Jännitetyn harja-I-palkin ylälaipan raudoitusvirheet

1. Virhe

Jännitetyn harja-I-palkin ylälaipan (puristuslaipan) raudoituksen haoitus oli riittämätön.

Harja-I-palkeissa käytetään ylälaipassa vetoraudoitusta eliminoimaan jännittämisen aikana kehittyvistä vetojännityksistä aiheutuvaa halkeilua (kuva 1). Vetoraudoituksen jatkokset tulee toteuttaa EN 1992-1-1 mukaisia jatkospituuksia käyttäen.

Palkin kuormittamisen lopputilanteessa kyseinen raudoitus on puristettu ja se on sidottava aina nurjahduksen estävästi riittävällä haoituksella.  On virheellistä ajatella, että raudoitus on toimimaton vaikka rasituksen suunta on muuttunut.

Kuva 1 Harja-I-palkin rasitukset muodostuvat jännittämisen aikana jännevoimasta P₀ ja palkin omasta painosta g_B, joiden vaikuttaessa ylälaippa on vedetty. Vasta lopulli­sessa rakenteessa ylälaippa muuttuu puristetuksi.

2. Virheestä aiheutuvat ongelmat

Harja-I-palkeissa ylälaipan pääraudoituksen jatkoskohdat ovat erityisen alttiina päätankojen lohkaisemisvaikutuksille, jota eliminoidaan päätankojen haoilla. Laipan nurkkien lohkeaminen (kuva 2) aiheuttaa mahdollisen taivutuskestävyyden alenemisen ja ääritapauksessa taivutus-murtumistavan muuttumisen hauraaksi.

Lohkeamistaipumus korostuu suurien tankojen tapauksessa, joita joudutaan käyttämään, jos palkin korkeus on suhteellisen matala. Palkkien valmistajien mitoituskäyrästöissä palkkien korkeudet on valittu niin, että jännittämisestä aiheutuu vain pieniä vetojännityksiä ja ylälaipassa tarvitaan vain pienikokoisia tankoja.

Kuva 2 Hakojen puuttuessa nurkat voivat lohjeta tankojen jatkosalueella jo rasituksista, jotka aiheutuvat käyttörajatilan kuormituksista. Lohkeamisesta aiheutuvan vaaran suuruus riippuu jäljelle jäävän nettopoikkileikkauksen suuruudesta.

3. Virheen korjaaminen

Palkin korjaussuunnittelu luokitellaan poikkeuksellisen vaativaan vaativuusluokkaan kuuluvaksi ja suunnittelijalla tulee olla sen mukainen osaaminen.

Eräässä kohteessa korjaus tehtiin kuvan 3 mukaisesti. Lohjenneen kohdan ympärille tehtiin betonimantteli, joka raudoitettiin haoilla siten, että puristusvoimat voivat siirtyä varsinaisen rakenteen laipasta mantteliin. Kuva 3 on ohjeellinen ja raudoitus suunnitellaan tapaus­kohtaisesti siten että se on helppo asentaa. Korjaamisen aikana palkki pidetään väliaikaisesti tuettuna.

Kuva 3 Vaurion korjaamisessa käytettävän betonimanttelin periaate.

Kun palkin yläpuolella ei ole tilaa betonimanttelin rakentamiseen, voima vaurioituneessa laipassa voidaan välittää vauriokohdan ohi teräsosilla, jotka ankkuroidaan laippaan. Tällaisen korjauksen suunnittelu tulee tehdä yksilöllisesti, eikä yleistä ratkaisua voida esittää.

4. Hyvän rakentamistavan mukainen ratkaisu

RT/Betoniteollisuus on julkaissut HI-palkkien suunnitteluohjeet. Ohjeet on kopioitavissa verkkosivulta:
http://www.elementtisuunnittelu.fi/fi/runkorakenteet

Tähän on koottu puristusraudoituksen suunnitteluun liittyviä keskeisiä ohjeita.

Palkkityypin ja -korkeuden valinnassa tulee käyttää ensisijaisesti betonielementtiteollisuuden laatimia mitoituskäyrästöjä. Käyrästöjä on esitetty esimerkiksi RT/Betoniteollisuuden ylläpitämällä verkkosivulla:
http://www.elementtisuunnittelu.fi/fi/runkorakenteet/palkit/i-ja-hi-palkit

Käyrästöissä palkkien korkeudet on valittu niin, että jännittämisestä ylälaippaan aiheutuu vain pieniä vetojännityksiä ja siellä tarvitaan vain pienikokoisia harjaterästankoja. Alalaippaan ei tällöin myöskään tule liian korkeita puristus­jännityksiä. Kun jännevoima siirretään betonille, saa betoni puristusjännitys olla korkeintaan 60% betonin siirtohetken puristuslujuudesta.

Pienempää palkkipoikkileikkausta kuin käyrästöt antavat, tulisi käyttää vain poikkeus­tapauksissa ja kokeneen suunnittelijan toimesta. Mikäli käytetään palkkeja, joiden korkeus on mitoituskäyrästöjä pienempi, tulee palkin yläreunan puristusjännitykset hoitaa ensi sijassa käyttäen korkeampaa betonin lujuutta.

Palkin ylälaipan puristusterästen määrää tulee rajoittaa. Kuormituksen lopputilanteessa ei tulisi tarvita lainkaan puristusteräksiä. Esijännityksen laukaisutilanteen aiheuttamia vetojännityksiä varten ylälaipassa suositellaan käytettäväksi enintään T20- teräksiä. Raudoitus ei saisi missään tilanteessa isoillakaan palkeilla ylittää määrää 6T20. Näitä lopputilanteessa puristettuja teräksiä ei tule jatkaa palkin harjan kohdalla. Jatkospituutena tangoille käytetään vedetyn teräksen jatkospituutta. Tangot tulisi asentaa yhteen kerrokseen. Jos tankoja on enemmän kuin 2 kpl, tulee ne päättää eri kohdissa. Isommat tangot tulee sijoittaa laipassa keskelle uuman viereen.

Lisäksi suositellaan käytettäväksi yläpunoksia tasapainottamaan poikkileikkauksen jännityksiä alkutilanteessa. Joissakin tilanteissa alapunosten jännitystä kannattaa pienentää maksi­mis­taan. Alapunosten tartunnan poistolla voidaan pienentää ylälaipan vetojännitystä laukaisu­tilanteessa.

Palkin ylälaipan taitteen aiheuttama nostovoima tulee harjan kohdalla hoitaa uumaan sijoi­tetuilla ala- ja ylälaippaan ankkuroiduilla lisäteräksillä.

Käyttö- tai murtorajatilassa puristusrasitettu raudoitus pitää sitoa umpihaoilla eurokoodin EC2 (SFS-EN 1992.1.1, luku 8.7.4.2 ja 9.5.3) mukaan. Näiden ohjeitten mukaisia ratkaisuja on esitetty HI-palkkien suunnitteluohjeessa luku 5.3.

Isot reiät palkin uumassa tulee suunnitella huolella. Pääsääntöisesti palkin keskimmäisellä kolmanneksella suositellaan reiän kooksi enintään h/3 ja suurten reikien välisen kannaksen leveydeksi vähintään h/2, kun h = palkin korkeus reiän kohdalla. Palkin kestävyys reikien kohdalla tulee tarkistaa ristikkoanalogian perusteella. Mikäli palkkiin joudutaan sijoittamaan reikiä suosituksesta poiketen, tulee suunnittelijan laatia niistä tarkemmat laskelmat. Isojen reikien yhteydessä tulee tarkistaa myös betonin jännitykset palkin ala- ja yläreunassa. Lisätietoja reikien suunnittelusta löytyy edellä mainituista julkaisuista.

5. Muuta