Teräsbetonilaattojen lävistysmitoitus on perustunut pitkään kokeellisista tutkimuksista johdettuihin kaavoihin, eikä ilmiötä selittäviä teorioita ja mekaanisia malleja olla onnistuttu liittämään käytännön suunnittelutyöhön ja standardeihin. Viimeisinä vuosikymmeninä on kehitetty kriittisen leikkaushalkeaman teoriaa (Critical shear crack theory, CSCT) kuvaamaan teräsbetonilaatan lävistymistä, ja tämän teorian pohjalta myös uusimpien mitoitusstandardien lävistysmitoitus on aiempaa kattavampi ja nojaa vahvemmin mekaaniseen malliin ilmiön taustalla. Tiivistettynä kriittisen leikkaushalkeaman teoriassa esitetään, että teräsbetonilaatan lävistyskestävyys riippuu laatan halkeilusta tukialueella (tai suuren pistekuorman läheisyydessä), ja halkeilu riippuu edelleen laatan muodonmuutoksista eli kuormitustasosta, materiaaliominaisuuksista sekä laatan geometriasta.
Työssä tutkittiin CSCT -pohjaisten mitoitusmallien käyttöä liikennekuormien rasittamien teräsbetonisten paalulaattojen tapauksessa. Paalulaatat ovat tyypillisesti rakenteita, joiden jännemitat ovat hyvin lyhyet suhteessa rakennekorkeuteen. Tutkimuksessa todettiin, että paalulaattojen lävistyskapasiteetit ovat suurempia suhteessa vastaavaan pidempijänteiseen teräsbetonilaattaan, esimerkiksi kerrostalon välipohjana toimivaan pilarilaattaan. Tämä ero johtuu siitä, että lyhytjänteisen paalulaatan muodonmuutokset ovat pienempiä kuin suuremmilla jänneväleillä, minkä seurauksena tukialueen halkeilu jää pienemmäksi ja lävistyskapasiteetti on suurempi CSCT:n periaatteiden mukaisesti.
Työssä tutkittiin myös sienivahvistettujen paalulaattojen lävistysmitoitukseen liittyviä erityiskysymyksiä. Sienivahvikkeen lävistyminen laatasta on mitoitustapaus, jota ei yleensä käsitellä mitoitusstandardeissa erikseen. Sienivahvikkeen lävistymistä käsitellään usein samoin kuin suurialaisen tuen lävistymistä, mutta sienivahvikkeen voidaan olettaa käyttäytyvän eri tavoin kuin täysin jäykän tuen. Sienivahvikkeen lävistymismitoitusta tutkittiin elementtimenetelmällä mallintamalla sienivahvistetun laatan osa tilavuuselementein. Tutkimusryhmässä kehitettiin menetelmää, jolla sienivahvistetun paalulaatan leikkausjännitysjakauma voitaisiin huomioida käytännön mitoituksessa tarkoituksenmukaisesti.
Tutkimuksessa saatiin arvokasta tietoa kriittisen leikkaushalkeaman teorian soveltamisesta paalulaattojen tapauksessa. Luonnosvaiheessa olevan uuden betonieurokoodin lävistysmitoitus perustuu kriittisen leikkaushalkeaman teoriaan, ja tutkimuksessa paikannettiin paalulaattojen lävistysmitoituksen kannalta oleellisimmat asiat ja kehityskohdat uudelle mitoitusmallille. Lisäksi tutkimuksessa tehtiin kattavasti vertailulaskelmia vanhojen, nykyisten ja tulevien mitoitusstandardien välillä ja analysoitiin mitoitusstandardien eroavaisuuksia.
Valmistunut Juuso Auvisen diplomityö on ladattavissa täältä.
Lisätietoja:
professori Anssi Laaksonen