Tausta
Jännitettyjen siltojen rakentaminen yleistyi Suomessa 1970-luvun jälkeen ja tähän päivään mennessä niitä on rakennettu noin 1400 kappaletta. Tästä johtuen suuri joukko tämän kaltaisia siltoja ei ole tullut rakenteellisten seikkojen vuoksi peruskorjausikään. Kansainvälisissä tutkimuksissa on havaittu jännepunosten kunnon heikkenemistä korroosion vaikutuksesta rakenteen ikääntyessä.
Tyypillisessä jälkijännitetyssä sillassa korkealujuusteräksiset jännepunokset on sijoitettu jälki-injektoituihin suojaputkiin rakenteen sisään sekä suorien että ainetta rikkomattomien tarkastusmenetelmien ulottumattomiin. Tämänkaltainen menetelmä on maailmalla suhteellisen harvinainen. Työ-, suunnittelu- ja materiaalivirheiden johdosta injektoinnin kyky suojata jännepunoksia sekä välittää voimia jännepunoksen ja muun rakenteen välillä voi olla paikallisesti heikko.
Jännepunosten kunnolla on merkittävä rooli rakenteen kantavuudessa. Tapahtuvan korroosion myötä jännepunoksen poikkipinta-ala pienenee, jolloin jännitys ja venymä punoksissa kasvaa. Lopulta punos katkeaa. Rakenteen käyttäytymisen punosvauriotilanteessa ratkaisee sen kyky jakaa rasituksia uudelleen rakenneosien välillä.
Tutkimushankkeen tavoitteena on selvittää tyypillisten suomalaisten jälki-injektoiduin jäntein jännitetyn sillan vaurionsietokykyä ja rakenteellista toimintaa tilanteissa, joissa punoksia on katkennut tai vaurioituminen punoksissa on edennyt pitkälle. Tähän liittyy kiinteästi rakenteiden murtotavan sitkeyden arviointi, rakenteen murtumista ennakoivien merkkien tunnistaminen sekä punosten tartunnan vaikutuksen arviointi rakenteen vaurionsietokykyyn.
Tartuntakokeet
Punoksen tartunnalla injektointiin on rakenteen vaurionsietokyvyn kannalta oleellinen merkitys. Tartunnattoman punoksen tapauksessa punoksen teho menetetään koko sillan pituudelta, kun tartunnallisen tapauksessa punos voi uudelleenankkuroitumisen johdosta toimia tehokkaana katkeamisesta huolimatta jossakin toisessa poikkileikkauksessa. Rakenteen sitkeyden ja vaurion etenemisen havaittavuuden kannalta on edullista, että rakenne halkeilee punosmäärän vähentyessä. Halkeilleessa tilassa on kuitenkin varmistuttava siitä, että rakenteella on halkeilun jälkeen vielä riittävästi kapasiteettia murtoon nähden.
Tutkimuksessa selvitettiin kokeellisesti jälkijännitetyn ja jälki-injektoidun jännepunosnipun tartuntaa rakenteessa jännepunosvaurion tapauksessa sekä täydellä injektoinnilla, että epätäydellisellä injektoinnilla, jossa putki ei ole kokonaan täyttynyt injektointilaastilla. Tutkimuksen tuloksena saavutettiin tieto jännepunosnipun tartunnasta injektointilaastiin edellä kuvatuissa tapauksissa.
Palkkikokeet
Jännitetyn sillan rakenteellinen toiminta punosvaurion tapauksessa kytkeytyy osaksi rakennejärjestelmän toimintaa kokonaisuutena. Staattisesti määräämättömän rakenteen vaurionsietokyky ja rasitusten siirtyminen vaurioituneilta rakenneosilta kantaville murtotapahtumassa määrittää rakenteen sitkeyttä punosvaurion tapauksessa.
Siltojen kannatinpalkkeihin syntyy sillan päällä liikkuvasta kuormasta taivutusmomenttia, leikkausvoimaa ja vääntömomenttia sekä näiden voimien eri suuruisia yhdistelmiä. Jännevoima kasvattaa rakenteen kapasiteettia ja muuttaa rakenteen halkeilukäyttäytymistä sekä täten myös murtomekanismia. Jännevaurion tapauksessa on tärkeää tuntea rakenteen toiminta ennen vauriota ja vaurioitumisen jälkeen. Nykyiset väännön ja leikkauksen mitoitusmenetelmät ovat rajoittuneita tarkemman rakenteellisen toiminnan kuvaamisessa edellä kuvattujen yhdistettyjen rasitusten tapauksessa.
Ilmiötä tutkitaan perehtymällä viimeisempään tutkimustietoon aiheesta, kehittämällä laskennallisia tarkasteluja sekä koekuormittamalla jännitettyjä betonirakenteita erilaisilla rasitusten yhdistelmillä.
Suurimittakaavaisten palkkikokeiden tarkoituksena on tutkia jännitetyn betonirakenteen sitkeyttä sekä rasitusten uudelleenjakautumista punosvaurion tapauksessa. Kokeissa kuormitetaan 2-aukkoista palkkia murtoon. Erityisenä tarkastelun kohteena on rakenteen tukialueen toiminta jännepunosvaurion vaikuttaessa, sillä todellisessa rakenteessa tässä kriittisessä kohdassa tapahtuvan vaurioitumisen suora havainnointi on vaikeata.
In English
Since 1970’s the construction of pre-stressed bridges became more common in Finland and the number of pre-stressed bridges has reached to 1400. Because of low average age of the pre-stressed bridge population, the problems related to structural safety of the bridges are rare. However a deterioration of pre-stressing tendons has been observed on international research projects.
Pre-stressing tendons play significant role in structural capacity. In typical Finnish post-tensioned bridge, the tendons are located in ducts installed inside the concrete cross section prior to concrete cast. After post tensioning the ducts are grouted. It is a difficult to inspect and assess the condition of tendons with non-destructive methods. Although post-tension ducts are embedded inside the concrete structure and filled with grout, the corrosion of tendons may still occur due to defects in grout. The defects of the grout have also negative effect on bond between tendon and concrete, which may have effect on structural performance.
The aim of the study is to assess the factors affecting on robustness and structural behaviour of typical Finnish post-tensioned bridge with failed strands or significant level of tendon deterioration. From structural safety aspect, the ductility of the structure and knowledge of early signs of failure are important issues to consider.
