Kaavasta (7.12) lasketun alkuvinouden muodossa olevien alkuepätarkkuuksien vaikutuksetotetaan rakenneanalyysissä huomioon siten, että jokaiseen pilariin asetetaan vaikuttamaan ky-seiselle pilarille laskettu (fiktiivinen) ekvivalentti vaakavoima kuvan 7.5 mukaisesti. Näin toimi-taan kaikissa kyseeseen tulevissa vaakasuunnissa, mutta vain yhdessä suunnassa kerrallaan.Käytettäessä ekvivalentteja voimia monikerroksisissa kehissä, ne sijoitetaan vaikuttamaan jo-kaisen lattia- ja kattotason kohdalla [14,15,16]. Todettakoon, että kuten kuvasta 7.5 nähdään,ekvivalenttien voimien vaikutus vaakasuuntaiseen nettotukireaktioon on nolla.

Kuva 7.5 Ekvivalentin globaalin alkuvinouden korvaaminen ekvivalentilla vaakavoimalla [14,15,16]

Alkuvinouden muodossa olevien alkuepätarkkuuksien vaikutukset voidaan kuitenkin jättää ot-tamatta huomioon, jos seuraava ehto toteutuu tarkasteltavan kerroksen osalta [14,15,16]:

missä HEd on kokonaisvaakakuorman mitoitusarvo (mukaan lukien ekvivalentit

lisävaakavoimat) jonka tarkasteltava kerros siirtää, ks. kuva 7.6

VEd on kerroksessa pilareiden alapäähän vaikuttava pystysuuntaisen

kokonaiskuorman mitoitusarvo, jonka tarkasteltava kerros siirtää

Ehdon (7.15) ajatus on, että jos vaakavoimat ovat ‘riittävän’ suuria muutoinkin, niin alkuepätark-kuuksista aiheutuvilla lisävaakavoimilla ei ole käytännössä merkitystä.

Jotta ehto (7.15) voidaan tarkastaa, pitää ensin määritellä kehän kuhunkin kerrokseen vaikut-tavat ekvivalentit vaakavoimat. Käytännössa ehto kannattaa kuitenkin ensin tarkastaa ilman ek-vivalentteja vaakavoimia: jos ehto toteutuu ilmankin ekvivalentteja vaakavoimia, vältytään

NEd NEd

φNEd

φ

NEd NEd

φNEd

HEd 0 15 VEd (7.15),≥



530

niiden määrittämisen lisätyöltä kokonaan (varmalla puolella oleva yksinkertaistus). Mikäli tälläyksinkertaistuksella ehtoa ei saada toteutumaan, tulee tehdä tarkempi tarkastelu ekvivalentitvaakavoimat huomioon ottaen.

Kuva 7.6 Vaakakuormista aiheutuvat monikerroskehän sivusiirtymät (kuvaan on merkitty vain toisen kerroksen sivusiirtymä) [20]

• yksittäisten sauvojen ekvivalentti alkukaarevuus:

Sauvojen paikallinen suhteellinen alkuepätarkkuus alkukaarevuuden muodossa taivutusnur-jahdusta varten on [14,15,16]:

missä L on sauvan pituus

e0 /L :n arvot voidaan esittää kansallisessa liitteessä. Eurocoden suositusarvot on esitetty tau-lukossa 7.2.


Käytetään Eurocoden suositusarvoja.

SN004a-EN-EU

Displacement due to horizontal

loads Reaction at bottom

of storey

ntal load

d as

of forces,

ated

tely for

torey

h

H,Ed

H1

H2

H3

H4

HEd = H1

HEd = H1 + H2

HEd = H1 + H2+ H3

HEd = H1 + H2 + H3 + H4

h

H,Ed

H1

H2

H3

H4

HEd = H1

HEd = H1 + H2

HEd = H1 + H2+ H3

HEd = H1 + H2 + H3 + H4

Kerroskohtaisesti

määritetytvaakavoimat

Tarkasteltavankerroksen siirtämäkokonaisvaakavoima

H1

H2

H3

H4

HEd = H1+ H2 + H3 + H4

HEd = H1+ H2 + H3

HEd = H1+ H2

HEd = H1

h

δH.Ed

e0 L (7.16)⁄



531

Taulukko 7.2 Paikallisen alkukaarevuuden muodossa olevan alkuepätarkkuuden e0 /L mitoitusarvot [14,15,16]

Alkukaarevuuden muodossa oleva alkuepätarkkuus voidaan jättää huomioon ottamatta lasket-taessa rakenneanalyysissä kehän sauvojen päiden voimia ja momentteja, joita käytetään lu-vussa 2 esitetyissä sauvan nurjahdus- ja kiepahduskestävyyksien tarkasteluissa [14,15,16].

Alkukaarevuuden muodossa oleva alkuepätarkkuus tulee kuitenkin ottaa huomioon sivusiirty-vien kehien rakenneanalyysissä niissä puristetuissa sauvoissa, jotka täyttävät molemmat seu-raavat ehdot [14,15,16]:

• vähintään sauvan toisessa päässä on jäykkä liitos

• sauvan muunnettu hoikkuus toteuttaa ehdon:

missä on sauvan muunnettu hoikkuus (tarkasteltavassa tasossa) joka lasketaan

olettaen kyseinen sauva molemmista päistään nivelellisesti tuetuksi



NEd on puristusvoiman mitoitusarvo

Tällöin alkukaarevuuden muodossa olevan alkuepätarkkuuden vaikutus otetaan rakenneana-lyysissä huomioon kyseisessä sauvassa siten, että sauvaan asetetaan vaikuttamaan (fiktiivi-nen) ekvivalentti vaakavoima kuvan 7.7 mukaisesti.

Taulukon 2.12 mukainen nurjahduskäyrä

Kimmoteorian mukainen analyysi

Plastisuusteorian mukainen analyysi

e0 / L e0 / L

a0 1 / 350 1 / 300

a 1 / 300 1 / 250

b 1 / 250 1 / 200

c 1 / 200 1 / 150

d 1 / 150 1 / 100

λ 0 5,Afy

NEd--------- (7.17)>

λ



532

Kuva 7.7 Ekvivalentin paikallisen alkukaarevuuden korvaaminen ekvivalentilla vaakavoimalla [14,15,16]

7.3.2.3.2 Jäykistettävän rakenteen aiheuttamat fiktiiviset lisävaakavoimat jäykistysjärjestelmälle

Alkuepätarkkuuksien vaikutukset otetaan huomioon jäykistysjärjestelmien analyysissä, kunjäykistysjärjestelmä stabiloi palkkeja tai puristettuja sauvoja poikittaissuunnassa. Tämä otetaanhuomioon käyttämällä tuettaviin sauvoihin liittyviä ekvivalentteja geometrisia epätarkkuuksia,jolloin alkuepätarkkuus alkukaarevuuden muodossa on [14,15,16]:

missä L on jäykistysjärjestelmän jänneväli

m on tuettavien sauvojen lukumäärä (vrt. kaava 7.14)

Jäykistysjärjestelmien tukemien sauvojen alkukaarevuuden muodossa olevien alkuepätark-kuuksien vaikutukset voidaan korvata käyttämällä kuvan 7.8 mukaista ekvivalenttia stabiloivaavoimaa, joka lasketaan kaavasta [14,15,16]:

missä δq on ensimmäisen kertaluvun mukaisesti laskettava jäykistysjärjestelmän taipuma tasossaan, mikä aiheutuu kuormasta qEd ja ulkoisista kuormista

NEd NEd

4NEde0

L

L8NEde0

L2e0

NEd NEd

4NEde0

L

e0 αmL 500⁄ (7.18)=

αm 0 5, 1 1m----+⎝ ⎠

⎛ ⎞ (7.19)=

qEd NEd 8e0 δq+

L2

---------------- (7.20)∑=



533

Kaavasta (7.20) havaitaan, että ao. stabiloivan voiman laskenta johtaa iterointiin. Summalau-sekkeella tarkoitetaan tilannetta, jossa jäykistysjärjestelmä tukee rakenneosaa jossa on useitapuristettuja sauvoja.

Kun jäykistysjärjestelmä stabiloi vakiokorkuisen sauvan puristettua laippaa, kuvan 7.8 mukai-nen voima NEd voidaan laskea kaavasta [14,15,16]:

missä MEd on sauvan suurin momentti

h on sauvan poikkileikkauksen korkeus

Jos sauvaan kohdistuu samanaikainen ulkoinen puristus, lasketaan siitä tarkoituksenmukainenosa mukaan arvoon NEd .

Kuva 7.8 Ekvivalentti stabiloiva voima [14,15,16]

NEd MEd h⁄ (7.21) =

e0NEd NEd

qEd

Jäykistysjärjestelmä

L

e 0 Epätarkkuus q Ed Ekvivalentti voima pituusyksikköä kohti



534

Palkkien ja puristettujen sauvojen jatkoskohdissa jäykistysjärjestelmä mitoitetaan myös jokai-sen tuettavan palkin tai puristetun sauvan jatkoskohdassa syntyvälle paikalliselle voimalle, jokalasketaan seuraavasti [14,15,16]:

Voima FEd siirretään viereisiin kohtiin, joissa palkki tai puristettu sauva on tuettu, ks. kuva 7.9.Kun jäykistysjärjestelmää tarkastetaan kyseisen voiman suhteen, otetaan samalla huomioonmyös kaikki jäykistysjärjestelmään vaikuttavat ulkoiset voimat, mutta kaavan (7.18) mukaisestaepätarkkuudesta aiheutuvat voimat voidaan jättää huomioon ottamatta [14,15,16].

Kuva 7.9 Tukivoimat puristettujen sauvojen jatkoksissa [14,15,16]

7.3.2.4 Kehän kimmoteorian mukainen mitoitus

Seuraavassa rajaudutaan käsittelemään ainoastaan kimmoteorian mukaista analyysiä, jotavoidaan käyttää aina (vrt. plastisuusteorian mukainen voimasuureiden määrittäminen, jota käy-tettäessä tulee ottaa huomioon plastisuusteorian käytölle esitetyt muut vaatimukset, kuten ma-teriaalin sitkeys, poikkileikkausluokka, sauvojen poikittainen tukeminen, plastisten niveltensijainti jne). Edellä mainituista syistä johtuen monikerroskehille on yleensä suositeltavaa käyt-tää kimmoteorian mukaista analyysiä [22].

Kehä voidaan luokitella sivusiirtyväksi (sway) tai sivusiirtymättömäksi (non-sway). Sivusiirty-mättömän kehän vaakasuuntaisista siirtymistä aiheutuvat lisävoimat ja -momentit (eli toisen

FEd αm NEd 100⁄ (7.22)=

NEd

0,5 FEd

FEd

φ

φ

0,5 FEd

NEd

1

2

FEd = αmNEd /100

1 Jatkos 2 Jäykistysjärjestelmä



535

kertaluvun vaikutukset) ovat niin pieniä, ettei niitä tarvitse ottaa laskelmissa huomioon. Kehäon sivusiirtymätön, jos seuraava ehto on voimassa [14,15,16]:

missä αcr on tekijä, jolla mitoituskuorma FEd kerrotaan, jotta saavutetaan

kimmoteorian mukainen kokonaisstabiiliuden menetys

FEd on rakenteen mitoituskuorma

Fcr on rakenteen kimmoiseen alkujäykkyyteen perustuva kimmoteorian

mukainen kriittinen kuorma, joka vastaa rakenteen kokonaisstabiiliuden

menetystä

Portaalikehät, joiden kattokaltevuus on enintään 1:2 (26º), ja sivusiirtyvät palkki-pilarityyppis-ten rakennusten tasokehät voidaan suunnitella sivusiirtymien suhteen ensimmäisen kertaluvunteorian mukaisesti, jos kyseeseen tuleva ehto (7.23) on voimassa jokaisessa kerroksessa.Näissä rakenteissa αcr voidaan laskea seuraavasta likiarvokaavasta edellyttäen, että palkkientai kattopalkkien aksiaalinen puristusvoima ei ole merkittävä [14,15,16]:

missä HEd on kokonaisvaakakuorman mitoitusarvo (mukaan lukien ekvivalentit

lisävaakavoimat) jonka tarkasteltava kerros siirtää, ks. kuva 7.6

VEd on kerroksessa pilareiden alapäähän vaikuttava pystysuuntaisen

kokonaiskuorman mitoitusarvo, jonka tarkasteltava kerros siirtää

h on kerroskorkeus

δh.Ed on kerroksessa pilarin ylä- ja alapään nurkkien vaakasiirtymien ero,

kun koko kehää kuormittavat kokonaisvaakakuormat (mukaan lukien

ekvivalentit lisävaakavoimat, ks. kuva 7.6)

Edellä todetun mukaisesti ehdon (7.24) käytön edellytyksenä siis on, että palkkien tai kattopalk-kien aksiaalinen puristusvoima ei ole merkittävä. Tämän vaatimuksen katsotaan täyttyvän, josseuraava ehto toteutuu [14,15,16]:

missä on sauvan muunnettu hoikkuus (tasossa), joka lasketaan otaksuen sauva

päistään nivelellisesti tuetuksi ja sauvan pituudeksi otetaan systeemipituus

NEd on puristavan normaalivoiman mitoitusarvo

Sivusiirtyväksi luokiteltu kehä voi olla sivusuunnassa tuettu tai tukematon. Samoin sivusiirty-mättömäksi luokiteltu kehä voi olla sivusuunnassa tuettu tai tukematon [22].

αcr

Fcr

FEd-------- 10 kimmoteorian mukaisessa analyysissä (7.23)≥=

αcr

HEd

VEd---------⎝ ⎠

⎛ ⎞ hδH.Ed------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ 10 (7.24)≥⋅=

λ 0 3Afy

NEd--------- (7.25),<

λ



536

Sivusuunnassa tuetun kehän tapauksessa itse kehä ja siihen liittyvä jäykistysjärjestelmä voi-daan mitoittaa erikseen seuraavasti [22]:

• kehä mitoitetaan kaikille pystykuormille • jäykistysjärjestelmä mitoitetaan kaikille vaakakuormille.

Kehän tyypistä ja kokonaistarkastelusta riippuen toisen kertaluvun ja alkuepätarkkuuksien vai-kutukset voidaan ottaa huomioon jollakin seuraavista menetelmistä [14,15,16]:

a) molemmat em. asiat otetaan kokonaan huomioon kokonaistarkastelussa: Tällöin yksittäiselle sauvalle ei tarvitse tehdä luvussa 2 esitettyjä yksittäisen sauvan stabiiliustarkasteluja.

b) em. asiat otetaan huomioon osittain kokonaistarkastelussa ja osittain yksittäisten rakenneosien luvun 2 mukaisissa stabiiliustarkasteluissa:

Tällöin yksittäisten sauvojen stabiilius tulee tarkastaa luvun 2 mukaisesti ottaen huomioon ne vaikutukset, joita ei oteta huomioon kokonaistarkastelussa. Tällöin käytetään rakenteen kokonaistarkastelun mukaisia sauvan pään momentteja ja voimia, jotka tarvittaessa sisältävät toisen kertaluvun kokonaisvaikutukset ja glo- baalien epätarkkuuksien vaikutukset (kohta 7.3.2.3). Tällöin laskelmat tehdään käyttäen systeemipituuksia nurjahduspituuksina.

c) yksittäisten ekvivalenttien sauvojen stabiiliustarkastelut tehdään luvun 2 mukaisesti käyttämällä tarkoituksenmukaisia nurjahduspituuksia, jotka vastaavat koko rakenteen nurjahdusmuotoa

Tällöin nurjahduspituudet lasketaan rakenteen kokonaisnurjahdusmuodon mukaan ottaen huomioon sauvojen ja liitosten jäykkyys, plastisten nivelten muodostuminen sekä puristavien aksiaalisten voimien jakaantuminen mitoituskuormien vaikuttaessa. Tässä tapauksessa kestävyystarkasteluissa tarvittavat sisäiset voimat ja momentit lasketaan ensimmäisen kertaluvun teorian mukaisesti ottamatta huomioon taulukon 7.2 mukaisia alkukaarevuuden muodossa olevia alkuepätarkkuuksia.

Kun rakenneanalyysi tehdään ensimmäisen kertaluvun mukaan, Eurocoden osa EN 1993-1-1ei ota suoraan kantaa siihen, pitääkö yksittäisen sauvan nurjahdustarkastelussa käyttää teo-reettisia vai muunnettuja nurjahduspituuksia (toisen kertaluvun mukaisessa analyysissä käyte-tään nurjahdukselle systeemipituuksia). Lähtökohtana on, että nurjahduspituus pitää selvittäätapauskohtaisesti. Käytännön suunnittelussa käytetään yleensä edellä esitettyä vaihtoehtoa c,jota vielä yksinkertaistetaan siten, että yksittäisille sauvoille käytetään nurjahdustarkastelunlähtökohtana kyseisen sauvan teoreettista nurjahduspituutta, jota muunnetaan sen mukaanmillainen sauvan päiden tuennan ‘todellinen’ jäykkyys on.

Taulukossa 7.3 on esitetty perustapausten teoreettiset nurjahduspituudet yksittäiselle sauvalle.Jatkuvan pilarin nurjahduspituus voidaan määrittää taulukon 7.4 sekä kuvien 7.10 ja 7.11 avul-la.

Ristikkorakenteissa, kun paarresauvana on I-profiili, sen nurjahduspituudeksi taivutusnurjah-dukselle ristikon tasossa voidaan valita Lcr = 0,9L ja ristikon tasoa vastaan kohtisuorassatasossa Lcr = 1,0L. Uumasauvan nurjahduspituudeksi taivutusnurjahdukselle ristikon tasossavoidaan valita Lcr = 0,9L edellyttäen, että paarteet antavat tarkoituksenmukaisen tuennan jauumasauvan kiinnitys paarteeseen on riittävän jäykkä (vähintään kaksi ruuvia kun käytetäänruuvikiinnitystä). Ristikon tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa voidaan uumasauvojen tai-vutusnurjahdukselle käyttää arvoa Lcr = 1,0L [14,15,16].



537

Kehän rakenneanalyysissä toisen kertaluvun vaikutukset tulee ottaa huomioon sivusiirtyvänkehän tapauksessa. Toisen kertaluvun vaikutukset voidaan tällöin ottaa huomioon joko suo-raan, tai perustuen ensimmäisen kertaluvun mukaiseen tarkasteluun seuraavasti [14,15,16]:

1. kertaluvun mukainen tarkastelu ns. momenttien suurennusmenetelmää käyttäen

• tosiasiassa kyseessä on vaakakuormien suurentaminen, mutta menetelmää kutsutaan momenttien suurennusmenetelmäksi (Amplified Sway Moment Method) koska vielä ENV-Eurocodessa suurennettiin sivusiirtymästä aiheutuvia momentteja

• voidaan käyttää yksikerroksisella kehällä kun αcr ≥ 3,0 (ks. kaavat (7.23) - (7.25))

• monikerroskehällä tulee em. lisäksi toteutua seuraavat ehdot: - pystysuuntaisten kuormien jakaantuminen ja - vaakasuuntaisten kuormien jakaantuminen ja - kehän jäykkyys on jokaisessa kerroksessa suhteessa siinä vaikuttaviin leikkausvoimiin

• kaikki vaakasuuntaisia siirtymiä aiheuttavat kuormat (mukaan lukien kohdan 7.3.2.3.1 mukaiset ekvivalentit lisävaakavoimat) suurennetaan kertoimella:

• nurjahduspituuksina käytetään systeemipituuksia

2. kertaluvun mukainen tarkastelu

Profiilien mitoituksessa käytetään toisen kertaluvun mukaisia voimasuureita. Nurjahduspituuk-sina käytetään systeemipituuksia.

Taulukko 7.3 Pilareiden teoreettisia nurjahduspituuksia perustapauksille

1

1 1αcr-------–

----------------- (7.26)

Molemmista päistänivelöity pilari

Toisesta päästä jäy-kästi kiinnitetty pilari

Molemmista päistäjäykästi kiinnitetty pi-lari

Molemmista päistäjäykästi kiinnitettypilari, toinen kiinnitys-kohta sivusiirtyvä

Toisesta päästä jäy-kästi kiinnitetty ja toi-sesta päästä nivelöitypilari

Lc = 1,0 L Lc = 2,0 L Lc = 0,5 L Lc = 1,0 L Lc = 0,7 L

L L L L L

Lcr = 1,0 L Lcr = 2,0 L Lcr = 0,5 L Lcr = 1,0 L Lcr = 0,7 L



538

Jatkuvan pilarin tapauksessa pilarin nurjahduspituus voidaan määrittää kuvista 7.10 ja 7.11.Kuvaajien käyrien arvot ovat nurjahduspituuden suhteita pilarin todelliseen pituuteen. Kuvissatarvittavat momentin jakaantumistekijät η1 ja η2 lasketaan seuraavista kaavoista [21,22]:

missä

Kc = I / L on tarkasteltavan pilarin jäykkyystekijä K1 = I1 / L1 on yläpuolisen pilarin jäykkyystekijä K2 = I2 / L2 on alapuolisen pilarin jäykkyystekijä I , I1 ja I2 ovat vastaavien pilareiden neliömo-

mentteja kehän suunnassa L , L1 ja L2 ovat vastaavien pilareiden pituuksia K11 , K12 , K21 ja K22 ovat vastaavien palkkien

tehollisia jäykkyystekijöitä (taulukko 7.4)

Taulukon 7.4 käyttö edellyttää, että palkissa vaikuttavat jännitykset pysyvät kimmoisella alueella(MEd ≤ Wel · fy / γM0). Palkki oletetaan nivelellisesti tuetuksi, jos siinä vaikuttava suurin taivutus-momentti ylittää kimmoteorian mukaisen taivutuskestävyyden [21,22].

Taulukko 7.4 Palkkien tehollinen jäykkyystekijä K [21,22]

η1

Kc K1+

Kc K1 K11 K12+ + +------------------------------------------------ (7.27)=

η2

Kc K2+

Kc K2 K21 K22+ + +------------------------------------------------ (7.28)=

K1

K2

K11 K12

K21 K22

Kc

η1

η2

Tarkistettava pilariTarkasteltava pilari

Kiertymisehto palkin vastakkaisessa päässä Palkin tehollinen jäykkyyskerroin

Jäykkä kiinnitys 1,0 Ib / Lb (1-0,4 N / Ne)

Nivelellinen kiinnitys 0,75 Ib / Lb (1-1,0 N / Ne)

Kiertyminen tapahtuu toiseen suuntaan kuintarkasteltavassa päässä

1,5 Ib / Lb (1-0,2 N / Ne)

Kiertyminen tapahtuu samaan suuntaan kuintarkasteltavassa päässä

0,5 Ib / Lb (1-1,0 N / Ne)

Ib on palkin neliömomentti kehän suunnassa

Lb on palkin pituus

N on palkin puristusvoima

Ne= π2 · E · Ib / Lb2

1,0 (Ib / Lb)(1- 0,4N/ Ne)

0,75 (Ib / Lb)(1- 1,0N/ Ne)

1,5 (Ib / Lb)(1- 0,2N/ Ne)

0,5 (Ib / Lb)(1-1,0N/ Ne)



539

Kuva 7.10 Pilarin nurjahduspituussuhde Lcr /L sivusiirtymättömässä tapauksessa [21,22]

Kuva 7.11 Pilarin nurjahduspituussuhde Lcr /L sivusiirtyvässä tapauksessa [21,22]

= 1,00,95

0,9

0,85

0,8

0,75

0,70,6750,65

0,6250,6

0,5750,55

0,5

0,525

LcL

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Jäykkä

Jäyk

käN

ivelη1

η2

Nivel

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

Lcr

5,0

= ∞

4,03,02,82,62,42,2

2,01,91,81,71,6

1,51,4

1,31,251,2

1,151,1

1,051,0

LcL

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Jäykkä

Jäyk

käN

ivelη1

η2

Nivel

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

Lcr



540

Tässä käsikirjassa ei käsitellä liitoksen jäykkyyden vaikutusta nurjahduspituuteen. Liitoksenjäykkyyttä käsitellään lähteessä [18] ja liitoksen jäykkyyden vaikutusta nurjahduspituuteen kä-sitellään esimerkiksi lähteessä [23]. Lähteessä [19] esitetään käytännön ohjeita liitoksen jäyk-kyyden vaikutusten huomioon ottamiseksi siten, että teoreettista nurjahduspituutta muunne-taan nurjahdusmuodosta riippuen 5-20 % suuremmaksi.

7.3.3 Rakenteen jäykistäminen

Teräsrungon jäykistämiseksi voidaan käyttää seuraavia jäykistysmenetelmiä tai niiden yhdistel-miä:

• ristikkojäykistys • levyjäykistys • kehäjäykistys • mastojäykistys • sydänmastojäykistys.

Ristikkojäykistys

Ristikkojäykistystä käytetään yleisesti esimerkiksi hitsatuista profiileista valmistettujen teolli-suusrakennusten jäykistysmenetelmänä tai jäykistyksen osana. Se soveltuu myös erittäin hyvinkorkeiden rakennusten jäykistykseen. Jäykistysristikon muodonmuutoksia voidaan pienentääkasvattamalla ristikon leveyttä. Osa ristikon taipumasta aiheutuu kuitenkin ristikon sauvojen pi-tuuden muutoksista. Sitä voidaan pienentää alentamalla ristikkosauvojen jännityksiä, eli valit-semalla isommat profiilit ristikkosauvoiksi.

Levyjäykistys

Rakennus voidaan jäykistää sopivasti valituilla jäykistysseinillä, jotka ulottuvat alhaalta ylös as-ti. Jäykästi teräsrunkoon kiinnitetyt seinät voivat olla paikallavalettuja tai elementtirakenteisia.Joissakin tapauksissa jäykistyselementteinä voidaan käyttää muotolevyjä. Jäykistäviä seiniäkäytetään esimerkiksi liike- ja toimistorakennuksissa sekä asuinrakennuksissa yhdessä jäykis-tävien porraskuilujen kanssa.

Kehäjäykistys

Kehäjäykistystä käytetään pääasiassa matalissa yksikerroksisissa rakennuksissa. Rakennuk-sen siirtymät ovat suuremmat kuin esimerkiksi ristikkojäykistetyssä rakennuksessa, koska ra-kennuksen vaakasuuntaiset kuormat siirretään perustuksille kehän jäykkien nurkkien avulla.

Mastojäykistys

Mastopilarit toimivat rakennuksen jäykistävänä osana. Tämä menetelmä sopii vain mataliin ra-kennuksiin, koska perustuksille tuleva taivutusmomentti kasvaa nopeasti korkeammissa raken-nuksissa ja lisäksi rakennuksen yläpään siirtymät ovat suuria.



541

Sydänmastojäykistys

Rakennuksen hissi- tai porraskuilut toimivat jäykistävinä rakenteina joko yksin tai yhdessä jäy-kistysseinien kanssa. Tätä jäykistystä käytetään yleisesti sekä asuinrakennuksissa että liike- jatoimistorakennuksissa.



542

7.4 Lähdeluettelo


[2] SteelBase. Teräsrakenneprojektin oliopohjainen tiedonhallinta- ja tiedonsiirtojärjestelmä. Projektiraportti. 1997. Teräsrakenneyhdistys ry. 51 s.

[3] Rakenne- ja geosuunnittelun Ratas-käsikirja. 1999. Rakennustieto Oy. 148 s.


[5] SFS-EN 1991-1-1:2002. (EN 1991-1-1:2002) Eurocode 1. Rakenteiden kuormat. Osa 1-1: Yleiset kuormat. Tilavuuspainot, oma paino ja rakennusten hyötykuormat. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 72 s.



[8] SFS-EN 1991-1-3:2004. (EN 1991-1-3:2003) Eurocode 1. Rakenteiden kuormat. Osa 1-3: Yleiset kuormat. Lumikuormat. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 80 s.



[11] SFS-EN 1991-1-4:2005. (EN 1991-1-4:2005) Eurocode 1. Rakenteiden kuormat. Osa 1-4: Yleiset kuormat. Tuulikuormat. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 254 s.


[13] SFS-EN 1991-1-4: AC:2010. (EN 1991-1-4: AC:2010)



543

Korjausosa AC:2010 standardiin EN 1991-1-4. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 11 s.






[19] Kouhi J. 20xx. “Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu: Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt. Sovellutusohjeita, taustatietoja, kommentteja, tulkintoja, selvennyksiä, kansallinen liite ja sen taustoja, oppi- ja opetusaineistoa, esimerkkejä.” Teräsrakenneyhdistys ry. Työversio 2009.

[20] Access Steel. 2006. NCCI: Calculation of alpha-cr. Document SN004a-EN-EU. [www.access-steel.com] (25.5.2010)

[21] Access Steel. 2006. NCCI: Buckling lengths of columns: rigorous approach. Document SN008a-EN-EU. [www.access-steel.com] (25.5.2010)

[22] Rules for Member Stability in EN 1993-1-1. Background documentation and design guidelines. 2006. ECCS, Technical Committee 8 - Stability. 257 s.

[23] Analysis and design of steel frames with semi-rigid joints. 1992. First edition. ECCS, Technical Committee 8 - Structural Stability. Technical Working Group 8.1/8.2 Skeletal Structures. 281 s.



544

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

545

8. KONEPAJAVALMISTUS

8.1 Yleistä

8.1.1 Yleiset vaatimukset valmistajalle

Standardin EN 1090-1 mukaan valmistajan on laadittava ja ylläpidettävä konepajavalmistuk-sesta valmistuksen valvontajärjestelmää (FPC, Factory Production Control). Valmistuksessanoudatetaan eri standardeja, joista merkittävä osa löytyy standardien EN 1090-1 ja EN 1090-2 viitestandardeista.

8.1.2 Toteutuseritelmä

Teräsrakennesuunnittelijan on esitettävä valmistusta ja asennusta koskevat vaatimukset toteu-tuseritelmässä, joka perustuu standardiin EN 1090-2.

8.1.3 Toteutusluokat

Standardissa EN 1090-2 on esitetty neljä toteutusluokkaa EXC1-EXC4, joiden vaatimuksetkasvavat siirryttäessä luokasta 1 luokkaan 4. Toteutusluokka määritellään viimeistään suunnit-teluvaiheessa, mutta siitä olisi hyvä olla käsitys jo tarjousvaiheessa, koska toteutusluokan vaa-timuksilla on kustannusvaikutus mikä luonnollisesti vaikuttaa projektin hinnoitteluun.

Standardin EN 1090-2 liite B, eli toteutusluokan valinta, tullaan kokonaisuudessaan siir-tämään Eurocodeen osan EN 1993-1-1 liitteeksi. Samalla myös seuraavassa esitetytstandardin EN 1090-2 ohjeisiin perustuvat toteutusluokan (EXC) valintaa koskevat oh-jeet saattavat muuttua.

Toteutusluokka voi koskea koko rakennetta, osaa tai yksityiskohtaa. Rakenteella voi olla useitatoteutusluokkia, kun taas yksityiskohdalla on yleensä yksi toteutusluokka. Jos mitään toteutus-luokkaa ei ole esitetty, sovelletaan toteutusluokkaa EXC2. Toteutusluokkien vaatimukset onesitetty standardin EN 1090-2 liitteessä A, joka on velvoittava.

Toteutusluokan valintaan vaikuttavat seuraamusluokat CC1-CC3, käyttöluokat SC1-SC2 sekätuotantoluokat PC1-PC2. Seuraamusluokat on esitetty Eurocoden osan EN 1990 liitteessä Bja tämän kirjan luvussa 2. Hitsatut teräsrakenteet kuuluvat tuotantoluokkaan PC2, kunkäytetään lujuusluokan S355 teräksiä tai lujempia teräksiä. Käyttöluokat ja tuotantoluokat onesitetty standardin EN 1090-2 liitteessä B ja tämän kirjan taulukoissa 8.1 - 8.4.

Toteutusluokka vaikuttaa mm. vaadittaviin toleransseihin, hitsausluokkin, tarkastusmenetelmiinja tarkastuslaajuuksiin. Toteutusluokkien vaatimukset on syytä selvittää viimeistään ennensuunnittelutyön aloitusta.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

546

Taulukko 8.1

Käyttöluokan valinta standardin EN 1090-2 liitteen B mukaan [1]

Taulukko 8.2

Tuotantoluokan valinta standardin EN 1090-2 liitteen B mukaan [1]

Taulukko 8.3

Toteutusluokan valinta standardin EN 1090-2 liitteen B mukaan [1]

Luokka Kriteerit

SC1

• Rakenteet ja kokoonpanot, jotka suunnitellaan pääosin vain staattisille kuormituksille (esimerkiksi rakennukset)

• Rakenteet ja kokoonpanot ja niiden liitokset, jotka suunnitellaan seismisille vaikutuksille matalan seismisen aktiviteetin perusteella ja luokassa DCL

a)

• Rakenteet ja kokoonpanot, jotka suunnitellaan nostureista aiheutuville väsytyskuormille (luokka S

0

)

b)

SC2

• Rakenteet ja kokoonpanot, jotka suunnitellaan standardin EN 1993 mukaisille väsytys-kuormille. (Esimerkkejä: maantie- ja rautatiesillat, nosturit (luokat S

1

-S

9

)

b)

, rakenteet, jotka ovat alttiina tuulesta, väkijoukosta tai pyörivästä laitteesta aiheutuville värähte-lyille.

• Rakenteet ja kokoonpanot ja niiden liitokset, jotka suunnitellaan seismisille vaikutuksille keskimääräisen tai korkean seismisen aktiviteetin perusteella ja luokissa DCM

a)

ja DCH

a)

a) DCL, DCM, DCH; sitkeysluokat standardin EN 1998-1 mukaan b) Katso nostureista aiheutuvien väsytyskuormitusten luokittelu standardeista EN 1991-3 ja EN 13001-1.

Luokka Kriteerit

PC1

• Terästuotteista valmistetut kokoonpanot, joissa ei ole hitsejä

• Hitsatut kokoonpanot, jotka on valmistettu terästuotteista, joiden lujuusluokka on alempi kuin S355

PC2

• Hitsatut kokoonpanot, jotka on valmistettu terästuotteista, joiden lujuusluokka on S355 tai korkeampi

• Rakenteellisuuden toimivuuden kannalta tärkeät kokoonpanot, jotka kootaan hit-saamalla työmaalla

• Kokoonpanot, jotka valmistetaan kuumamuovaamalla tai joita lämpökäsitellään tai joihin kohdistetaan termistä käsittelyä valmistuksen aikana

• Pyöreistä rakenneputkista valmistetut ristikot, joissa putken päät leikataan erityiseen muotoon

Seuraamusluokka

CC1 CC2 CC3

Käyttöluokka

SC1 SC2 SC1 SC2 SC1 SC2

Tuotantoluokka

PC1

EXC1 EXC2 EXC2 EXC3 EXC3

a)

EXC3

a)

PC2

EXC2 EXC2 EXC2 EXC3 EXC3

a)

EXC4

a) Toteutusluokkaa EXC4 käytetään kansallisten sääntöjen edellyttämällä tavalla erityisrakenteille tai rakenteille, joiden vaurio voi aiheuttaa äärimmäisen vakavia seuraamuksia


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

547

Taulukko 8.4

Toteutusluokkien vaatimukset standardin EN 1090-2 mukaan [1]

EXC1 EXC2 EXC3 EXC4

Eritelmät ja asiakirjat

Laatuasiakirjat Ei vaatimuksia Oltava Oltava Oltava

Käytettävät tuotteet; tunnistaminen, ainestodistukset ja jäljitettävyys

Ainestodistukset ks. taulukko 1.16

Jäljitettävyys Ei vaatimuksia Osittainen Täydellinen Täydellinen

Merkintä Ei vaatimuksia Oltava Oltava Oltava

Rakenneterästuotteet

Paksuustoleranssit Luokka A Luokka A Luokka A Luokka B

Pinnan laadut Levyt:Luokka A2

Pitkät tuotteet: Luokka C1

Levyt:Luokka A2

Pitkät tuotteet:Luokka C1

Tiukempia vaatimuksia, jos erikseen vaaditaan

Erityisominaisuudet Ei vaatimuksia Ei vaatimuksia Laatuluokka S1 sisäisille epäjatkuvuuksille hitsatuissa ristiliitoksissa (Lamellirepeämän välttäminen).

Esivalmistus ja kokoaminen

Tunnistaminen Ei vaatimuksia Ei vaatimuksia Valmiit kokoonpanot /Ainestodistukset

Polttoleikkaus Ei merkittäviä epätasaisuuksia

Kovuus taulukon 8.5 mukaisesti, jos vaaditaan

EN ISO 9013u=luokka 4Rz5=luokka 4






Kuumilla oikaisu Ei vaatimuksia Ei vaatimuksia Kehitettävä soveltuva menettelytapa

Reikien tekeminen Lävistäminen Lävistäminen Lävistäminen + avartaminen (lävistetään 2 mm alimittaan)

Termisesti leikatut reijät; leikattujen reunojen kovuus taulukon 8.5 mukaisesti.

Aukot Ei vaatimuksia Minimi pyöristyssäde 5mm Minimi pyöristyssäde 10mm, lävistäminen kielletty

Kokoaminen Sovittaminen: Reikien pidentäminen Toiminnallinen toleranssi, luokka 1

Sovittaminen: Reikien pidentäminen:Toiminnallinen toleranssi, luokka 2

Hitsaus

Yleistä EN ISO 3834-4 EN ISO 3834-3 EN ISO 3834-2 EN ISO 3834-2

Hitsausmenetelmien hyväksyminen

Ei vaatimuksia ks. EN 1090-2 taulukot 12 ja 13

Hitsaajat ja hitsausoperaattorit

Hitsaajat: EN 287-1.Operaattorit: EN 1418

(jatkuu)


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

548

Hitsauksen koordinointi

Ei vaatimuksia Tekninen tietämys: ks. EN 1090-2 taulukot 14 ja 15

Railot Ei vaatimuksia Ei vaatimuksia Konepajapohjamaalia ei sallita

Tilapäiset kiinnitykset Ei vaatimuksia Ei vaatimuksia Käyttö on esitettävä

Leikkaaminen ja lastuaminen eivät ole sallittuja

Siltahitsit Ei vaatimuksia Hyväksytty hitsausmenetelmä

Päittäishitsit Ei vaatimuksia Aloitus- ja lopetuspalat jos vaaditaan

Aloitus- ja lopetuspalat

Yhdeltä puolelta hitsatuille hitseille pysyvä jatkuva juurituki

Hitsaus Roiskeiden poisto

Hyväksymiskriteerit EN ISO 5817 Hitsiluokka D, jos vaaditaan

EN ISO 5817 Yleensä hitsiluokka C

EN ISO 5817 Hitsiluokka B

EN ISO 5817 Hitsiluokka B+

a)

Asentaminen ja työskentely rakennuspaikalla

Käsittely ja varastointi työmaalla

Ei vaatimuksia Dokumentoitu korjausmenetelmä

Sovitus ja linjaus Ei vaatimuksia Ei vaatimuksia Edellä kohdassa

Hitsaus

esitetyt vaatimukset koskevat täytelevyjen hitsaamalla tapahtuvaa varmistamista.

Tarkastus, testaus ja korjaaminen

Tarkastuslaajuus Silmämääräinen tarkastus

NDT taulukon 8.26 mukaisesti

Hitsien korjaus Ei vaadita hyväksyttyä hitsausohjetta

Hyväksytyn hitsausohjeen mukaisesti

Työkokeet Ei vaatimuksia Erikseen vaadittaessa

Esijännitettyjen ruuviliitosten tarkastaminen ja testaaminen

Ei vaatimuksia Tarkastusmenettely: ks. EN 1090-2 kohta 12.5.2

Kuumaniittien tarkastus, testaus ja korjaus

Ei vaatimuksia Sointikoe: Niitin kannan kilautus kevyesti 0,5 kg vasaralla

Tarkastussekvenssi A (EN 1090-2 liite M)

Sointikoe: Niitin kannan kilautus kevyesti 0,5 kg vasaralla

Tarkastussekvenssi B (EN 1090-2 liite M)

Liitosnurkkien geometrisen sijainnin tarkastus

Ei vaatimuksia Tallenne tarkastuksesta

a) EN ISO 5817 hitsiluokka B + lisävaatimukset EN 1090-2 taulukko 17.

Taulukko 8.4

Toteutusluokkien vaatimukset standardin EN 1090-2 mukaan [1]

(jatkuu)


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

549

8.1.4 Osien ja kokoonpanojen jäljitettävyys

Osien ja kokoonpanojen tunnistamiseksi jokaisen osan tai samanlaisia osia sisältävän pak-kauksen on oltava merkitty riittävän hyvin osien tunnistamiseksi. Lisäksi toteutusluokissa EXC3ja EXC4 on oltava jäljitettävyys ainestodistuksiin.

Jos käytetty teräs on lujuusluokaltaan S355 tai lujempaa, kovaa leimasinta, stanssausta, po-rausta tai muuta vastaavaa materiaalia työstävää tai poistavaa merkkausmenetelmää ei saakäyttää [1].

8.2 Esikäsittelyasteet

8.2.1 Yleistä

Standardissa EN 1090-2 on esitetty kolme ISO 8501-3 mukaista luokkaa P1-P3 koskien hit-sien, leikkaussärmien ja teräspintojen esikäsittelyastetta. Niistä P3 on vaativin. Esikäsittelyastevoi koskea koko rakennetta, osaa tai yksityiskohtaa.

8.2.2 Esipuhdistus

Tehtaalta toimitetut teräslevyt suihkupuhdistetaan valssihilseestä ja ruosteesta, ennen kuin nevoidaan ottaa tuotantokäyttöön konepajassa. Puhdistukseen käytetään metallirakeita. Levynleveys voi olla korkeintaan 3300 mm ja paksuus 120 mm. Suositeltava maksimipituus on 19 m.Myös rautatiekuljetuksen kannalta 19 m on suositeltava maksimikoko, koska tällöin levyt mah-tuvat normaaliin kuljetusvaunuun.

Levyjä käsitellään nostureilla. Jos käytetään magneettipuominosturia, nostaminen ei vaurioitalevyn reunoja, koska levyä nostetaan magneettien avulla levyn pinnasta tasaisesti.

Esipuhdistuksella saavutetaan seuraavia etuja:

• parempi tuotteen laatu • parempi hitsattavuus • yleiskäsiteltävyys paranee • parempi valmistustehokkuus • parantaa työympäristön viihtyisyyttä.

8.3 Leikkaus ja katkaisu

Esipuhdistuksen jälkeen levyt leikataan uumiksi ja laipoiksi. Menetelmänä käytetään happipro-paani-, plasma tai laserleikkausta. Yhdestä levystä leikataan samalla kertaa optimissaan 8-12rainaa. Levyn suositeltava leveys on 2,2-2,8 m. Levyjen hankinnassa on otettava huomioon,että ylimääräistä leikkausvaraa tarvitaan poltinta kohden 2-3 mm. Lisäksi levyjen reunoistaleikataan n. 10 mm kaistat pois, joten sekä levyn leveydessä että pituudessa on otettava huo-mioon työvara. Ohuita levyosia voidaan leikata myös mekaanisella leikkurilla.

Tarvittaessa palkin uumalevy polttoleikataan valmiiksi kaarevaan muotoon, jolloin palkkiinsaadaan aikaan esikorotus. Hitsauslinjalla voidaan tehdä pieni esikorotus automaattisesti, eikäse hidasta prosessia.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

550

Valmiit profiilit katkaistaan polttoleikkaamalla tai sahaamalla. Katkaisumenetelmän valinta riip-puu käytössä olevasta laitteistosta sekä profiilin koosta.

Termisten leikkausmenetelmien yhteydessä on standardissa EN 1090-2 annettu leikatulle reu-nalle kovuuden maksimiarvot, joita sovelletaan jos toteutuseritelmässä niin vaaditaan, ks. tau-lukko 8.5 [1].

Leikatut reunat on tarkastettava ja käsiteltävä, jos leikkauspinnassa on merkittäviä vikoja. Josleikattua reunaa koneistetaan tai hiotaan, on poistettava ainepaksuus oltava vähintään 0,5 mm.

Taulukko 8.5

Maksimikovuudet termisesti leikatuille reunoille [1]

8.4 Hitsaus

8.4.1 Menetelmät

Hitsaus suoritetaan standardien EN ISO 3834 tai EN ISO 14554 soveltuvien osien mukaisesti.Toteutusluokan mukaan sovelletaan seuraavia EN ISO 3834 osia:

• EXC1 : Osa 4. Peruslaatuvaatimukset • EXC2 : Osa 3. Vakiolaatuvaatimukset • EXC3 ja EXC4 : Osa 2. Kattavat laatuvaatimukset

Osana tuotannon suunnittelua tulee laatia hitsaussuunnitelma, joka sisältää tarpeen mukaan:

• Hitsausohjeet, lisäaineet, mahdollisen esikuumennuksen, välipalkolämpötilan ja hitsauk-sen jälkeistä lämpökäsittelyä koskevat vaatimukset;

• Toimenpiteet hitsauksen aikana ja sen jälkeen tapahtuvien vetelyiden välttämiseksi; • Hitsausjärjestys ja mahdolliset aloitus- ja lopetuskohtia koskevat rajoitukset ja hyväksyt-

tävät alueet mukaan lukien väliaikaiset aloitus- ja lopetuskohdat, kun hitsin geometria es-tää jatkuvan hitsauksen;

• Hitsauksen aikana tehtäviä tarkastuksia koskevat vaatimukset; • Osakokoonpanojen kääntäminen hitsausprosessissa ja hitsausjärjestys • Tuentajärjestelyjen yksityiskohdat; • Toimenpiteet lamellirepeilyn välttämiseksi; • Hitsausaineille tarkoitetut erityislaitteet ja -vaatimukset (alhainen vetypitoisuus, kosteuden

ja lämpötilan säätäminen jne.); • Hitsin muoto ja viimeistely; • Hitsien hyväksymiskriteereihin liityvät vaatimukset, sekä tarkastus- ja testaussuunnitel-

maa koskevat viittaukset; • Hitsien tunnistamista koskevat vaatimukset; • Pintakäsittelyä koskevat vaatimukset;

Tuotestandardi Teräslaji Kovuusarvo (HV 10)

EN 10025-2...5S235-S460 380EN 10210-1, EN 10219-1

EN 10149-2, EN 10149-3 S260-S700450EN 10025-6 S460-S690

HUOM.

Arvot ovat standardin EN ISO 15614-1 mukaisia standardissa ISO/TR 20172 esitetyille teräslaaduille.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

551

Työssä tulee käyttää hyväksyttyjä hitsausmenetelmiä käyttäen hitsausohjetta (WPS, WeldingProcedure Specification) kyseeseen tulevan standardin EN ISO 15609, EN ISO 14555 tai ENISO 15620 sovellettavien osien mukaisesti. Hyväksymistavat on esitetty taulukossa 8.6. Siihenvaikuttavat toteutusluokka, perusaine ja mekanisointiaste taulukon 8.6 mukaisesti.


Hitsauslisäaineen valitsee rakennesuunnittelija.

Taulukko 8.6

Hitsauksen hyväksymistavat puikko-, täytelanka-, jauhekaari-, MIG/MAG- ja TIG-hitsaukselle [1]

Hitsattujen I-profiilien kaulahitsinä käytetään normaalisti kaksipuoleista pienahitsiä. Läpihit-sauksessa railon muoto voi olla I-railo tai viiste riippuen materiaalin paksuudesta ja käytettä-västä hitsausmenetelmästä ja -laitteistosta. Lähteissä [2] ja [3] on esitetty eri hitsausmenetel-mien mukaiset railomuodot.

Kotelo- ja WQ-profiileissa käytetään normaalisti piena- tai puoli-V-hitsejä. Hitsausmenetelmäon automaattinen jauhekaarihitsaus yksi- tai monilankamenetelmällä. Myös MIG- tai MAG-hitsauslaitteistoa voidaan käyttää profiilin hitsaukseen.

Hitsauksen aikana tarvittavaan lisälämmöntuottoon voidaan käyttää happipropaanipolttimia taisäteilylämmittimiä. Esilämmityksen tarve riippuu materiaalin hitsattavuudesta, käytettävästähitsausmenetelmästä ja ainepaksuuksista.

Kuva 8.1

Hitsattujen profiilien kaulahitsimuotoja

Hyväksymismenetelmä StandardiToteutusluokka

EXC2 EXC3 EXC4

Menetelmäkoe EN ISO 15614-1 X X X

Esituotannollinen koe EN ISO 15613 X X X

Standardimenetelmä EN ISO 15612 X

a)

– –

Aikaisempi kokemus EN ISO 15611 X

b)

– –Testatut lisäaineet EN ISO 15610

X Sallittu– Ei sallittu

a) Vain materiaaleille

≤

S355 ja vain käsin hitsauksessa tai osittain mekanisoidussa hitsauksessa. b) Vain materiaaleille

≤

S275 ja vain käsin hitsauksessa tai osittain mekanisoidussa hitsauksessa.

Pienahitsi K-hitsiPienahitsi + osatunkeuma


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

552

Profiili hitsataan joko pysty- tai vaakahitsauslinjalla. Hitsauksen aikana telat ja rullastot asemoi-vat uuman ja laipat mittatarkasti toisiinsa nähden.

Vaakahitsauslinjalla molemmat laipat hitsataan yhtä aikaa uumaan samalta puolelta. Kun pro-fiili on kulkenut linjan läpi, se käännetään ja uuma hitsataan toiselta puolelta. Suuttimien keski-näisellä etäisyydellä ja hitsausvirralla voidaan vaikuttaa hitsausjännityksistä aiheutuviin muo-donmuutoksiin.

Pystyhitsauslinjalla toinen laippa hitsataan ensin uuman molemmilta puolilta yhtä aikaa. Tämänjälkeen profiili käännetään ja toinen laippa hitsataan kiinni. Tällä menetelmällä valmistetaanmyös harjaprofiilit ja koteloprofiilit.

Kuva 8.2

Palkin asennot hitsauksessa

Koteloprofiili silloitetaan ennen automaattihitsausta. Uumien välissä käytetään tarvittaessatukilevyjä. Tukilevyjen keskinäinen etäisyys riippuu uumien paksuudesta ja hitsijaosta. Tämänjälkeen ylälaippa hitsataan kevyesti kiinni. Lopuksi kaulahitsit hitsataan pystyhitsauslinjalla.Vaihtoehtoisesti voidaan hitsata sisäpuolisen tuurnan avulla, jolloin ei käytetä sisäpuolisia tuki-levyjä. Koteloprofiilin laipan ulkoneman on yleensä oltava vähintään 25 mm, jotta jauhekaarihit-sauksessa käytettävä jauhe pysyy laipalla hitsauksen aikana.

Kuva 8.3

Jauhekaarihitsauksen vaatima laipan ulkonema

j p

hitsi

hitsi

min. 25 mm


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

553

WQ-profiilien valmistukseen voidaan käyttää linjaa, joka hitsaa kaikki saumat samanaikaisestieikä silloitusta tarvita. Ohjurit asemoivat uumat ja laipat hitsauksen aikana. Ylälaippa hitsataansamaan tasoon uuman yläreunan kanssa.

Harjaprofiilit hitsataan kahdessa osassa, jonka jälkeen ne hitsataan yhteen. Liitoskohta tuleeprofiilin keskelle ja liitoshitsit tehdään läpihitsattuina.

Kuva 8.4

Harjaprofiilin liitoskohta

8.4.2 Hitsien mitat

I-profiilien kaulahitsit tehdään kaksipuoleisina. Automaattisella jauhekaarihitsauksella voidaanhitsata yhdellä kertaa n. 7 mm näkyvä piena.

Standardi EN ISO 15614-1:2004 määrittää liitoksen kovuusrajat eri teräksille. Jos hitsistä tuleeliian kova, tulee a-mittaa lisätä tai käyttää esilämmitystä.

Hitsien mitoitusta on käsitelty luvussa 3. Taulukossa 3.30 on esitetty uuman ja laipan välisenkaksipuoleisen pienahitsin vaadittava a-mitta, kun hitsistä tehdään tasaluja uuman plastisenleikkauskestävyyden suhteen.

Suunnittelija merkitsee konepajapiirustuksiin aina laskelmien edellyttämän efektiivisen a-mitanilman tunkeuman vaikutusta. Mekanisoitua hitsausta käytettäessä konepajassa voidaan harki-ta tunkeuman hyväksikäyttöä edellyttäen, että hitsauskokein osoitetaan että vaadittu tunkeumavoidaan jatkuvasti saavuttaa käytettävällä hitsausmenetelmällä [5]. Väsyttävästi kuormitetuissarakenteissa tunkeuman hyödyntämisestä a-mitassa on syytä sopia suunnittelijan kanssa.

8.4.3 Hitsausvirheiden toleranssit

T-liitosten hitsausvirheiden on pysyttävä taulukon 8.7 määräämissä rajoissa. Hitsausluokkamääräytyy rakenneosan toteutusluokan perusteella standardin EN 1090-2 liitteen A mukaisesti(tämän kirjan taulukko 8.4).

Standardi EN 1090-2 ja Eurocoden osat EN 1993-1-8 ja EN 1993-1-9, jotka viittaavat hitsaus-luokkien osalta standardiin EN ISO 5817, määräävät perustason laatuvaatimuksille väsyttävänkuormituksen tapauksissa. Kyseisten vaatimusten lisäksi voi olla tarpeen määrittää hitseille yli-määräisiä laatuvaatimuksia lähteessä [7] esitetyn mukaisesti, kun kyseessä on väsytyskuormi-tetut rakenteet.

Harjaprofiilit hitsataan kahdessa osassa, jonka jälkeen ne hitsataan yhteen. Liitoskohta tuleeprofiilin keskelle ja liitoshitsit tehdään läpihitsattuina.

Liitoskohta


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

554

Taulukko 8.7

T-liitosten sallitut hitsausvirheet [1,8]

Virhetyyppi ISO 6520-1

Hitsausluokka (EN ISO 5817)

D

a)

Tyydyttävä

C

Hyvä

B

Vaativa

402Vajaa hitsautumissyvyyst > 0,5 mm

Lyhyet virheet

b)

h

≤

0,2s max 2 mm

Lyhyet virheet

b)

h

≤

0,1s max 2 mm

Ei sallita

617Sovitusvirhet > 3 mm

h

≤

1 mm + 0,3a max 4 mm

h

≤

0,5 mm + 0,2a max 3 mm

h

≤

0,5 mm + 0,1a max 2 mm

5011 ja 5012Jatkuva ja katkonainenreunahaavat > 3 mm

h

≤

0,2 t max 1 mm

h

≤

0,1 t max 0,5 mm

h

≤

0,05 t max 0,5 mm

503Korkea kuput

≥

0,5 mm

h

≤

1 mm + 0,25b max 5 mm

h

≤

1 mm + 0,15b max 4 mm

h

≤

1 mm + 0,1b max 3 mm

5214Ylisuuri a-mittat

≥

0,5 mm

Sallitaan h

≤

1 mm + 0,2a max 4 mm

h

≤

1 mm + 0,15a max 3 mm

5213Vajaa a-mittat > 3 mmEi sovelleta hitsaus- prosesseille, joille on näyttö suuresta tunkeumasta

Lyhyet virheet

b)

h

≤

0,3 mm + 0,1a max 2 mm

Lyhyet virheet

b)

h

≤

0,3 mm + 0,1a max 1 mm

Ei sallita

512Kateettipoikkeamat

≥

0,5 mm

h

≤

2 mm + 0,2a h

≤

2 mm + 0,15a h

≤

1,5mm + 0,15a

a) Systemaattinen hitsausvirhe sallitaan. Systemaattisella virheellä tarkoitetaan hitsausvirhettä, jossa virhe esiintyy toistuvasti tarkastettavalla pituudella, yksittäisen virheen koon ollessa annettujen rajojen sisäpuolella.b) Lyhyt hitsausvirhe on yksi tai useampi hitsausvirhe, joiden kokonaispituus on enintään 25 mm milla tahansa 100 mm hitsin pituudella tai enintään 25 % hitsin pituudesta, kun hitsin pituus on alle 100 mm. Valitaan alue, jossa on eniten hitsausvirheitä.

hs

s

h

aSystemaattinen virhe h-mitassa sallitaan tietyissä tilanteissa, joissa virhe voidaan kompensoida vastaavasti a-mittaa kasvattamalla, ks. EN 1090-2: kohta 7.5.8.1

h

Juoheva liittyminen vaaditaan, jota ei katsota systemaattiseksi virheeksi.

h

b

h

a

h

a

z 2

a

z1

h


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

555

8.5 Reijitys, muotoilu ja varustelu

8.5.1 Reijitys ja muotoilu

Profiili siirretään aihion hitsauksen jälkeen varusteluun. Useilla konepajoilla on käytössätietokoneohjattu CNC-työstökonelinja (CNC = Computerised Numerical Control), jossa profiilitreiitetään ja päät muotoillaan automaattisesti. Suunnittelija voi tuottaa sopivilla ohjelmilla CNC-työstökoneiden ohjaamiseen tarvittavat tiedostot ns. DSTV-muodossa. Konepajan konekan-nasta riippuen saattaa olla edullisinta tehdä reijitys termisessä leikkauksessa, jos valmis-tustarkkuus ja leikatun reunan kovuus on standardin EN 1090-2 ja käytön vaatimissa rajoissa(ks. taulukko 8.5). Usein on edullista tehdä termisessä leikkauksessa alimittainen alkureikä, jot-ta kallista työstökoneaikaa voidaan lyhentää.

CNC-linjan alkupäässä profiilin uuma ja laipat reijite-tään. Molemmille laipoille ja uumalle on omat porayk-sikkönsä. Koneesta riippuen eri kokoisten terien mää-rä voi vaihdella. Tämä on otettava huomioon suun-nittelussa siten, että vältetään mahdollisuuksien mu-kaan eri kokoisia reikiä. Terien koko voi vaihdella vä-lillä 10-50 mm. Uumassa olevat reijät eivät saa ollaliian lähellä laippaa, jotta porayksikkö mahtuu vapaas-ti liikkumaan. Rajoituk-sena on 0,5d

0

+20 mm (d

0

=reijän halkaisija). Edellä esitetyt mitat riippuvat val-mistavasta konepajasta.

Kuva 8.5

Uuman reikien sijainti

Profiili joudutaan poraamaan käsin, jos profiili ei sovellu CNC-linjalle. Reikien paikat mitataanja reijät porataan magneettijalkaporalla. Reikiä on mahdollista tehdä myös lävistämällä.Lävistämistä koskevat vaatimukset on esitetty standardin EN 1090-2 kohdassa 6.6.3. Reijänhalkaisijan on oltava vähintään levyn paksuus.

Suuret reijät polttoleikataan CNC-linjalla. Tässä vaiheessa leikataan myös uumassa olevataukot ja profiilien päät muotoillaan ja katkaistaan tarvittaessa. Reijityksen ja muotoilun jälkeenprofiili menee varusteluun, tai suoraan pintakäsittelyyn jos varusteluosia ei tarvita.

Ruuveille käytettävien reikien nimellisvälykset on esitetty luvun 3 taulukossa 3.7.

Aukkojen sisäkulmia ei saa ylileikata. Sisäkulmat ja lovet tulee pyöristää vähintään 5 mm sä-teelle toteutusluokissa EXC2 ja EXC3, sekä vähintään 10 mm säteelle toteutusluokassa EXC4.Lävistetyistä sisäkulmista tulee poistaa muokkaantunut aine hiomalla, kun aineenpaksuus ylit-tää 16 mm. Toteutusluokassa EXC4 ei sallita lävistettyjä sisäkulmia.

Standardi EN 1090-2 sallii periaatteessa muotoilun kylmä- ja kuumamuovausprosesseilla edel-lyttäen, että teräksen ominaisuudet eivät heikkene materiaalille asetettujen vaatimusten ala-puolelle. Käytännössä tämä merkitsee, että kuumamuovaus on kiellettyä termomekaanisestivalssatuilla teräksillä (esim. EN 10025-4 mukaiset teräkset) ja nuorrutetuilla teräksillä (esim.EN 10025-6 mukaiset teräkset). Paikallinen kuumilla oikaisu voidaan kuitenkin suorittaa erityis-tä varovaisuutta noudattaen myös edellä mainituilla teräksillä. Kuumilla oikaisussa on toteutus-luokissa EXC3 ja EXC4 laadittava työohje, jonka on sisällettävä ainakin:

• teräksen korkein lämpötila ja sallittu jäähdytystapa • kuumennusmenetelmä

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

��yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

d0

min. 0,5 d0 + 20 mm


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

556

• lämpötilan mittauksissa käytettävä menetelmä • tulokset mekaanisista kokeista, joihin menetelmä perustuu • menetelmän käyttöön oikeutettujen henkilöiden nimeäminen.

Tarkempia teräslajikohtaisia ohjeita kuumamuovauksesta on esitetty standardin EN 1090-2 ko-hdassa 6.5, sekä teräksen valmistajien omilla ohjelehdillä. Ks. myös tämän kirja kohta 1.3.

Vasarointi kylmämuovausmenetelmänä on kielletty.

8.5.2 Varustelu

Hitsatun profiilin varustelulla tarkoitetaan osien kiinnittämistä profiiliin hitsaamalla. Normaalejavarusteluosia ovat esim. uuman jäykistelevyt, pilarien konsolilevyt sekä pohja- ja päätylevyt.Uuman jäykistelevyjen paikat voidaan merkitä automaattisesti CNC-linjalla. Vaihtoehtoisestipaikat merkitään käsin. Varusteluosien hitsaukseen käytetään normaalisti MAG-menetelmää.Yhdellä hitsauskerralla saadaan aikaan n. 5 mm piena. Tätä suurempien hitsien käyttöä olisisyytä välttää mahdollisuuksien mukaan.

Varusteluosien ja reikien paikat on syytä mitoittaa konepajapiirustuksiin perusviivamitoitukse-na. Tällöin osien paikkojen mittaaminen profiilin päästä on helpompaa ja virheet vähenevät, kunkonepajassa ei tarvitse laskea mittoja yhteen piirustuksista. Jos valmistavasta konepajasta eiole tietoa suunnitteluvaiheessa, piirustuksiin on suositeltavaa laittaa apumittoja sulkuihin käy-tännön konepajatyötä helpottamaan. Varusteluosien mitoitus olisi hyvä sijoittaa kohtiin, joita voikäytännössä mitata. Esimerkiksi akselin päiden tai reikien keskipisteiden käyttö ei ole suositel-tavaa, koska niiden tarkka määrittely konepajaolosuhteissa ja erityisesti asennuspaikalla onhyvin hankalaa.

Perusviivamitoituksessa on pidettävä mielessä työtapakohtaiset toleranssit, joiden toleranssi-alue kasvaa toleroitavan mitan kasvaessa. Tästä saattaa seurata ongelmia myöhemmissä työ-vaiheissa. Tämän välttämiseksi perusviivamitoitus saattaa vaatia tiukempaa tolerointia, kuintyötapakohtaiset toleranssit edellyttävät.

Kuva 8.6

Varusteluosien mitoitus piirustuksiin


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

557

8.6 Valmistustoleranssit

Standardi EN 1090-2 määrittelee hitsatuille profiileille kahdet erityyppiset geometriset tole-ranssit:

• olennaiset geometriset toleranssit (taulukot 8.8 - 8.12) ja • toiminnalliset geometriset toleranssit (taulukot 8.13 - 8.20).

Olennaiset geometriset toleranssit

varmistavat rakenteen lujuujen ja stabiiliuden, mutta eivätvarmista toiminnallisuutta.

Toiminnalliset geometriset toleranssit

, jotka on yleensä jaoteltukahteen toleranssiluokkaan, varmistavat rakenteen käytettävyyden. Käytännössä jaottelu ei olenäin selkeä. Rakenteen on toteutettava samanaikaisesti olennaiset toleranssit ja toiminnallisis-ta toleransseista toleranssiluokka 1 tai 2 toteutuseritelmän mukaan. Taulukoihin 8.8 - 8.20 onkoottu osa hitsattuja profiileja koskevista olennaisista ja toiminnallisista valmistustoleransseis-ta. Täydelliset toleranssitaulukot, ks. EN 1090-2.

Standardi EN 1090-2 antaa lisäksi hitsatuille rakenteille mahdollisuuden käyttää toiminnallistentoleranssien sijasta standardissa EN 1090-2 määriteltyjä EN ISO 13920 mukaisia luokkia.

Taulukoista poikkeavat toleranssivaatimukset on esitettävä toteutuseritelmässä ja konepajapii-rustuksissa. Samalla on esitettävä myös alue, johon poikkeavaa vaatimusta sovelletaan.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 8

558

Taulukko 8.8

Olennaiset valmistustoleranssit – Hitsatut profiilit [1]

(jatkuu)

Poikkeaman tyyppi Mittauskohde Sallittu poikkeama

Δ

Korkeus:

Kokonaiskorkeus h

Δ

= - h/50 (positiivista arvoa ei ole annettu)

Laipan leveys:

Leveys b = b

1

tai b

2

Δ

= - b/100 (positiivista arvoa ei ole annettu)

Suorakulmaisuus tuella:

Ilman jäykisteitä olevan uuman pystysuoruus tuella

Δ

= ± h/200 mutta |

Δ

|

≥

t

w

(t

w = uuman paksuus)

h +

Δ

b1 + Δ

b2 + Δ

Δ

h



559

Taulukko 8.8 Olennaiset valmistustoleranssit – Hitsatut profiilit [1](jatkuu)

Poikkeaman tyyppi Mittauskohde Sallittu poikkeama Δ

Levyn käyryys:

Poikkeama Δ levyn korkeuden b matkalla

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ t

(t = levyn paksuus)

Uuman alkulommo:

Poikkeama Δ mittapituudella b joka on yhtäsuuri, kuin tarkasteltavan kohdan pituus

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ t

(t = levyn paksuus)

Uuman aaltomaisuus:

Poikkeama Δ mittapituudella b joka on yhtäsuuri, kuin tarkasteltavan kohdan pituus

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ t

(t = levyn paksuus)

Huom: Merkintä esim. Δ = h/100 mutta |Δ | ≥ t tarkoittaa, että suurempi kahdesta arvosta sallitaan.

Δ b

Δ

b

Δ

b



560

Taulukko 8.9 Olennaiset valmistustoleranssit – Hitsattujen profiilien laipat [1]


I-profiilin laipan aaltoilu:

Poikkeama Δ mittapituuden ollessa laipan leveys b

Δ = ± b/100

I-profiilin laipan alkulommo:

Poikkeama Δ mittapituuden ollessa laipan leveys b

Δ = ± b/100

Laipan suoruus:

Suoruuspoikkeama Δ Δ = ± L/750

ΔΔ

Δ

L



561

Taulukko 8.10 Olennaiset valmistustoleranssit – Hitsattujen koteloprofiilien laipat [1]


Levyn leveydet:

Sisä- tai ulkomitat, b = b1, b2, b3 tai b4

- Δ = b/100 (positiivista arvoa ei ole annettu)

Levykentän tasomaisuus: Levykentän tasomaisuus uumien tai jäykisteiden välillä:

Poikkeamaa) Δ kohtisuorassa levykentän tason suhteen: kun a ≤ 2b kun a > 2b

Poikkeamab) Δ kohtisuorassa levykentän tason suhteen: kun b ≤ 2a kun b > 2a

Δ = ± a/250 Δ = ± b/125

Δ = ± b/250 Δ = ± a/125

a) Yleinen tapaus.b) Erikoistapaus, kun puristusvoima vaikuttaa poikkisuunnassa. Yleistä tapausta käytetään, ellei tätä erikoistapausta ole esitetty noudatettavaksi.

b1

b 2

b 4

b3

b

a

Δ Δ



562

Taulukko 8.11 Olennaiset valmistustoleranssit – Hitsattujen profiilien tai koteloprofiilien uumajäykisteet [1]


Suoruus uuman tasossa:

Poikkeama Δ Δ = ± b/250 mutta |Δ | ≥ 4 mm

Suoruus uumaa vastaan kohtisuorassa tasossa:


Uuman jäykisteiden sijainti:

Poikkeama Δ suunnitellusta sijainnista:

- yleinen tapaus

- jäykiste tuella

Δ = ± 5 mm

Δ = ± 3 mm

Uuman jäykisteparin epäkeskeisyys:

Epäkeskeisyys Δ :

- yleinen tapaus

- jäykiste tuella

Δ = ± tw/2

Δ = ± tw/3

Huom: Merkintä esim. Δ = ± h/300 mutta |Δ | ≥ 3 mm tarkoittaa, että suurempi kahdesta arvosta sallitaan.

Δ

b

Δ

b

Δ

Δ

t w



563

Taulukko 8.12 Olennaiset valmistustoleranssit – Kiinnitysreijät ja lovet [1]


Yksittäisen reijän keskilinjan poikkeama: Yksittäisten reikien keskilinjojen poikkeama Δ tarkoitetusta sijainnista reikäryhmän sisällä

Δ = ± 2 mm

Kiinnitysreikien paikka:

Poikkeama Δ yksittäisen reijän etäisyydessä a profiilin päästä

- Δ = 0 mm (positiivista arvoa ei ole annettu)

Reikäryhmän sijainti:

Reikäryhmän poikkeama Δ tarkoitetusta sijainnista

Δ = ± 2 mm

a

Δ

Δ



564

Taulukko 8.13 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Hitsatut I-profiilit [1]

(jatkuu)


Luokka 1 Luokka 2

Korkeus:

Kokonaiskorkeus h:

h ≤ 900 mm 900 < h ≤ 1800 mm h > 1800 mm

Δ = ± 3 mm Δ = ± h/300 Δ = ± 6 mm

Δ = ± 2 mm Δ = ± h/450 Δ = ± 4 mm

Laipan leveys:

Leveys b1 tai b2 + Δ = b/100 mutta |Δ | ≥ 3 mm

+ Δ = b/100 mutta |Δ | ≥ 2 mm

Uuman epäkeskeisyys:

Uuman sijainti :

- yleinen tapaus - laippa tuella

Δ = ± 5 mm Δ = ± 3 mm

Δ = ± 4 mm Δ = ± 2 mm

Laippojen suorakulmaisuus:

Laippojen suorakulmaisuus:

- yleinen tapaus

- laippa tuella

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ 5 mm

Δ = ± b/400

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ 3 mm

Δ = ± b/400

h +

Δ

b1 + Δ

b2 + Δ

b

b/2 + Δ

b

Δ



565

Taulukko 8.13 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Hitsatut I-profiilit [1](jatkuu)


Luokka 1 Luokka 2

Laippojen suoruus:

Laippojen suoruus:

- yleinen tapaus

- laippa tuella

Δ = ± b/150 mutta |Δ | ≥ 3 mm

Δ = ± b/400

Δ = ± b/150 mutta |Δ | ≥ 2 mm

Δ = ± b/400

Suorakulmaisuus tuella:

Ilman jäykisteitä olevan uuman pystysuoruus tuella

Δ = ± h/300 mutta |Δ | ≥ 3 mm

Δ = ± h/500 mutta |Δ | ≥ 2 mm


Δ

b

Δ

h



566

Taulukko 8.14 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Hitsattujen profiilien laipat [1]


Luokka 1 Luokka 2

I-profiilin laipan alkulommo:

Poikkeama Δ mitta-pituuden ollessa laipan leveys b

Δ = ± b/100 Δ = ± b/150

I-profiilin laipan aaltoilu:

Poikkeama Δ mitta-pituuden ollessa laipan leveys b

Δ = ± b/100 Δ = ± b/150

Laipan suoruus:

Suoruus- poikkeama Δ

Δ = ± L/500 Δ = ± L/1000

ΔΔ

Δ



567

Taulukko 8.15 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Hitsatut koteloprofiilit [1]

(jatkuu)


Luokka 1 Luokka 2

Levyn leveydet:

Sisä- tai ulkomittojen poikkeama:

b < 900 mm 900mm<b<1800mmb > 1800 mm

missä b = b1, b2, b3 tai b4

Δ = ± 3 mm Δ = ± b/300mm Δ = ± 6 mm

Δ = ± 2 mm Δ = ± b/450 Δ = ± 4 mm

Kiertymä:

Mitan L pituisen kappaleen kokonaispoikkeama Δ

Δ = ± L/700 mutta 4 mm ≤ |Δ | ≤ 10 mm

Δ = ± L/1000 mutta 3 mm ≤ |Δ | ≤ 8 mm

Suorakulmaisuus:

Lävistäjämittojen erotus Δ kuvan asemissa: Δ = |d1-d2|

Jos d1 ja d2 eroavat merkittävästi toisistaan niin tällöin: Δ = |(d1-d2) todellinen -(d1-d2) tarkoitettu|

Δ = (d1+d2)/400 mutta Δ ≥ 6 mm

Δ = (d1+d2)/600 mutta Δ ≥ 4 mm

b1

b 2

b 4

b3

Δ

d 1

d2



568

Taulukko 8.15 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Hitsatut koteloprofiilit [1] (jatkuu)


Luokka 1 Luokka 2

Levykentän tasomaisuus: Levykentän tasomaisuus uumien tai jäykisteiden välillä:

Poikkeamaa) Δ kohtisuorassa levykentän tason suhteen: kun a ≤ 2b kun a > 2b

Poikkeamab) Δ kohtisuorassa levykentän tason suhteen: kun b ≤ 2a kun b > 2a

Δ = ± a/250 Δ = ± b/125

Δ = ± b/250 Δ = ± a/125

Δ=±a/250Δ=±b/125

Δ = ± b/250Δ = ± a/125

a) Yleinen tapaus.b) Erikoistapaus, kun puristusvoima vaikuttaa poikkisuunnassa. Yleistä tapausta käytetään, ellei tätä erikoistapausta ole esitetty noudatettavaksi.


b

aΔ Δ



569

Taulukko 8.16 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Hitsattujen profiilien tai koteloprofiilien uumat [1]


Luokka 1 Luokka 2

Uuman käyryys:

Käyryys Δ uuman korkeuden mitalla b

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ 5 mm

Δ = ± b/150 mutta |Δ | ≥ 3 mm

Levyn alkulommo:

Poikkeama Δ mitta-pituuden ollessa uuman korkeus b

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ 5 mm

Δ = ± b/150 mutta |Δ | ≥ 3 mm

Levyn aaltoilu:

Poikkeama Δ mitta-pituuden ollessa uuman korkeus b

Δ = ± b/100 mutta |Δ | ≥ 5 mm

Δ = ± b/150 mutta |Δ | ≥ 3 mm


bΔ

Δ

b

b

Δ



570

Taulukko 8.17 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Hitsattujen profiilien tai koteloprofiilien uumajäykisteet [1]


Luokka 1 Luokka 2

Suoruus uuman tasossa:


Δ = ± b/375 mutta |Δ | ≥ 2 mm

Suoruus uumaa vastaan kohtisuorassa tasossa:


Δ = ± b/750 mutta |Δ | ≥ 2 mm

Uuman jäykisteiden sijainti:

Poikkeama Δ suunnitellusta sijainnista:

- yleinen tapaus

- jäykiste tuella

Δ = ± 5 mm

Δ = ± 3 mm

Δ = ± 3 mm

Δ = ± 2 mm

Uuman jäykisteparin epäkeskeisyys:

Epäkeskeisyys Δ :

- yleinen tapaus

- jäykiste tuella

Δ = ± tw/2

Δ = ± tw/3

Δ = ± tw/3

Δ = ± tw/4


Δ

b

Δ

b

Δ

Δ

t w



571

Taulukko 8.18 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Kokoonpanot [1]


Luokka 1 Luokka 2

Pituus:

Poikkeama Δ keski-linjalta mitattuna; L-teräksillä nurkasta mitattuna.

Hitsatut päätylevyt mukana mitassa

Δ = ± (L/5000 + 2) mm

Kosketuspaineelle tarkoitetut päät: Δ = ± 1 mm

Δ = ± (L/10000 + 2) mm

Kosketuspaineelle tarkoitetut päät: Δ = ± 1 mm

Pituus, kun riittävä tasaus voidaan tehdä seuraavassa kokoonpanossa: Pituus keskilinjalta

mitattuna Δ = ± 50 mm Δ = ± 50 mm

Suoruus: Poikkeama Δ särmätyllä tai valmistetulla osalla :

HUOMAUTUS: Rullamuovattujen tai kuumamuovattujen profiilien osalta katso soveltuvaa tuotestandardia

Δ = ± L/500 mutta |Δ | ≥ 5 mm

Δ = ± L/750 mutta |Δ | ≥ 3 mm

Päiden suorakulmaisuus: Poikkeama Δ pituusakselin suhteen:

- kosketus-paineelle tarkoitetut päät

- päät joita ei ole tarkoitettu koske-tuspaineelle

Δ = ± D/1000

Δ = ± D/100

Δ = ± D/1000

Δ = ± D/300 mutta |Δ | ≤ 10 mm

L + Δ

L

Δ

D

Δ



572

Taulukko 8.19 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Kiinnitysreijät ja lovet [1]


Luokka 1 Luokka 2

Yksittäisen reijän keskilinjan poikkeama: Yksittäisten reikien keskilinjojen poikkeama Δ tarkoitetusta sijainnista reikäryhmän sisällä

Δ = ± 2 mm Δ = ± 1 mm

Kiinnitysreikien paikka:

Poikkeama Δ yksittäisen reijän etäisyydessä a profiilin päästä

- Δ = 0 mm + Δ ≤ 3 mm

- Δ = 0 mm + Δ ≤ 2 mm

Reikäryhmän sijainti:

Reikäryhmän poikkeama Δ tarkoitetusta sijainnista

Δ = ± 2 mm Δ = ± 1 mm

Reikäryhmien välimatka: Poikkeama Δ reikäryhmien välille c:

- yleinen tapaus

- yksi osa on kiinnitetty kahdella reikäryhmällä

Δ = ± 5 mm

Δ = ± 2 mm

Δ = ± 2 mm

Δ = ± 1 mm

Lovet:

Poikkeama Δ lovien pituudelle ja syvyydelle :

- syvyys d

- pituus L

- Δ = 0 mm + Δ ≤ 3 mm

- Δ = 0 mm + Δ ≤ 3 mm

- Δ = 0 mm + Δ ≤ 2 mm

- Δ = 0 mm + Δ ≤ 2 mm

a

Δ

Δ

c

L

d



573

Taulukko 8.20 Toiminnalliset valmistustoleranssit – Pilarin jatkokset ja pohjalevyt [1]

8.7 Pintakäsittelyt

8.7.1 Yleistä

Teräsrakenteet on suojattava korroosion vaikutusta vastaan. Korroosion vaikutus alkaa ilmas-sa, kun ilman suhteellinen kosteus on yli 60 %. Eurocoden osa EN 1993-1-1 ei edellytä kor-roosiosuojausta sisätiloissa olevissa rakenteissa, jos suhteellinen kosteus on enintään 80 %[4]. Korroosion aikana teräksen valmistuksessa metalliin varastoitunut energia vapautuu jametalli pyrkii palautumaan luonnolliseen stabiiliin tilaansa. Teräksen korroosiota voidaan estääsopivilla pintakäsittelyillä. Yleisimpiä ilman kanssa kosketuksessa olevien teräsrakenteidensuojausmenetelmiä ovat korroosionestomaalaus ja kuumasinkitys.

Rakenteet on suunniteltava siten, että korroosioalttiita paikkoja ei pääse muodostumaan.

Joissakin tapauksissa saattaa tilaajalla olla käytössä standardin EN 1090-2 lisäksi lisävaa-timuksia pintakäsittelyyn, jotka käytännössä vaikuttavat rakennesuunnitteluun. Niiden huomiot-ta jättäminen saattaa aiheuttaa projektissa kalliita jälkitöitä.


Luokka 1 Luokka 2

Pilarin jatkos:

Suunnitttelematon epäkeskeisyys e (molempien akselien suhteen)

5 mm 3 mm

Perustuslevy:

Perustuslevyn ja pilarin keskilinjan suunnittelematon epäkeskeisyys e (kaikkiin suuntiin)

5 mm 3 mm

e

e

e

e



574

8.7.2 Ympäristöluokat

Ilmastoympäristöt luokitellaan kuuteen ilmastorasitusluokkaan taulukon 8.21 mukaisesti. Ve-teen upotetut ja maanalaiset rakenteet voidaan jakaa lisäksi kolmeen ympäristöluokkaan (lm1-lm3).

Taulukko 8.21 Ilmastorasitusluokat standardin EN ISO 12944-2 mukaan [9]

Rasitus-luokka

Painohäviö pinta-alayksikköä kohden / paksuushäviö (ensimmäinen koestusvuosi)

Rasitusluokan kuvaus (Opastava)

Niukkahiilinen teräs Sinkki Ulkona Sisällä

Paino- häviö (g/m2)

Paksuus-häviö (μm)

Paino-häviö (g/m2)

Paksuus-häviö (μm)

C1 Hyvin lievä

≤10 ≤1,3 ≤0,7 ≤0,1 Lämmitetyt rakennukset, joissa puhtaat ilmatilat, esim. toimistot, kaupat, koulut, hotellit.

C2 Lievä

>10-200 >1,3-25 >0,7-5 >0,1-0,7 Maaseutuilmasto, jossa epäpuhtauksien määrä on alhainen

Lämmittämättömät rakennukset, joissa voi esiintyä kondensoitumista, esim. varastot, urheiluhallit.

C3 Kohtalainen

>200-400 >25-50 >5-15 >0,7-2,1 Kaupunki- ja teollisuusilmastot, joissa on kohtalainen rikkidioksidikuormitus. Rannikkoalueet, joissa on alhainen suolapitoisuus.

Tuotantotilat, joissa on korkea kosteuspitoisuus ja jossain määrin epäpuhtauksia ilmassa, esim. elintarviketehtaat, pesulat, panimot, meijerit.

C4 Ankara

>400-650 >50-80 >15-30 >2,1-4,2 Teollisuusalueet, joissa on kohtalainen suolapitoisuus.

Kemianteollisuuden tuotantolaitokset, uima-altaat, rannikolla sijaitsevat telakat ja veneveistämöt.

C5-I Hyvin ankara (teollisuus)

>650-1500 >80-200 >30-60 >4,2-8,4 Teollisuusalueet, joissa on korkea kosteuspitoisuus ja syövyttävä ilma.

Rakennukset tai alueet, jotka ovat jatkuvasti kosteita ja joissa saasteiden määrä on korkea.

C5-M Hyvin ankara (meri)

>650-1500 >80-200 >30-60 >4,2-8,4 Rannikkoalueet ja rannikon ulkopuoliset alueet, joissa on korkea suolapitoisuus.

Rakennukset tai alueet, jotka ovat jatkuvasti kosteita ja joissa saasteiden määrä on korkea.

Kuumien ja kosteiden vyöhykkeiden rannikkoalueilla paino- ja paksuushäviöt voivat ylittää luokan C5-M rajat. Suojamaaliyhdistelmään on kiinnitettävä erityisesti huomiota.



575

8.7.3 Esikäsittely

Ennen korroosionestomaalausta tai kuumasinkitystä teräspinnoilta on poistettava valssihilse,hitsausroiskeet, ruoste, öljy, lika, rasva ja muut mahdolliset epäpuhtaudet, joita pintaan on tart-tunut valmistuksen aikana. Vaikka teräslevyt suihkupuhdistetaan ennen profiilin hitsausta, lo-pullinen pinnan tarkastus on tehtävä ennen korroosionestomaalausta tai kuumasinkitystä.Tarvittaessa teräksen pinta karhennetaan, jolloin maali tarttuu siihen paremmin. Yleisimmätesikäsittelyasteet on esitetty taulukossa 8.22.

Normaalisti konepajassa käytetään esikäsittelymenetelmänä suihkupuhdistusta. Yleisin puh-distusaste on Sa 2∫. Happopeittausta käytetään kuumasinkityksen yhteydessä. Teräsharjaustakäytetään asennustyömaalla, jos joudutaan tekemään asennushitsauksia. Hitsauksen jälkeenpinta on harjattava ja paikkamaalattava.

Taulukko 8.22 Teräspintojen esikäsittelyasteet standardin EN ISO 12944-4 mukaan [10]

8.7.4 Korroosionestomaalaus

Korroosionestomaalaus on yleisin teräsrakenteiden korroosiosuojamenetelmä. Maalauskäsit-tely koostuu pohjamaalista, välimaalista ja pintamaalista. Maaliyhdistelmän valinnassa on kiin-nitettävä huomiota välittömien maalauskustannusten lisäksi rakenteen koko elinkaarenhoitokustannuksiin, jotka riippuvat rakenteeseen kohdistuvista rasituksista (ilmasto, syövyttävätaineet, mekaaninen rasitus).

Standardissa EN ISO 12944-5 on esitetty eri rasitusluokkiin soveltuvia maaliyhdistelmiä [12].Sopivan maaliyhdistelmän valitsemiseksi voidaan käyttää hyväksi maalivalmistajien taulukoita.

Esikäsittelyaste a) Esikäsittelymenetelmä Käsiteltyjen pintojen olennaiset ominaisuudet

Sa 2

Suihkupuhdistus standardissa ISO 8504-2 määritellyllä menetelmällä

Suurin osa valssihilseestä, ruosteesta, maalipinnoitteista ja vieraasta aineesta on poistettu. Jäljellejäävien epäpuhtauksien on oltava tiukasti kiinni alustassa.

Sa 2∫ Valssihilse, ruoste, maalipinnoitteet ja vieras aine on poistettu. Jäljelläolevien epäpuhtausjäämien tulee näkyä ainoastaan lievänä täplien tai raitojen muotoisena värjääntymisenä.

Sa 3 Valssihilse, ruoste, maalipinnoitteet ja vieras aine on poistettu. Pinnan oltava kauttaaltaan metallin värinen.

St 2 Puhdistus käsityökaluilla tai koneellisesti (Esim. teräsharjaus). Lisätietoja standardissa ISO 8504-3

Irtonainen valssihilse, ruoste, maalipinnoitteet ja vieras aine on poistettu.

St 3 Irtonainen valssihilse, ruoste, maalipinnoitteet ja vieras aine on poistettu. Pinta käsitellään selkeästi huolellisemmin, kuin esikäsittelyasteessa St 2, tuloksena metallialustan mukainen hohde.

Be Happopeittaus Valssihilse, ruoste ja maalipinnoitejäämät poistettu täydellisesti. Maalipinnoitteet poistettava sopivalla menetelmällä ennen peittausta.

a) Käytetyt lyhenteet: Sa = suihkupuhdistus (ISO 8501-1) St = puhdistus käsityökaluilla tai koneellisesti (ISO 8501-1) Be = happopeittaus



576

Taulukossa 8.23 on esitetty maalien ominaisuuksia standardin EN ISO 12944-5 aikaisemmanrevision [11] mukaan. Standardin uudesta revisiosta kyseinen taulukko on poistettu.

Suomessa teräsrakentamisessa käytettäviä maalausjärjestelmiä ovat mm. alkydi-, epoksi-,polyuretaani-, akryyli-, sinkkiepoksi- ja sinkkisilikaattijärjestelmät. Teräsrungoissa käytetäänyleisimmin alkydi- ja epoksijärjestelmiä. Maalausjärjestelmistä saa tietoa maalivalmistajienjärjestelmätaulukoista.

Taulukko 8.23 Maalien ominaisuudet [11]

Maaliyhdistelmä merkitään EN ISO 12944-5 -standardissa [12] ilmoittamalla maaliyhdistelmännumero standardin jälkeen, esim. EN ISO 12944-5/A1.20. Tunnisteeseen on merkittävä pohja-ja pintamaalin sideaineen tunnus, jos ne voivat vaihdella, esim. EN ISO 12944-5/A1.20-EP/PUR. Standardin EN ISO 12944-5 aikaisemmassa revisiossa [11] oli Suomessa tehty kan-sallinen lisäys, jonka mukaan merkintää täydennetään siten, että sulkeisiin merkitään maali-tyyppitunnus, kokonaiskalvon nimellispaksuus, maalikerrosten lukumäärä, alustamateriaali, jaalustan esikäsittely seuraavasti [11]:

AY AK PUR, alifaattinen

EP ESI

Kiillon pysyvyys 3 2 3 1 0

Värisävyn pysyvyys 3 2 3 1 0

Kemikaalien kestävyys:

Vesiupotus Sade/kondensoituminen Liuotteet Liuoteroiskeet Hapot Happoroiskeet Emäkset Emäsroiskeet

13111232

12121111

2 / 1 a) 313 / 2 a) 12 / 1 a) 13

33231233

23331111

Kuivan kuumuuden kestävyys:

70 ºC:een saakka 70 ºC...120 ºC 120 ºC...150 ºC yli 150 ºC

33 / 2 a) 11

3211

3321

3321

3333

Fysikaaliset ominaisuudet:

Kulutuskestävyys Iskun kestävyys Joustavuus Kovuus

1222

2113

2332

323 / 2 a) 3 / 2 a)

3113

AY = Akryyli AK = Alkydi PUR = Polyuretaani EP = Epoksi ESI = Etyylisinkkisilikaatti

3 = Erinomainen 2 = Hyvä 1 = Huono 0 = Merkityksetön

a) Luokitus voi vaihdella saman maalityypin puitteissa r iippuen sen koostumuksesta. Molemat merkinnät voivat soveltua.



577

Edellä esitettyä lähteen [11] mukaista vanhaa merkintätapaa on suositeltavaa käyttää edel-leenkin sen informatiivisuuden vuoksi.

Jos maaliyhdistelmä ei ole mikään standardin EN ISO 12944-5 mukainen yhdistelmä, on an-nettava kaikki tiedot (mm. esikäsittely, pinnoitteen tyyppi, kerrosten lukumäärä jne.) lähteessä[12] esitetyllä tavalla.

Maalausmenetelmänä käytetään normaalisti ruiskumaalausta. Sivellintä ja telaa käytetäänlähinnä paikkamaalauksessa. Tästä syystä rakenteet on suunniteltava siten, että maalausme-netelmänä voidaan käyttää pelkästään ruiskutusta.

Konepajapohjamaalia käytetään suihkupuhdistettujen pintojen väliaikaisena korroosiosuojauk-sena valmistuksen, kuljetuksen, pystytyksen ja varastoinnin aikana. Maali levitetään ruiskullatasaiseksi kerrokseksi jonka kalvonpaksuus on 15-30 μm. Konepajapohjamaali ei saa vaikut-taa haitallisesti valmistusmenetelmiin, kuten hitsaukseen ja polttoleikkaukseen. Tavallisestikonepajapohjamaali ei ole osa maalausyhdistelmää ja se voidaan joutua poistamaan [12].

Rasitusluokan ollessa C3 tai sitä vaativampi ja korroosiosuojauksen kestoiän ollessa yli viisivuotta käytetään reunoissa ylimääräistä pinnoitekaistaa, joka ulottuu 25 mm päähän reunanmolemmille puolille. Ylimääräisen kaistan paksuutena käytetään valitun maalausjärjestelmännimellistä paksuutta [1].

Maalaustyön lopputuloksen onnistumiseen vaikuttavat erittäin oleellisesti maalattavan pinnanesikäsittely sekä maalausolosuhteet (lämpötila, ilman suhteellinen kosteus, ilman puhtaus).Olosuhteiden on täytettävä maalinvalmistajan vaatimukset, jotka selviävät valmistajan maa-lausjärjestelmistä. Maalattavien pintojen lämpötilan on oltava vähintään 3 ºC kastepisteen ylä-puolella, jollei maalinvalmistajan ohjeissa ole muuta arvoa [1].

Maalausta suunniteltaessa kannattaa selvittää valmistusmaan VOC-vaatimukset (VolatileOrganic Compound, haihtuvat orgaaniset aineet), jotka saattavat vaikuttaa valittavaan maaliyh-distelmään.

8.7.5 Kuumasinkitys

Sinkityksen suojaava vaikutus perustuu siihen, että sinkki epäjalompana metallina syöpyyennen terästä. Suojauksen teho on suoraan verrannollinen sinkkikerroksen paksuuteen. Toi-saalta paksu sinkkikerros on arka mekaanisille kolhuille. Kerroksen paksuus on normaalisti 50-100 μm, piipitoisilla teräksillä jopa 250 μm.

Koska piipitoisuus vaikuttaa oleellisesti teräksen sinkittävyyteen, tämä on otettava huomioon joterästilauksen yhteydessä.

esim. SFS-EN ISO 12944-5/S2.10-AK/AY (AKAY 160/3 - FeSa 21/2)

standardin tunnusmaaliyhdistelmäpohja- ja pintamaalin sideaineetkansallinen lisäys



578

Yleisin ja tehokkain sinkitysmenetelmä on kuumasinkitys. Menetelmää käsitellään standardeis-sa EN ISO 1461 [13] ja EN ISO 14713 [14,15]. Sinkittävä kappale upotetaan sinkkikylpyyn jasinkki tarttuu teräksen pintaan. Kappale on muotoiltava siten, että sinkki pääsee tunkeutumaansinkittävän kappaleen joka pintaan. Lisäksi sinkkipadan koko rajoittaa sinkittävän kappaleenmaksimikokoa. Maksimimitat on selvitettävä rakenteet valmistavalta konepajalta.

Kappaleeseen ei saa jättää umpinaisia tiloja, koska kappaleen sisälle jäävä kosteus höyrystyysinkityksen aikana ja kappale voi räjähtää. Räjähdyksen välttämiseksi kappaleeseen on tehtä-vä tarvittaessa sinkitysreikiä. Sinkitysreikien avulla varmistetaan myös sinkin tehokas leviämi-nen suojattavan teräksen pinnalle ja ylimääräisen sinkin poisvaluminen, joka on tärkeää koskahinnoittelu usein perustuu punnittuun massaan ennen ja jälkeen sinkityksen. Sinkitysreijät ontarkastettava sinkityksen jälkeen, jotta niihin ei olisi jäänyt ylimääräistä sinkkiä joka tukkii reijät.Tällöin saattaa kotelorakenteeseen kerääntyä ylimääräisen sinkin lisäksi vettä, joka jäätyes-sään halkaisee rakenteen.

Kuumasinkittävissä rakenteissa saattaa sinkityksen yhteydessä esiintyä ns. LMAC-halkeilua(Liquid Metal Assisted Cracking). Halkeilualttiuteen vaikuttavat teräksen mikrorakenteen ja pin-nanlaadun lisäksi ensisijaisesti seuraavat osatekijät:

• rakenteen ainepaksuudet ja niiden keskinäiset suhteet (tmax / tmin) • rakenteessa olevat jäännösjännitykset (esim. hitsaus) • sinkityksessä rakenteen epätasaisista lämpötilamuutoksista aiheutuvat jännitykset • sinkkikylvyn kemiallinen koostumus • upotusaika

Aihetta on käsitelty yksityiskohtaisesti lähteessä [16].

Kuumasinkitys ja sitä edeltävä peittaus eivät tavallisesti aiheuta rakenneteräksillä vetyhauraut-ta (vetyhalkeilua). Mahdolliset peittauksessa absorboituneen vedyn jäämät poistuvat yleensäkuumassa sinkkikylvyssä. Jos teräksen kovuus on yli 340 HV (murtolujuus Rm > 1100 MPa),on kuitenkin syytä kiinnittää erityistä huomiota peittauksessa tapahtuvaan vedyn absorboitumi-sen minimointiin [15].

Kuumasinkitty teräspinta voidaan joutua maalaamaan, kun [17]:

• kuumasinkitys ei riitä yksinään korroosiosuojaksi • sinkin väri ei sovellu ympäristöön tai • rakenteen on oltava tietyn värinen.

Korroosionestomaalauksen ja kuumasinkityksen yhdistelmä on tehokas korroosiosuoja, koskamaalikalvon vioittuessa tai halkeillessa maalikalvon alla olevan sinkin korroosiotuotteet täyt-tävät halkeamat. Sinkin korroosiotuotteet eivät irrota maalia, koska ne eivät vaadi yhtä paljonlisätilaa kuin ruoste [17]. Kuumasinkitty pinta soveltuu maalausalustaksi, kun sinkitty pinta pu-hdistetaan huolellisesti sinkin korroosiotuotteista ja muista epäpuhtauksista välittömästi ennenmaalausta. Sopiva puhdistusmenetelmä on pyyhkäisysuihkupuhdistus, jossa ei käytetä metal-lista puhdistusmateriaalia [12]. Kuumasinkitylle pinnalle sovelltuvia maaliyhdistelmiä on esitettystandardissa EN ISO 12944-5 [12].



579

8.8 Tarkastukset

Tarkastukset tulee esittää tarkastussuunnitelmassa. Kaikki tarkastukset tulee tehdä etukäteenlaaditun suunnitelman mukaan käyttäen dokumentoituja menettelytapoja.

Käytännössä konepajassa tarkastetaan hitsaussaumojen lisäksi profiilin muoto ja varustelu-osien sijainti sekä maalikalvojen paksuus ja lukumäärä. Tarkastusten laajuus riippuu normin jasuunnittelijan vaatimuksista sekä konepajan tarkastuskäytännöstä. Tarkastuksista laaditaanpöytäkirjat, jotka liitetään tarvittaessa asiakkaalle toimitettaviin asiakirjoihin.

8.8.1 Mitta- ja muototarkastukset

Hitsattu profiili tarkastataan varustelun jälkeen silmämääräisesti. Tarkastaja mittaa reikien javarusteluosien sijainnin pistokoeluontoisesti ja vertaa kokoonpanoa konepajapiirustukseen.Tarkastuksen laajuus riippuu konepajan menettelytavoista ja laatusuunnitelman vaatimuksista.

8.8.2 Hitsien tarkastukset

Ennen hitsausta ja hitsauksen aikana tehtävät tarkastukset tulee esittää tarkastussuunnitel-massa standardin EN ISO 3834 vaatimuksia noudattaen.

Standardissa EN 1090-2 on määritelty yleensä noudatettava vähimmäisjäähtymisaika, jokariippuu hitsin koosta, lämmöntuonnista ja teräslajista.

Taulukko 8.24 Hitsien vähimmäisjäähtymisajat [1]

8.8.2.1 Ainetta rikkomattomat menetelmät

Hitsausliitokset tarkastetaan konepajassa normaalisti ainetta rikkomattomilla, eli NDT-menetel-millä (Non-destructive testing). Näitä menetelmiä ovat [1]:

• silmämääräinen tarkastus (VT, visual testing) • magneettijauhetarkastus (MT, magnetic particle inspection)

Hitsin koko (mm) a)

Lämmöntuonti Q (kJ/mm) b)

Jäähdytysajat

(tunti) c)

S235-S420 S460 ja lujemmat

a tai s ≤ 6 Ei määritelty Vain jäähtymisaika d) 24

6 < a tai s ≤ 12 ≤3 8 24

>3 16 40

a tai s > 12 ≤3 16 40

>3 40 48

a) Hitsin kokona käytetään nimellistä a-mittaa tai täysin läpihitsatuille hitseille materiaalin nimellispaksuutta s. Yhdeltä puolelta osittain läpihitsatulle hitsille hitsin nimellispaksuutta a, molemmin puolin osittain läpihitsatuille päittäishitseille osahitsien a-mittojen summaa. b) Lämmöntuonti lasketaan standardin EN 1011-1:1998 kohdan 19 mukaisesti. c) Hitsin valmistumisen ja NDT-tarkastuksen aloittamisen välinen aika esitetään NDT-pöytäkirjassa. d) Tapauksella “Vain jäähtymisaika” tarkoitetaan aikaa, joka kuluu, kunnes hitsi on r iittävästi jäähtynyt NDT- tarkastuksen aloittamiseen.



580

• tunkeumanestetarkastus (PT, penetrant testing) • ultraäänitarkastus (UT, ultrasonic testing) ja • radiografinen tarkastus (RT, radiographic testing).

Yleisimmät konepajoissa käytössä olevat tarkastusmenetelmät ovat silmämääräinen tarkastus,magneettijauhetarkastus ja ultraäänitarkastus.

Silmämääräinen tarkastus (EN 970)

Kaikki hitsit tarkastetaan heti hitsauksen jälkeen koko pituudeltaan silmämääräisesti. Tarkas-tukseen osallistuvat sekä hitsaajat että työnjohtajat ja tarkastajat. Tarkastaminen ei vaadi tois-taiseksi muodollista pätevyyttä, mutta tarkastajalta vaaditaan kokemusta ja tietämystä hitsauk-sen tarkastamisesta ja hitsaustyöstä. Tarkastajan vaatimukset on esitetty EN 970 standardissa.Apuvälineinä voidaan käyttää taskulamppua ja peiliä. Silmämääräiseen tarkastukseen kuuluuhitsien sijainnin, koon ja muodon tarkastus, pienahitsin a-mitan tarkastus, pintojen tarkastussekä pintavirheiden (esim. reunahaava), sytytysjälkien ja roiskeiden havaitseminen [18].

Magneettijauhetarkastus (EN 1290, EN 1291)

Magneettijauhetarkastuksessa havaitaan hitsin pinnassa ja lähellä pintaa olevat virheet, kutenhuokoset, halkeamat, säröt ja liitosvirheet. Tarkastajalta vaaditaan pätevyys menetelmän käyt-töön (EN 473, taso 2).

Hitsin pinnan puhdistuksen jälkeen saumaan ruiskutetaan kontrastiväriä. Sauma magnetoi-daan ja samalla levitetään magneettijauhe. Ylimääräinen magneettijauhe puhalletaan pois.Jauhe kerääntyy vikapaikkojen ympärille, jolloin pintaviat havaitaan kontrastiväriä vasten [18].

Tunkeumanestetarkastus (EN 571, EN 1289)

Edellä mainittujen menetelmien lisäksi myös tunkeumanestetarkastus on tarkoitettu pinta-vikojen havaitsemiseen. Menetelmää käytetään pääasiassa ei-magneettisten materiaalientarkastukseen (alumiini, ruostumaton teräs). Tarkastajalta vaaditaan pätevyys menetelmänkäyttöön (EN 473, taso 2).

Hitsin pinta puhdistetaan puhdistusnesteellä ja tunkeumaväri ruiskutetaan hitsin pinnalle.Ylimääräinen tunkeumaväri pyyhitään pois ja hitsin pintaan ruiskutetaan kehitettä. Kehite rea-goi tunkeumavärin kanssa ja väri nousee kehitteen pintaan. Pintavirheet värjäytyvät, koskatunkeumaväri kerääntyy epäjatkuvuuskohtiin [18].

Ultraäänitarkastus (EN 1712...1714)

Ultraäänitarkastus soveltuu hitsin ja materiaalin sisäisten virheiden havaitsemiseen. Sisäisiävirheitä ovat mm. juurivirheet, halkeamat, huokoset ja säröt. Menetelmä soveltuu parhaitenläpihitsattujen saumojen tarkastukseen. Tarkastajalta vaaditaan pätevyys menetelmän käyt-töön (EN 473, taso 2).

Mittalaite kalibroidaan ja säädetään kyseiselle materiaalipaksuudelle. Tarkastettavalle pinnallelevitetään kytkentäaine, jotta saavutetaan hyvä kontakti. Laite lähettää materiaaliin ääniaallon,joka heijastuu virhekohdasta tai materiaalin pinnasta takaisin. Jos ääni heijastuu vasta pinnas-



581

ta, kyseisessä kohdassa ei ole virheitä. Tarkastuskohtaa on syytä luodata useassa kulmassa,koska ääniaaltojen suuntaisia virheitä on vaikea havaita.

Utraäänitarkastus ei sovellu ohuille materiaalipaksuuksille. Standardissa EN 1714 on ilmoitettupätevyysalueen alarajaksi 8 mm. Ultraäänitarkastus on erittäin vaativaa ja käytännön toiminnankannalta on suositeltavaa käyttää kokeneita tarkastajia.

Radiografinen tarkastus (EN 1435, EN 12517)

Sisäiset virheet ja pintavirheet voidaan havaita myös radiografisessa tarkastuksessa. Menetel-mä soveltuu etupäässä päittäisliitosten tarkastukseen. Materiaalin paksuus voi olla alle 1 mmpaksuisesta n. 30 mm ainevahvuuteen asti. Paksummilla materiaaleilla valotusaika piteneehuomattavasti [18]. Tarkastajalta vaaditaan pätevyys menetelmän käyttöön (EN 473, taso 2).

Filmi asetetaan tarkastettavan kappaleen toiselle puolelle. Vastakkaiselta puolelta suunnataanröntgensäteilyä kohteen läpi ja kuva projisoituu filmille. Filmi kehitetään, jonka jälkeen voidaantarkastella mahdollisia virheitä. Tutkimuksen aikana kohteen läheisyydessä ei voi työskennelläsäteilyvaaran takia ja tämä voi keskeyttää tuotannon tarkastuksen ajaksi.

8.8.2.2 NDT-menetelmien tarkastuslaajuus

Hitsien tarkastuslaajuudet ja vaatimukset on esitetty standardissa EN 1090-2. Toteutusluokas-sa EXC1 vaaditaan ainoastaan silmämääräinen tarkastus, jollei muuta esitetä. Taulukossa 8.25on esitetty standardin EN 1090-2 määrittelemät tarkastuslaajuudet muulle kuin silmämääräisel-le NDT-tarkastukselle.

Taulukko 8.25 Muun kuin silmämääräisen NDT:n tarkastuslaajuus [1]

Hitsin tyyppi Konepaja- ja asennushitsit

EXC2 EXC3 EXC4

Poikittaiset päittäishitsit ja osittain läpihitsatut päittäishitsit, joihin kohdis-tuu vetojännitys:

Hyväksikäyttöaste staattisluontoisille kuormille: U ≥ 50 %

Hyväksikäyttöaste staattisluontoisille kuormille: U < 50 %

10 %

0 %

20 %

10 %

100 %

50 %

Poikittaiset päittäishitsit ja osittain läpihitsatut hitsit:

Ristiliitoksissa

T-liitoksissa

10 %

5 %

20 %

10 %

100 %

50 %

Poikittaiset pienahitsit, joihin kohdistuu vetoa tai leikkausta

a > 12mm tai t > 20mm

a ≤ 12mm ja t ≤ 20mm

5 %

0 %

10 %

5 %

20 %

10 %

Pitkittäiset hitsit ja jäykisteiden hitsit 0 % 5 % 10 %

Kokoonpanon akselin suuntaiset hitsit katsotaan pitkittäisiksi. Kaikki muut katsotaan poikittaishitseiksi.

Hyväksikäyttöasteella tarkoitetaan hyväksikäyttöastetta kvasistaattisluontoisille kuormille. Hyväksikäyttöaste on U = Ed/Rd , missä Ed on hitsin suurin kuormavaikutus ja Rd on hitsin kestävyys murtorajatilassa.

Suureet a ja t viittaavat pienahitsin a-mittaan ja liitettävien materiaalien enimmäispaksuuteen.



582

Silmämääräinen tarkastus tulee suorittaa standardin EN 1090-2 mukaan koko hitsauspituudel-ta. Havaittaessa pintavirheitä, tarkastetulle hitsille tulee suorittaa tunkeumaneste tai magneet-tijauhetarkastus [1].

Hitsattaessa uutta hitsausohjetta (WPS) käyttäen, viiden ensimmäisen hitsin on täytettävä seu-raavat vaatimukset:

• hitsiluokka B vaaditaan osoittamaan, että hitsausohje (WPS) toimii tuotanto-olosuhteissa • tarkastuslaajuus on kaksinkertainen taulukon 8.25 arvoihin verrattuna, kuitenkin max 100 % • vähimmäistarkastuspituus on 900 mm.

Jos tarkastus antaa hylättyjä tuloksia, tulee syyt selvittää ja tarkastaa uusi viiden liitoksen sarja [1].

8.8.2.3 Ainetta rikkovat menetelmät

Ainetta rikkovia menetelmiä käytetään lähinnä hitsaus- ja menetelmäkokeissa eivätkä ne kuuluvarsinaisesti jokapäiväiseen tarkastustoimintaan konepajassa.

Näytekappaleet

Hitsatusta kappaleesta leikataan pala kohtisuoraan hitsauspintaa vastaan. Hiomisen ja kiillo-tuksen jälkeen leikkauspinta hapotetaan. Perusaine ja hitsialue pystytään erottamaan hapotuk-sen jälkeen selvästi. Menetelmä soveltuu hyvin tunkeuman määrittelyyn menetelmäkokeidenyhteydessä [18].

Kuva 8.7 Hitsisauman näytekappaleita

Murtokokeet

Murtokokeita käytetään esim. hitsaajien pätevyyskokeiden yhteydessä. Hitsauksen jälkeenkappale murretaan hitsialueelta. Murtokohdasta ja -pinnasta voidaan tutkia hitsiaineen lujuuttasuhteessa perusaineeseen tai hitsin liittymistä perusaineeseen [18].

8.8.3 Pintakäsittelyn tarkastus

Esikäsiteltyjen pintojen puhtaus ja karheus tarkastetaan standardien EN ISO 8501 ja EN ISO8503-2 mukaisesti. Maalattujen pintojen jokainen maalikalvo tarkastetaan standardien ISO



583

19840 ja EN ISO 2808 mukaisesti. Silmämääräisellä tarkastuksella varmistetaan, että maalaustäyttää standardin EN ISO 12944-7 vaatimukset.

Kuumasinkitys tarkastetaan standardin EN ISO 1461 mukaisesti.

Toteutuseritelmässä tulee määrittää rasitusluokissa työn hyväksyttävän minimilaatutason vah-vistamiseen käytettävät vertailualueet standardin EN ISO 12944-7 mukaisesti. Vertailualueettulee määrittää rasitusluokissa C1-C3 ja lm1-lm3 käytettäville korroosionestojärjestelmille, el-lei toisin esitetä.



584

8.9 Lähdeluettelo


[2] SFS-EN ISO 9692-1:2004. (EN ISO 9692-1:2003) Hitsaus ja sen lähiprosessit. Railomuotosuositukset. Osa 1: Terästen puIkko-, metallikaasukaari-, kaasuhitsaus-, TIG- ja sädehitsaus. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 40 s.

[3] SFS-EN ISO 9692-2:1998. (EN ISO 9692-2:1998) Hitsaus ja sen lähiprosessit. Railomuodot. Osa 2: Terästen jauhekaarihitsaus. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 17 s.




[7] Jonsson B. A proposal for new weld class system. Proceedings of Fatigue Design 2007, Senlis France 2007. 9 s.

[8] SFS-EN ISO 5817:2006. (EN ISO 5817:2003) Hitsaus. Teräksen, nikkelin, titaanin ja niiden seosten sulahitsaus (patsi sädehitsaus). Hitsiluokat. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 64 s.

[9] SFS-EN ISO 12944-2:1998. (EN ISO 12944-2:1998) Maalit ja lakat. Teräsrakenteiden korroosionesto suojamaaliyhdistelmillä. Osa 2: Ympäristöolosuhteiden luokittelu. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 20 s.

[10] SFS-EN ISO 12944-4:1998. (EN ISO 12944-4:1998) Maalit ja lakat. Teräsrakenteiden korroosionesto suojamaaliyhdistelmillä. Osa 4: Pintatyypit ja pinnan esikäsittely. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 38 s.

[11] SFS-EN ISO 12944-5:1998. (EN ISO 12944-5:1998) Maalit ja lakat. Teräsrakenteiden korroosionesto suojamaaliyhdistelmillä.



585

Osa 5: Suojamaaliyhdistelmät.Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 59 s. Standardin vanha revisio.

[12] SFS-EN ISO 12944-5:2008. (EN ISO 12944-5:2007) Maalit ja lakat. Teräsrakenteiden korroosionesto suojamaaliyhdistelmillä. Osa 5: Suojamaaliyhdistelmät.Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 39 s.

[13] SFS-EN ISO 1461: 2009. (EN ISO 1461:2009) Valurauta- ja teräskappaleiden kuumasinkkipinnoitteet. Spesifikaatiot ja testausmenetelmät. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 36 s.

[14] SFS-EN ISO 14713-1: 2010. (EN ISO 14713-1: 2009) Zinc coatings. Guidelines and recommendations for the protection against corrosion of iron and steel in structures. Part 1: General principles of design and corrosion resistance. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 21 s.

[15] SFS-EN ISO 14713-2: 2010. (EN ISO 14713-2: 2009) Zinc coatings. Guidelines and recommendations for the protection against corrosion of iron and steel in structures. Part 2: Hot dip galvanizing. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. 22 s.

[16] JRC Scientific and Technical Reports: Commentary and worked examples to EN 1993-1-10 “Material toughness and through thickness properties”. Background documents in support to the implementation, harmonization and further development of the Eurocodes. First Edition September 2008. EUR 23510 EN - 2008.

[17] Kinnunen J., Saarinen E., Tiira S., Ulvinen S., Väänänen E. 1989. Teräsrakenteiden suunnittelu. Rakentajain kustannus Oy. 183 s.

[18] Hirsimäki, H. 1996. Hitsaussaumojen laadunvarmistus. Teräsrakenteiden pääsuunnittelijan kurssi 16. -18.10.1996. Kurssiaineisto. Teräsrakenneyhdistys ry.



586

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————


HITSATUT PROFIILIT

Luku 9

587

9. KULJETUS

Teräsrakenteet kuljetetaan Suomessa konepajasta työmaalle yleensä tiekuljetuksena. Tiever-kon rajoitusten vuoksi vaihtoehtona tiekuljetukselle voidaan käyttää esimerkiksi rautatiekulje-tusta. Rakenteet voidaan kuljettaa ulkomaille tie- ja rautatiekuljetuksen lisäksi meri- tai ilmakul-jetuksena. Ilmakuljetus on kallis ja se soveltuu harvoin isojen rakenteiden kuljetukseen.

Teräsrakenteet saattavat olla niin suuria, että esimerkiksi maantiekuljetuksessa joudutaan käyt-tämään erikoiskuljetusta, vaikka suunnittelija pyrkii suunnittelemaan rakenteet normaalikul-jetuksen mitta- ja painorajojen mukaan. Tie- ja rautatiekuljetusten mittojen ja painojen rajatnormaali- ja erikoiskuljetukselle vaihtelevat maittain.

9.1 Tiekuljetuksen mitta- ja painorajat sekä kuljetusluvat

Tiekuljetus voi olla joko yleisesti teillä sallituissa rajoissa, erikoiskuljetus vapaissa mittarajoissatai erikoiskuljetus luvan perusteella. Tiekuljetuksen mittarajat ajoneuvoyhdistelmällä kuljetet-taessa ovat (mitat kuormattuna):

YL (m) EK (m) Korkeus: 4,2 4,4 Leveys: 2,55 4,0 Pituus: • kuorma-auto ja puoliperävaunu 16,5 30,0 • moduuliyhdistelmät Suomessa 25,25 27,0

YL = enintään yleisesti tielle sallitut mitat EK = erikoiskuljetukselle enintään tielle sallitut vapaat mitat (ei vaadi erillistä lupaa)

Erikoiskuljetuksissa on huomioitava esimerkiksi se, että leveyden ylittäessä 3,5 metriä, vaadi-taan varoitusauto edessä, joka lisää selkeästi kuljetuskustannuksia. Suunnittelussa on siishuomioitava kestävyyden, valmistuksen ja asennuksen lisäksi myös rakenteen tai sen osienkuljetukseen liittyvät näkökohdat.

Erikoiskuljetuksessa pituuden rajoissa kuorman ylitykset takana saavat olla enintään varsinai-sen perävaunun yhdistelmässä 4 metriä ja puoliperävaunun yhdistelmässä 6 metriä. Vapaitamittoja suuremmalle kuljetukselle voidaan myöntää erikoiskuljetuslupa. Erikoiskuljetusluvanvoi Suomeen Ahvenanmaata lukuun ottamattta myöntää Pirkanmaan ELY-keskus (vuoden2010 alusta toistaiseksi) yleisten teiden lisäksi kuntien kaduille. Yksityistielle riittää suostumustienpitäjältä. Poliisi ei enää myönnä erikoiskuljetuslupia.

Kaikki yliraskaat kuljetukset tarvitsevat erikoiskuljetusluvan. Lupa voidaan myöntää, jos kuor-mana on yksi esine. Tielle yleisesti sallittujen painojen tärkeimmät rajat ovat:

• yksittäinen akseli 10 to • vetävä yksittäinen akseli 11,5 to • kaksiakselinen teli (akselivälistä riippuen) 11,5, 16 tai 18 to • kolmeakselinen teli (akselivälistä riippuen) 21 tai 24 to • ajoneuvo kaksiakselisena 18 to • ajoneuvo kolmeakselisena 25 tai 26 to • ajoneuvo neliakselisena 31 tai 32 to


HITSATUT PROFIILIT

Luku 9

588

• ajoneuvo viisiakselisena 38 to • ajoneuvoyhdistelmä, auto ja puoliperävaunu 48 to • ajoneuvoyhdistelmä neliakselisena 36 to • ajoneuvoyhdistelmä viisiakselisena 44 to • ajoneuvoyhdistelmä kuusiakselisena 53 to • ajoneuvoyhdistelmä seitsemän tai useampiakselisena 60 to

Muiden kuin EU- tai ETA- valtiossa rekisteröityjen tai käyttöön otettujen ajoneuvoyhdistelmienpainot ovat enimmillään 40 tonnia. Yksityiskohtaiset tiedot löytyvät asetuksesta ajoneuvojenkäytöstä tiellä [1].

9.2 Rautatiekuljetus

Kuljetusvaunujen kuormauksessa noudatetaan VR Cargon julkaisemaa Tavaran kuormausoh-jeita, jotka löytyvät verkosta osoitteesta [www.vrcargo.fi]. Jos kyseistä ohjetta ei voida soveltaa,kyseessä on erikoiskuljetus, joka vaatii kuljetusluvan. Luvan laatii VR Cargon kotimaan tava-rankuljetusyksikkö [2].

Rautatiekuljetusta käsitellään lähteessä [2]. Siinä esitetään kuljetuksessa käytettävät tavaran-kuljetusvaunut sekä vaunujen kuormausalat ja maksimikuormat. Kuljetukseen valittavan vau-nun tyyppi riippuu rakenteen muodosta sekä painosta.

9.3 Lähdeluettelo

[1] Suomen säädöskokoelma. Asetus ajoneuvojen käytöstä tiellä: Asetukset 1257/1992, 670/1997, 230/2002, 326/2004.

[2] VR Cargo, verkkosivut [www.vrcargo.fi] (2.6.2010)


HITSATUT PROFIILIT

Luku 10

589

10. ASENNUS

10.1 Yleistä

Rakenteiden suunnitteluvaiheessa on otettava huomioon asennuksen vaatimukset. Rakenne-osat on suunniteltava siten, että ne voidaan helposti nostaa paikoilleen ja että ruuviliitoksetpystytään kiristämään koneellisesti. Työmaalla käytettävät nosturit voivat rajoittaa rakenne-osien maksimipainoa. Tarvittaessa raskaisiin rakenneosiin on suunniteltava nostokorvakkeettai -lenkit. Ennen raskaiden rakenteiden suunnittelua on selvitettävä työmaalla käytettäviennostureiden nostokapasiteetit. Yleisperiaatteena asennusystävällisessä suunnittelussa on, ettänosturien käyttö ja tarvittava käyttöaika minimoidaan. Teräsrungon asennusta käsitellään yksi-tyiskohtaisesti lähteessä [1].

10.2 Asennustoleranssit

Standardissa EN 1090-2 on esitetty asennuksiin liittyviä toleransseja. Toleransseja on kaksiryhmää: olennaiset geometriset toleranssit ja toiminnalliset geometriset toleranssit, jotka mo-lemmat ryhmät ovat sitovia.

Olennaiset geometriset toleranssit

varmistavat rakenteen lujuu-jen ja stabiiliuden, mutta eivät varmista toiminnallisuutta.

Toiminnalliset geometriset tole-ranssit

, jotka on yleensä jaoteltu kahteen toleranssiluokkaan, varmistavat rakenteen käytettä-vyyden. Käytännössä jaottelu ei ole näin selkeä. Rakenteen on toteutettava samanaikaisestiolennaiset toleranssit ja toiminnallisista toleransseista toleranssiluokka 1 tai 2 toteutuseritel-män mukaan. Taulukoihin 10.1 - 10.6 on koottu osa hitsattuja profiileja koskevista olennaisistaja toiminnallisista asennustoleransseista. Täydelliset toleranssitaulukot, ks. EN 1090-2. Suun-nittelijan on tapauskohtaisesti harkittava, onko suunnittelukohteessa käytettävä tiukempia tole-ransseja.

Standardi EN 1090-2 antaa lisäksi hitsatuille rakenteille mahdollisuuden käyttää toiminnallistentoleranssien sijasta standardissa EN 1090-2 määriteltyjä EN ISO 13920 mukaisia luokkia.

Standardissa on toleranssit perustusruuveille ja pohjalevylle. Ennen asennustyön aloitusta onhyvä tarkastaa perustusten sijainnit ja niiden toleranssit, jottei asennusvaiheessa tule suuriaylimääräisiä ongelmia. Hankintasopimuksissa saattaa olla esimerkiksi ehto, jossa perustusruu-vien ja pohjalevyjen sijainnin tarkastusvastuu kuuluu teräsrakenteen toimittajalle ja tällöin lai-minlyönti tarkastuksessa saattaa tulla hyvin kalliiksi.


HITSATUT PROFIILIT

Luku 10

590

Taulukko 10.1

Olennaiset asennustoleranssit – Yksikerroksiset ja monikerroksiset pilarit ja rakennukset [2].

(jatkuu)


Δ

Pilareiden vinous yksikerroksissa portaalikehissä:

Vinous, yleinen tapaus

Saman kehän pilareiden keskimääräinen vinous

Δ

[kahdelle pilarille

Δ

= (

Δ

1

+

Δ

2

) / 2]

Δ

=

±

h/300

Δ

=

±

h/500

Yksikerroksisen pilarin suoruus: Pilarin sijainti pohjan ja huipun sijaintipisteitä yhdistävän suoran linjan suhteen:

- yleensä

- rakenneputkille

Δ

=

±

h/750

Δ

=

±

h/750

Pilareiden vinous, monikerrosrakennukset:

Pilarin vinous

Δ

pohjatasolla olevan keskiönsä kautta kulkevan pystysuoran linjan suhteen

Pilarin vinous

Δ

a

seuraavan alemman kerroksen tasossa olevan keskiönsä kautta kulkevan pystysuoran linjan suhteen

Pilarin suoruuspoikkeama tasojen välillä

|

Δ

| =

Σ

h/(300·

√

n)

Δ

a

=

±

h/500

Δ

=

±

h/750

h

Δ1Δ2

h

Δ

ΔΔa

Σh

h 4h 3

h 2h 1


HITSATUT PROFIILIT

Luku 10

591

Taulukko 10.1

Olennaiset asennustoleranssit – Yksikerroksiset ja monikerroksiset

(jatkuu)

pilarit ja rakennukset [2].

Taulukko 10.2

Olennaiset asennustoleranssit – Taivutetut palkit ja puristetut kokoonpanot [2]


Δ

Jatketun pilarin suoruus peräkkäisten kerrostasojen välillä:

Pilarin sijainti jatkoskohdassa peräkkäisissä kerrostasoissa olevien sijaintipisteiden kautta kulkevan suoran linjan suhteen

Δ

=

±

s/750 missä s

≤

h/2

Tukipinnat kosketuspainetta hyväksikäytettäessä:

Paikallinen kulmapoikkeama

Δθ

kun kohdassa “X” on samanaikaisesti rako

Δ

Δθ

=

±

1/500 rad

a)

sekä samalla:

•

Δ

= 0,5 mm vähintään kahdella kolmasosalla kosketuspinnasta

•

Δ

= 1,0 mm, suurin arvo paikallisesti

a) Alkuperäisessä tekstissä on virheellisesti

Δ

=

±

h/500


Δ

Taivutettujen palkkien ja puristettujen kokoonpanojen suoruus, kun niitä ei ole tuettu

Suoruuspoikkeama

Δ

Δ

= L/750

h

Δ

s


HITSATUT PROFIILIT

Luku 10

592

Taulukko 10.3

Toiminnalliset asennustoleranssit – Betoniperustukset ja tuet [2]


Δ

Perustustaso ja perustusruuvi:

Perustustason poikkeama

Δ

suunnitellusta tasosta

Pystysuoran seinän sijainti vaakatason suuntaisesti teräsrakenteen tuen kohdalla

Säädettävä perustusruuvi: - kärjen sijainti - pystysuora ulkonema

Δ

p

Esiasennettu perustusruuvi, jota ei säädetä: - kärjen sijainti - pystysuora ulkonema

Δ

p

- vaakasuora ulkonema

Δ

x

-15 mm

≤ Δ ≤

+ 5 mm

Δ

=

±

25 mm

Δ

y

,

Δ

z

=

±

10 mm - 5 mm

≤ Δ

p

≤

+ 25 mm

Δ

y

,

Δ

z

=

±

3 mm - 5 mm

≤ Δ

p

≤

+ 45 mm - 5 mm

≤ Δ

x

≤

+ 45 mm

Betoniin valettu ankkurilevy (teräksestä):

Poikkeama

Δ

x

,

Δ

z

,

Δ

y

suunnitellusta sijainnista

Δ

x

,

Δ

z

,

Δ

y

= ± 10 mm

Δp

Δz Δy

Δ

A - A

Δx

ΔyΔz

A A


HITSATUT PROFIILIT

Luku 10

593

Taulukko 10.4

Toiminnalliset asennustoleranssit – Pilareiden sijainti

[2]


Δ

Luokka 1 Luokka 2

Sijainti:

Pilarin keskiön sijainti perustuslevynsä tasossa olevan sijaintipisteen (PR) suhteen

Δ

=

±

10 mm

Δ

=

±

5 mm

Rakennuksen kokonaispituus ja pilareiden välimatka:

Päätypilareiden välimatka jokaisella linjalla perustustasolla :

L

≤

30 m 30 m

<

L

<

250 m L

≥

250 m

Yksittäinen pilariväli :

L

s

≤

5 m L

s

> 5 m

Δ

=

±

20 mm

Δ

=

±

0,25·(L+ 50) mm

Δ

=

±

0,1·(L+ 500) mm (L metreinä)

Δ

=

±

10 mm

Δ

=

±

0,2·(L+ 45) mm (L

s

metreinä)

Δ

=

±

16 mm

Δ

=

±

0,2·(L+ 50) mm

Δ

=

±

0,1·(L+ 350) mm (L metreinä)

Δ

=

±

7 mm

Δ

=

±

0,2·(L+ 30) mm (L

s

metreinä)

Pilareiden linjaus: Pilareiden keskilinjan sijainti perustustasolla suhteessa teoreettiseen pilarilinjaan (ECL)

Pilareiden ulkopinnan sijainti viereisten pilareiden pintoja yhdistävän linjan suhteen

Δ

1

=

±

10 mm

Δ

2

=

±

10 mm

Δ1 = ± 7 mm

Δ2 = ± 7 mm

Δ

Δ

Ls+Δ

L+Δ

L+Δ

Δ1 Δ2



594

Taulukko 10.5 Toiminnalliset asennustoleranssit – Yksikerroksiset ja monikerroksiset pilarit ja rakennukset [2].

(jatkuu)


Luokka 1 Luokka 2

Pilareiden vinous yksikerroksissa portaalikehissä:

Vinous, yleinen tapaus

Yksittäisen pilarin vinous Δ1 tai Δ2

Saman kehän pilareiden keskimääräinen vinous Δ [kahdelle pilarille Δ = (Δ1+ Δ2) / 2]

Δ = ± h/300

Δ = ± h/150

Δ = ± h/500

Δ = ± h/500

Δ = ± h/300

Δ = ± h/500

Pilareiden vinous, monikerrosrakennukset:

Pilarin vinous Δ pohjatasolla olevan keskiönsä kautta kulkevan pystysuoran linjan suhteen

Pilarin vinous Δa seuraavan alemman kerroksen tasossa olevan keskiönsä kautta kulkevan pystysuoran linjan suhteen sekä suoruuspoikkeama tasojen välillä

|Δ | = Σh/(300·√n)

Δa = ± h/500

|Δ | = Σh/(500·√n)

Δa = ± h/1000

Jatketun pilarin suoruus peräkkäisten kerrostasojen välillä:

Pilarin sijainti jatkoskohdassa peräkkäisissä kerrostasoissa olevien sijaintipisteiden kautta kulkevan suoran linjan suhteen

Δ = ± s/500 missä s ≤ h/2

Δ = ± s/1000 missä s ≤ h/2

h

Δ1Δ2

ΔΔa

Σh

h 4h 3

h 2h 1

h

Δ

s



595

Taulukko 10.5 Toiminnalliset asennustoleranssit – Yksikerroksiset ja monikerroksiset (jatkuu) pilarit ja rakennukset [2].

(jatkuu)


Luokka 1 Luokka 2

Korkeus:

Kokonaiskorkeus perustustasosta:

h ≤ 20 m 20 m < h < 100 m h ≥ 100 m

Δ = ± 20 mm Δ = ± 0,5·(h+ 20) mm Δ = ± 0,2·(h+ 200) mm (h metreinä)

Δ = ± 10 mm Δ = ± 0,25·(h+ 20) mm Δ = ± 0,1·(h+ 200) mm (h metreinä)

Kerroskorkeus ja vaakapalkin kaltevuus:

Peräkkäisten tasojen välinen korkeus

Vaakapalkin kaltevuus (päiden korkeusero)

Δ = ± 10 mm

Δ = ± L/500 mutta |Δ | ≤ 10 mm

Δ = ± 5 mm

Δ = ± L/1000 mutta |Δ | ≤ 5 mm

Suhteelliset korkeusasemat:

Vierekkäisten palkkien korkeusasemat

Δ = ± 10 mm Δ = ± 5 mm

Kiinnitysten korkeusasemat:

Palkin korkeusasema palkin ja pilarin kiinnityskohdassa teoreettisen lattiatason (EFL) suhteen mitattuna

Δ = ± 10 mm Δ = ± 5 mm

h +

Δh

+ Δ

Δ

L

Δ Δ

Δ

EFL

A - A

A A



596

Taulukko 10.5 Toiminnalliset asennustoleranssit – Yksikerroksiset ja monikerroksiset (jatkuu) pilarit ja rakennukset [2].


Luokka 1 Luokka 2

Pilarin jatkos:

Suunnittelematon epäkeskeisyys e (jomman kumman akselin suhteen)

5 mm 3 mm

Pilarin pohjalevy:

Pilarin rungon alapään korkeusasema sen sijaintipisteelle (PP) annetun korkeusaseman suhteen.

Δ = ± 5 mm Δ = ± 5 mm

Huom 1: Korkeusasemat mitataan teoreettisen lattiatason suhteen (esitettyjen lattiatasojen par as sovitus pilarin pituuksien toleransseille sovitettuna).

Huom 2: Merkintä esim. Δ = ± L/500 mutta |Δ | ≤ 10 mm tarkoittaa, että pienempi kahdesta arvosta vaaditaan.

e



597

Taulukko 10.6 Toiminnalliset asennustoleranssit – Rakennusten palkit [2].

(jatkuu)


Luokka 1 Luokka 2

Välimatka:

Viereisten asennettujen palkkien etäisyyden poikkeama Δ molemmissa päissä mitattuna

Δ = ± 10 mm Δ = ± 5 mm

Sijainti pilareiden kohdalla:

Palkin ja pilarin välisen kiinnityksen sijainnin poikkeama pilarin suhteen mitattuna

Δ = ± 5 mm Δ = ± 3 mm

Suoruus tasossa: Asennetun L:n pituisen palkin tai ulokkeen suoruuden poikkeama Δ

Δ = ± L/500 Δ = ± L/1000

s+Δ

Δ

Δ

L

Δ



598

Taulukko 10.6 Toiminnalliset asennustoleranssit – Rakennusten palkit [2] (jatkuu)

10.3 Ruuviliitokset

10.3.1 Yleistä

Ruuvin nimellishalkaisijan tulee olla vähintään 12 mm, ellei toisin esitetä. Muotosauvoille jamuotolevyrakenteille kiinnittimien vähimmäishalkaisijat esitetään tyypeittäin. Ruuvin pituus tu-lee valita niin, että vähintään yksi kierre tulee kiristämisen jälkeen mutterin ulkopuolelle. Samal-la on myös varmistettava, että mutterin kantopinnan ja ruuvin kierteettömän varren väliin tuleejäädä yksi kierre kierteen päätteen lisäksi. Esijännitetyillä ruuveilla tulee jäädä neljä täyttä kier-rettä (kierteen pääte mukaan lukien) mutterin kantopinnan ja kierteettömän varren väliin.

Mutterin tulee vapaasti kiertyä yhteenkuuluvassa ruuvissa. Kaikki ruuvi-mutterikokoonpanot,joissa mutteri ei kierry vapaasti tulee hylätä. Mutterit pitää asentaa siten, että niiden merkinnätovat näkyvissä asennuksen jälkeisessä tarkastuksessa.

Standardin EN 1090-2 mukaan aluslaattoja ei tarvita esijännittämättömissä liitoksissa, kun ruu-vit asennetaan tavallisiin pyöreisiin reikiin. Jos aluslaattoja edellytetään käytettäväksi, tuleeesittää laitetaanko aluslaatta vain kierrettävän osan, joka on yleensä mutteri, vai mutterin jaruuvin kannan alle. Yksileikkeisissä päällekkäisliitoksissa, joissa on vain yksi ruuvirivi, tuleealuslaattojen olla sekä mutterin että ruuvin kannan alla.

Esijännitettyjen ruuvien kannan alla käytetään standardin EN 14399-6 mukaisia viistettyjä alus-laattoja ja viisteen tulee olla ruuvin kannan puolella. Standardin EN 14399-5 mukaisia (viisteet-tömiä) aluslaattoja saa käyttää vain mutterin alla. Puristevälin säätämiseksi voidaan käyttää yh-tä ylimääräistä levyaluslaattaa tai enintään kolmea aluslaattaa, joiden yhteenlaskettu paksuuson korkeintaan 12 mm. Nämä tulee sijoittaa sen osan alle, jota ei kierretä.


Luokka 1 Luokka 2

Kaarevuus: Asennetun L:n pituisen palkin tai ristikon sauvan keskikohdan kaarevuuden poikkeama Δ tarkoitetusta esikorotuksesta f

Δ = ± L/300 Δ = ± L/500

Ulokkeen esiasetus:

Asennetun L:n pituisen ulokkeen pään poikkeama Δ tarkoitetusta esiasetuksesta f

Δ = ± L/200 Δ = ± L/300

LfΔ

L

Δf



599

Ruuvikokoonpanojen standardeja, yleisiä ohjeita ja suosituksia on esitetty kohdassa 3.5.1 tau-lukoissa 3.2 - 3.8.

10.3.2 Ruuviliitosten asentaminen

10.3.2.1 Esijännittämättömien ruuvien asentaminen

Esijännittämättömien ruuvien kanssa on suositeltavaa käyttää aluslaattaa sillä puolella ruuvia(normaalisti mutterin alla), mistä kiristetään. Muuten liitettävän osan pinnoite voi vaurioitua.

Saman kerroksen muodostavien erillisten levyosien välinen paksuusero saa olla enintään2 mm ja esijännitettäviä ruuveja käytettäessä enintään 1 mm. Täytelevyjen paksuus tulee valitasiten, että niiden lukumäärä on enintään kolme. Liitettävät osat liitetään tiiviisti yhteen. Kun kiin-nitetään levyjä, joiden ainepaksuus on t ≥ 4 mm, ja profiileja joiden ainepaksuus on t ≥ 8 mm,voidaan liitoksen reunoilla hyväksyä 4 mm raot edellyttäen, että liitoksen keskellä saavutetaantiivis kosketus, ellei vaadita täyttä kosketuspainetta.

Ruuvi kiristetään sopivalla työkalulla siten, että liitospintojen välillä on tiivis kosketus. Normaa-listi ruuvi kiristetään kiertämällä mutteria. Ruuviryhmän ruuvit kiristetään aloittaen liitoksen jäy-kimmästä kohdasta ja edeten kohti vähiten jäykkää kohtaa. Tasaisen kiristyksen saavuttaminenvoi vaatia useamman kuin yhden kiristyskierroksen. Suuret ruuviryhmät kiristetään keskeltä al-kaen ja edeten reunoihin vuorotellen keskikohdan molemmin puolin. Standardissa EN 1090-2ei edellytetä muttereiden lukitsemista (paitsi merkittäville värähtelyille alttiissa ohutlevykokoon-panojen pienen puristevälin liitoksissa kuten esim. varastohyllyissä), vaan lukitsemisen tarpeel-lisuus jää suunnittelijan päätettäväksi. Erikseen tulee esittää, jos muttereiden varmistamiseksion kiristämisen lisäksi käytettävä muita toimenpiteitä tai välineitä. Asiasta on mainittava toteu-tuseritelmässä. Muttereita ei saa lukita hitsaamalla, ellei toisin esitetä.

10.3.2.2 Esijännitettävien ruuvien asentaminen

Esijännitettävien ruuvien kanssa käytetään aluslaattoja siten, että lujuusluokassa 8.8 aluslaat-taa on käytettävä sillä puolella ruuvia (normaalisti mutterin alla), mistä kiristetään ja lujuusluo-kassa 10.9 aluslaattaa käytetään sekä mutterin että kannan puolella.

Kiristäminen aloitetaan liitoksen jäykimmästä kohdasta, josta edetään vähitellen kohti liitoksenvähiten jäykkää kohtaa. Tasainen esijännitys saattaa edellyttää useamman kuin yhden kiristys-kierroksen.

Esijännitettävien ruuvien kiristämisessä on standardissa EN 1090-2 esitetty neljä eri menetel-mää:

• vääntömomenttimenetelmä • yhdistetty menetelmä • HRC-kiristysmenetelmä ja • vedon ilmaisuun perustuva (DTI, direct tension indicator) menetelmä.

Vedon ilmaisuun perustuva menetelmä perustuu esijännitysvoiman ilmaiseviin aluslaattoi-hin standardissa EN 14399-9 esitetyn mukaisesti.



600

HRC-menetelmässä käytetään standardin EN 14399-10 mukaisia erityisiä HRC-ruuveja jaerikoisväännintä. Ruuvikokoonpanon asennus on valmis kun ruuvin varresta irtileikkautuva pääirtoaa varren murtumiskohdassa. HRC-menetelmä kontrolloi esijännitystä automaattisesti ruu-vin geometristen ja vääntömekaanisten ominaisuuksien ja voitelutilan avulla. Sitä ei tarvitsekalibroida.

Vääntömomenttimenetelmässä tulee käyttää kalibroitua momenttiavainta, jonka tarkkuus on± 4 % standardin EN ISO 6789 mukaisesti. Momenttiavaimen tarkkuus tulee tarkastaavähintään kerran viikossa. Jos momenttiavainta käytetään yhdistetyn menetelmän yhteydessäainoastaan ensimmäisessä kiristysvaiheessa, riittää että tarkkuus on ± 10 % ja tarkkuustarkastetaan kerran vuodessa. Tarkastaminen tulee aina uusia avaimeen kohdistuvan häiriöti-lanteen jälkeen (merkittävä tärähdys, putoaminen, ylikuormitus jne). Kiristäminen tulee suorit-taa kahdessa vaiheessa seuraavasti:

a) ensimmäinen vaihe: ruuvit tulee kiristää momenttiin, jonka arvo on 75 % momentista joka lasketaan kaavasta:

missä km on luokan K2 mukainen k-kertoimen keskiarvo (ruuvin valmistaja ilmoittaa)


Fp.C on ruuvin esijännitysvoiman vähimmäisarvo,

Fp.C = 0,7fub As (taulukko 10.7)

Kaikki liitoksen ruuvit tulee kiristää ensimmäiseen vaiheeseen, ennen kuin toinen vaihe aloi-tetaan.

b) toinen vaihe: ruuvit kiristetään momenttiin, jonka arvo on 1,1 × Mr.2 .

Yhdistetyssä menetelmässä ruuvit kiristetään kahdessa vaiheessa seuraavasti:

a) ensimmäinen vaihe: ruuvit kiristetään 75% momenttiin kuten vääntömomenttimenetelmässä.

b) toinen vaihe: kierrettävää osaa kierretään taulukossa 10.8 esitetyn kulman verran, jolloin saavutetaan lopul-linen esijännitysvoima. Mutterin asema (jos kierrettävä osa on mutteri) ruuvin kierteiden suh-teen tulee merkitä ensimmäisen vaiheen jälkeen väriliidulla tai maalimerkinnällä niin, ettämutterin lopullinen kiertymä ruuvin suhteen toisessa vaiheessa voidaan helposti määrittää.

Taulukko 10.7 Ruuvien esijännitysvoiman Fp.C vähimmäisarvot (kN) [2]

Lujuus- luokka

Ruuvin koko

M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30 M36

8.8 47 88 137 170 198 257 314 458

10.9 59 110 172 212 247 321 393 572

Mr.2 km d Fp.C (9.1)⋅ ⋅=



601

Taulukko 10.8 Yhdistetty menetelmä, vaiheen 2 lisäkiertymä (8.8 ja 10.9 ruuveille) [2]

Esijännitettävien ruuvien esijännitysvoiman Fp.C vähimmäisarvo on esitetty taulukossa 10.7.Tätä esijännitysvoimaa tulee käyttää kaikissa esijännitettävissä liukumisen kestävissä kiinnityk-sissä ja muissakin esijännitettävissä kiinnityksissä, ellei pienempää esijännitysvoimaa erikseenesitetä. Jälkimmäisessä tapauksessa tulee esittää myös tarkoitetut ruuvikokoonpanot, kiristys-menetelmä, kiristysparametrit ja tarkastusvaatimukset [2].

10.4 Lähdeluettelo

[1] Saarni, R. (toim.) 1997. Teräsrungon asennus. Rakennustieto Oy. 82 s.


Kiinnitettävien osien kokonaisnimellispaksuus t (kaikki säätölevyt ja aluslaatat mukaan lukien)

d=ruuvin halkaisija

Lisäkiertymä kiristämisen toisessa vaiheessa

Astetta Kierroksen osa

t < 2 d 60º 1/6

2d ≤ t < 6d 90º 1/4

6d ≤ t ≤ 10d 120º 1/3

Jos ruuvin tai mutterin alla oleva pinta ei ole kohtisuorassa ruuvin akseliin nähden (sallittua vinoaluslaattojen yhteydesä), vaadittava kiertokulma määritetään kokeellisesti.



602

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————


HITSATUT PROFIILIT

Liite 11.1

603

11. LIITTEET

11.1 EUROCODE-järjestelmä ja EN 1090

Eurocode on yhteiseurooppalainen kantavien rakenteiden suunnittelustandardi, joka sisältyyCEN:n julkaisemaan EN-standardien muodostamaan standardiperheeseen. Eurocoden eriosille on varattu standardien numerot EN 199x.

Eurocode-standardien valmistelu alkoi jo vuonna 1975. Ensimmäiset versiot julkaistiin komis-sion toimesta vuonna 1984. Sen jälkeen jatkotyö annettiin eurooppalaiselle standardointieli-melle CEN:lle. CEN julkaisi 62 kappaletta ENV-Eurocodeja (esistandardeja) vuosina 1992-98.ENV-versioiden muuttaminen varsinaisiksi EN-standardeiksi alkoi vuonna 1998, ja valmiit EN-Eurocodet julkaistiin vuosina 2002-2007.

EN-versioissa on kansallisesti määrättäviä parametreja (NDP, Nationally Determined Parame-ters). Eurocodessa esitetään niille suositusarvot, mutta jäsenmaat voivat antaa omia arvojaankansallisessa liitteessä (NA, National Annex). Kutakin Eurocoden osaa tulee siten käyttää yh-dessä kohdemaan kyseisen osan kansallisen liitteen kanssa.

CEN:n jäsenmaita, ja siten myös Eurocode-järjestelmää käyttäviä maita, on Euroopassa 30.

Suomessa Ympäristöministeriö vastaa Eurocode-järjestelmän käyttöönotosta omalla hallin-nonalallaan ja Liikenne- ja viestintäministeriö omalla hallinnonalallaan (tie- ja rautatiesillat).

Ympäristöministeriön hallinnonalalla EN-Eurocoden käyttöönotto on tapahtunut vaiheittainvuosina 2007-2010. Liikenne- ja viestintäministeriön hallinnonalalla EN-Eurocode on otettukäyttöön 1.6.2010.

Eurocode-järjestelmä sisältää seuraavat 10 pääosaa:

EN 1990 Eurocode 0: Suunnittelun perusteet EN 1991 Eurocode 1: Rakenteiden kuormat EN 1992 Eurocode 2: Betonirakenteiden suunnittelu EN 1993 Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu EN 1994 Eurocode 4: Betoni-teräs -liittorakenteiden suunnittelu EN 1995 Eurocode 5: Puurakenteiden suunnittelu EN 1996 Eurocode 6: Muurattujen rakenteiden suunnittelu EN 1997 Eurocode 7: Geotekninen suunnittelu EN 1998 Eurocode 8: Rakenteiden suunnittelu maanjäristyksen suhteen EN 1999 Eurocode 9: Alumiinirakenteiden suunnittelu

Kukin pääosa (osaa EN 1990 lukuunottamatta) jakautuu useisiin erillisiin osiin, jotka on julkais-tu omina dokumentteinaan. Yhteensä Eurocode-järjestelmä sisältää siten 58 erillistä osaa ja yli5000 sivua. Teräsrakenteiden kannalta niistä keskeisimpien, eli Eurocode 1:n ja Eurocode 3:n,eri osat on esitetty seuraavalla sivulla.

HP_LIITE.FM Page 603 Tuesday, August 24, 2010 3:44 PM

HITSATUT PROFIILIT

Liite 11.1

604

11.1.1 Eurocode 1: Rakenteiden kuormat

Eurocode 1 sisältää seuraavat osat:

EN 1991-1-1 Yleiset kuormat, tilavuuspainot, oma paino ja rakennusten hyötykuormat EN 1991-1-2 Palolle altistettujen rakenteiden rasitukset EN 1991-1-3 Lumikuormat EN 1991-1-4 Tuulikuormat EN 1991-1-5 Lämpötilakuormat EN 1991-1-6 Toteuttamisen aikaiset kuormat EN 1991-1-7 Onnettomuuskuormat EN 1991-2 Siltojen liikennekuormat EN 1991-3 Nostureiden ja muiden koneiden aiheuttamat kuormat EN 1991-4 Siilojen ja säiliöiden kuormat

11.1.2 Eurocode 3: Teräsrakenteiden suunnittelu

Eurocode 3 sisältää seuraavat osat:

EN 1993-1-1 Yleiset säännöt EN 1993-1-2 Rakenteen palomitoitus EN 1993-1-3 Lisäsäännöt kylmämuovatuille sauvoille ja levyille EN 1993-1-4 Ruostumattomia teräksiä koskevat lisäsäännöt EN 1993-1-5 Levyrakenteet EN 1993-1-6 Kuorirakenteiden lujuus ja stabiilius EN 1993-1-7 Levyrakenteet, joihin kohdistuva kuormitus ei ole levyn tason suuntainen EN 1993-1-8 Liitosten mitoitus EN 1993-1-9 Väsyminen EN 1993-1-10 Materiaalin sitkeys ja paksuussuuntaiset ominaisuudet

(haurasmurtuma ja lamellirepeily) EN 1993-1-11 Vedettyjä rakenneosia sisältävien rakenteiden suunnittelu

(köydet, vetotangot) EN 1993-1-12 Lisäohjeet lujuusluokkien S500-S700 teräksille EN 1993-2 Sillat EN 1993-3-1 Mastot EN 1993-3-2 Savupiiput EN 1993-4-1 Siilot EN 1993-4-2 Säiliöt EN 1993-4-3 Putkilinjat EN 1993-5 Paalut EN 1993-6 Nosturia kannattavat rakenteet


HITSATUT PROFIILIT

Liite 11.1

605

11.1.3 EN 1090: Teräs- ja alumiinirakenteiden toteutus

Teräs- ja alumiinirakenteiden osalta Eurocode-järjestelmään liittyy kiinteästi rakenteiden toteu-tusta ohjaava standardi EN 1090. Eurocode 3:n ja Eurocode 9:n lähtökohta on, että rakenteettoteutetaan standardin EN 1090 mukaisin ohjein ja toleranssein, jotta ne täyttävät Eurocodenmukaisen varmuus- ja luotettavuustason. Vastaavasti EN 1090 viittaa rakenteiden suunnittelunosalta suoraan Eurocoden ohjeisiin.

EN 1090 on ns. harmonisoitu standardi, eli se sisältää ZA-liitteen, jossa annetaan kantavienteräs- ja alumiinirakenteiden CE-merkintää koskevat ohjeet (osa EN 1090-1).

EN 1090 sisältää seuraavat osat:

EN 1090-1 Teräs- ja alumiinirakenteiden toteutus. Osa 1: Vaatimukset rakenteellisten kokoonpanojen vaatimustenmukaisuuden arviointiin

EN 1090-2 Teräs- ja alumiinirakenteiden toteutus. Osa 2: Teräsrakenteita koskevat tekniset vaatimukset

EN 1090-3 Teräs- ja alumiinirakenteiden toteutus. Osa 3: Alumiinirakenteita koskevat tekniset vaatimukset


HITSATUT PROFIILIT

Liite 11.1

606

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

Muistiinpanoja


HITSATUT PROFIILIT

Liite 11.1

607

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

Muistiinpanoja


HITSATUT PROFIILIT

Liite 11.1

608

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

——————————————————————————————————————————

Muistiinpanoja


ruukki hitsatut profiilit käsikirja...

Documents