JultikaUniversity of Oulu repository

Tässä diplomityössä kehitettiin menetelmä ja siihen perustuva tietokoneohjelma, jolla voidaan mitoittaa tasomaisten teräsbetonipoikkileikkausten ortogonaaliset pääteräkset ja leikkaushaat murtorajatilassa. Tasomaisella teräsbetonipoikkileikkauksella tarkoitetaan teräsbetonisia pintarakenteita, joita ovat mm. levyt, kuoret ja laatat. Menetelmän ja tietokoneohjelman erityisenä vaatimuksena oli pääterästen mitoituksen toimivuus mille tahansa mielivaltaiselle normaalivoiman ja taivutusmomentin yhdistelmälle. Tehty tietokoneohjelma toimii yhdessä elementtimenetelmäohjelmiston kanssa saaden elementtimenetelmän lineaarisesta elastisesta analyysistä mitoitusvoimasuureet. Mitoitusmenetelmä perustuu hyvin tunnettuun ja yleisesti käytettyyn teräsbetonisen poikkileikkauksen voimatasapainomitoitukseen ja se ottaa huomioon Rakennusmääräyskokoelma B4:n asettamat vaatimukset rakenteen mitoituksessa. Laskentamenetelmä ja -ohjelma ei ota huomioon rakenteen mahdollisia stabiiliusongelmia, ns. 2. kertaluvun vaikutuksia. Näin ollen ohuiden, mahdollisesti nurjahtavien tasomaisten rakenteiden mitoitukseen menetelmä ei sovellu. Ensimmäiseksi tässä työssä käsitellään mitoitusvoimasuureiden saaminen elementtimenetelmästä. Tämän jälkeen käydään pintapuolisesti läpi vaihtoehtoisia tasomaisten teräsbetonipoikkileikkausten murtorajatilan mitoitusmenetelmiä, selvittäen niiden hyötyjä ja haittoja. Vaihtoehtoisten mitoitusmenetelmien esittelyn jälkeen käsitellään työn teoreettisena pohjana käytetty mitoitusmenetelmä ja sen jatkojalostaminen yleispäteväksi mitoitusproseduuriksi. Varsinaisen teoriaosan jälkeen esitellään työn tuloksena syntynyttä tietokoneohjelmaa, sen rakennetta ja toimintaa. Aivan lopuksi käsitellään kahta tietokoneohjelmalla laskettua esimerkkitapausta. Toinen esimerkkitapauksista on niin kutsuttu verifikaatioesimerkki, pienimuotoinen kehärakenne. Verifikaatioesimerkin tarkoituksena on todentaa, että laskentaohjelma toimii oikein. Toinen esimerkkitapauksista on suuri, todellinen käytännön tilanteissa esiintyvä rakenne. Tällä esimerkkitapauksella on tarkoitus havainnollistaa laskentaohjelman kykyä selviytyä suurista todellisista rakennemalleista.

The aim of this study was to develop a method in a form of a computer program, which can size the orthogonal main bars and stirrups of flat reinforced concrete cross-sections (plates, shells, slabs) in the ultimate limit state. The main requirement of the program was the functionality of the dimensioning of the main bars for any arbitrary combination of normal force and bending moment. The calculation program works in conjunction with finite element software and obtains design forces from the linear elastic finite element analysis. The design method is based on the well-known and commonly used force equilibrium equations of the reinforced concrete cross-section, and it takes into account Finnish building code B4 requirements for the structural design. The method can be modified so that it takes into account of the relevant design of Eurocodes. The method of calculation and the program do not take into account the stability problems of the structures that are the so-called second order effects. In consequence, the method is not suitable for thin surface structures that may buckle. This thesis presents the design process step by step. Firstly it is presented how the design forces from the finite element method are obtained. Secondly, the alternative design methods of the ultimate limit state of reinforced surface structures are briefly discussed by their advantages and disadvantages. The following chapter number 3 represents the method of this study, the NastPost method. The theoretical basis used in the NastPost method and its further processing for all-encompassing procedure is explained. After the actual theory part of NastPost method the thesis describes the structure and function of the resulting computer program. At the end, the thesis represents two test cases calculated by NastPost. The first test case is a so-called verification example, small-scale frame structure. The purpose of the case is to verify that the computing program is functioning correctly. The other test case is a large model appearing in actual practical design situations. In this case, the aim is to illustrate the program’s ability to cope with the large actual models.