Betonipilarin yksinkertaistettujen analyysimenetelmien vertailu

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin insinööritoimisto Magnus Malmberg Oy:lle. Insinööritoimisto Magnus Malmberg Oy on rakennesuunnitteluun ja projektinjohtotehtäviin erikoistunut suunnittelutoimisto. Rakennesuunnittelutoimistot ovat uuden haasteen edessä. Suomi on parhaillaan siirtymässä eurokoodiaikaan ja 1.4.2010 eurokoodi syrjäyttää Suomen rakentamismääräyskokoelman osan B, joka koskee kantavia rakenteita. Siirtymän seurauksena vastaan tulee joukko uusia mitoitusmenetelmiä.

Standardissa EN1992-1-1 esitetään kolme analyysimenetelmää, joilla otetaan toisen kertaluvun vaikutukset huomioon: yleinen menetelmä ja kaksi yksinkertaistettua menetelmää. Standardin EN1992-1-1 Suomen kansallinen liite määrittää suunnittelijan valitsemaan käytettävän yksinkertaistetun analyysimenetelmän tapauskohtaisesti, eikä ota sen tarkemmin kantaa yksinkertaistettujen analyysimenetelmien valintaan.

Tässä työssä tarkasteltiin normaalivoiman kuormittaman rakenneosan toisen kertaluvun vaikutuksien määrittämiseen käytettävien yksinkertaistettujen analyysimenetelmien välisiä eroja. Työ aloitettiin perehtymällä pilareiden suunnitteluperusteisiin ja mitoitusperiaatteisiin. Työssä muodostettiin yhteisvaikutusdiagrammeja tutkimukseen valituille mallirakenteille ja tarkasteltiin yksinkertaistetuissa analyysimenetelmissä käytettyjen korjauskertoimien osuutta toisen kertaluvun vaikutuksiin. Lisäksi tarkasteltiin erillisten sauvojen hoikkuuskriteeriä sekä kapasiteettejä kummallakin yksinkertaistetulla menetelmällä.

Työn tuloksien perusteella päädyttiin, että nimellisjäykkyyden menetelmä antaa jopa huomattavasti suuremmat toisen kertaluvun vaikutukset kuin nimellisen kaarevuuden menetelmä. Johtopäätöksinä esitetään tapauksia, joiden perusteella nimellisjäykkyyden menetelmässä voidaan valita korjauskerroin tapauskohtaisesti. Tällöin yksinkertaistetut analyysimenetelmät lähenevät toisiaan. Johtopäätöksinä on esitetty myös joukko muita huomioon otettavia asioita ja muutamia epävarmuustekijöitä.

This engineering thesis was made for engineering office Magnus Malmberg Ltd. Engineering office Magnus Malmberg Ltd. is a design office specialized both in construction design and project management duties. Design offices are facing a new challenge. Finland is currently implementing Eurocode, which will replace the building regulation part B of Finland, dealing with load bearing structures, on 1 April 2010. Due to the replacement of regulations, many new design methods are introduced in the new Eurocode regulations.

There are three analysis methods introduced in standard EN1992-1-1 which can be used to define second order effects: a general method and two simplified methods. Finnish national annex of standard EN1992-1-1 defines the designer to choose one of the simplified methods by considering the case but it does not respond in detail to how to choose between simplified analysis methods.

In this thesis, differences were observed between the simplified analysis methods used to define second order effects for structures strained by normal strength. The thesis was started by familiarizing with the design and planning methods of concrete columns. In this thesis, interaction diagrams were created for example structures and analysis was conducted on how correction factors used in the simplified analysis methods affects second order effects. Also, the slenderness limit for isolated members and capacities were examined with both of the simplified analysis methods.

Based on the results of this thesis it can be concluded that the nominal stiffness method gives remarkably greater second order effects than the nominal curvature method. As a result, cases are introduced where the correction factor can be chosen case-specifically for nominal stiffness method. Thus the simplified methods give more similar results. Finally, a number of matters are introduced which need to be taken account, as well as some factors of uncertainty.