Väitöstiedotteet - Tampereen teknillinen yliopisto

Kolmiulotteinen malli teräsliitosten suunnittelua varten

Rakenteiden kelpoisuutta ei aina ole mahdollista osoittaa suoraan standardissa annettujen menetelmien avulla. Tämä pätee rakenneosien liitosten mitoitukseen erityisesti silloin, kun mitoitustehtävä on kolmiulotteinen. Henri Perttola kehitti kolmiulotteista mallia teräsliitosten suunnittelua varten.
Liitoskokeissa vetovyöhykkeen ruuvit kuroutuivat paksujen päätylevyjen tapauksessa jo ennen maksimikuorman saavuttamista. Kuva: väittelijän kokoelmat
Liitoskokeissa vetovyöhykkeen ruuvit kuroutuivat paksujen päätylevyjen tapauksessa jo ennen maksimikuorman saavuttamista. Kuva: väittelijän kokoelmat

Teräsrakenteiden liitosten suunnittelua ohjaava Euronormin EC3 osa EN1993-1-8 ei sisällä menetelmiä kolmiulotteisia (3D) mallinnustehtäviä varten. Standardissa esitellään kuitenkin komponenttimenetelmä, joka on luonteeltaan yleinen varsin rajoitetusta soveltamisalueestaan huolimatta. Henri Perttolan väitöskirjassa tutkitaan komponenttimenetelmän soveltuvuutta päätylevyllisten ruuviliitosten kolmiulotteiseen analysointiin.

Perttolan tutkimus 3D-liitosmallien kehittämiseksi tähtää ensisijaisesti rakennesuunnittelijan työkalupakin parantamiseen.

– Valmiina tarjolla olevat rakennesuunnittelun menetelmät helpottavat ja nopeuttavat insinöörien työtä käytännössä varsinkin, jos menetelmät olisivat suunnittelua ohjaavien standardien kanssa yhteensopivia, Perttola kertoo.

Henri Perttola tutki suorakaideputkien päätylevyllisiä jatkosliitoksia, joita taivutettiin kaksiakselisesti. Näin syntyi kolmiulotteinen probleema, jonka ratkaisemiseksi hän kehitti komponenttimenetelmän mukaisen 3D-mallin. Perttolan lähtökohtana menetelmän kehittämiselle oli, että 3D-mallin tulee olla yhteensopiva Euronormin nykyiseen komponenttimenetelmän kanssa.

– Komponenttimenetelmässä on ensin tunnistettava liitoksen määräävät komponentit, joista liitosmalli kootaan. Jos komponenttien käyttäytyminen vedettynä ja puristettuna tunnetaan, niin mallin avulla voidaan kuvata liitoksen vastetta mielivaltaisessa suunnassa vaikuttavalle taivutukselle, Perttola kertoo.

Kehitetyn mallin testaamiseksi päätylevyllisille jatkosliitoksille tehtiin vinon ja heikon suunnan taivutuskokeita huoneenlämpötilassa. Vinon suunnan liitoskokeita ei ole aiemmin tehty. Kokeiden tuloksia täydennettiin numeeristen simulaatioiden avulla. Vertailemalla 3D-mallin avulla saatuja kestävyyksiä koetuloksiin ja kokeiden tukemiin numeerisiin tuloksiin nähtiin, että liitoksen kestävyys mielivaltaisen suunnan taivutuksessa voidaan luotettavasti arvioida 3D-mallin avulla.

– Huolimatta rohkaisevista tuloksista kestävyyden laskemisen suhteen, 3D-mallin mahdolliseen hyväksymiseen normikelpoiseksi menetelmäksi liitosmitoitusta varten tarvitaan vielä paljon laajempaa kokeellista aineistoa kuin nyt tehdyt kokeet edustavat. Nykyisen normin komponenttimenetelmän mukaisia karkeita jäykkyyskaavoja tulisi myös kehittää, Perttola sanoo.

Väitöstilaisuus perjantaina 1.12.2017

Diplomi-insinööri Henri Perttolan rakennetekniikan alaan kuuluva väitöskirja 3D Component Method Based on the Rakes tarkastetaan Metallirakentamisen tutkimuskeskuksessa perjantaina 1.12.2017 kello 12 alkaen Farmin F-talon salissa F110 Seinäjoella (Kampusranta 11, Seamkin kampusalue). Vastaväittäjänä on professori Ian Burgess Sheffieldin yliopistosta. Valvojana toimii metallirakentamisen professori Markku Heinisuo Tampereen teknillisestä yliopistosta.

Väitöskirjaan voi tutustua verkossa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-4068-4

Lisätietoja: Henri Perttola, puh. 040 7096935,

Uutisen jättäjä: Sanna Kähkönen
Asiasanat: tiede ja tutkimus, rakennustekniikka