Rakenteiden Mekaniikka

Characterising the notch root radii and analyses of stress concentration factors near the dominant valleys of rough surface profiles

Silas Zewdie Gebrehiwot, Leonardo Espinosa-Leal, Heikki Remes, Marinus Vermunt — ma, 12 kesä 2023 00:00:00 +0300

Surface roughness is one of the key surface integrity factors affecting the strength and fatigue life of components. Stress concentrations occur due to the randomness of the surface profiles. The presence of a dominant valley, a complex geometry and interacting effects exasperate the severity of the stress concentrations. To estimate the theoretical stress concentration factor (SCF) at the valley, the notch root radius should be estimated carefully. We propose an effective method for estimating the root radius of the deepest valley using numerical derivative techniques. The surface roughness of a carefully sanded Alumec 89 block was measured using SJ-400 tester. The 1-D roughness data was used first to evaluate the root radius of the deepest valleys and then, estimate the SCF using analytical and computational methods. We used 2-D finite element (FE) models under uniaxial tension for the computational analyses. The validity of our method is based on determining the SCF using different theoretical methods and comparing the results to the FE calculations. The theoeritical estimations are made using the Neuber, Inglis and Arola-Ramulu approaches, whereas COMSOL Multiphysics is used for the FE analyses. Comparing the theoeritical methods with the FE calculations, the Arola-Ramulu approach was better, with a maximum of error. The minimum deviations can be explained by the model containing parameters such as , and which are inherent to the roughness profile of the material.

Esivalmistettujen kattoelementtien hyödyntäminen osana puurakenteisten hallien jäykistystä

Sami Pajunen, Markku Heinisuo — ma, 28 elo 2023 00:00:00 +0300

Esivalmistettujen kattoelementtien käyttö puurunkoisten hallien rakentamisessa on nykyään hyvin sujuvaa ja kustannustehokasta. Tyypillisesti kattoelementit suunnitellaan siten, että ne toimivat myös stabiliteettitukina pääkannattimille. Tässä tutkimuksessa käsitellään suunnittelumenetelmää, jossa kattoelementit suunniteltaisiin siten, että ne toimisivat osana koko rakennuksen jäykistysjärjestelmää perinteisten mastopilarien rinnalla. Vastaavaa suunnittelumenetelmää on käytetty jo pitkään teräsrunkoisissa hallirakennuksissa, ja tässä artikkelissa menetelmää muokataan puurakentamisen erityispiirteet huomioiden soveltumaan myös puurunkoisille hallirakennuksille. Artikkelissa tarkastellaan puuhallin pitkää sivua vastaan kohdistuvaa vaakakuormaa, jota voidaan pitää jäykistyslaskelmien perustapauksena. Katon levyjäykistys toteutetaan puurunkojen jäykistyksessä yleisesti käytetyllä kipsilevyllä, joka on ruuvattu puurunkoon. Saaduista tuloksista nähdään, että katon levyvaikutuksella on suuri vaikutus pilarien vaakakuormiin sekä katon vaakasiirtymiin. Pilareiden vaakakuormitukset ja nurjahduspituudet pienenevät huomattavasti verrattuna tapaukseen, jossa mastopilarit yksin ottaisivat vastaan rakennukseen kohdistuvat vaakakuormat. Kun katon levyjäykistys otetaan mitoituksessa huomioon, kehäpilareiden nurjahduspituudet pienenevät jopa 47 prosenttia verrattuna pelkkään mastojäykistykseen. Tulokset ovat vastaavia kuin on saatu teräsrunkoisten hallien laskelmissa. Esitetty menetelmä antaa perusteet puurunkoisten hallien kehittyneempään ja todellisuutta paremmin vastaavaan taloudelliseen mitoitukseen jopa ilman lisäkustannuksia verrattuna nykyiseen käytäntöön.

Lapetaivutetun CLT-rakenteen lujuuslaskentamenetelmät

Sami Pajunen, Essi Lääveri, Markku Heinisuo — ma, 04 syys 2023 00:00:00 +0300

Ristiinliimatuista lautakerroksista koottu monikerroslevy, niin sanottu CLT-levy (Cross-Laminated Timber), on vakiinnuttanut paikkansa muiden insinööripuutuotteiden rinnalla teollisessa puurakentamisessa. CLT-levyä käytetään asuinkerrostaloissa, toimistoissa ja muissa julkisissa rakennuksissa etenkin seinien ja lattioiden kantavina rakenteina sekä osana koko rakennuksen jäykistysjärjestelmää. Lujuustekniseltä kannalta CLT-levyn tyypillisistä käyttökohteista ylivoimaisesti haastavimpia ovat lattiarakenteet, joissa levyn kerroksellisuus yhdistettynä puun ortotrooppisuuteen tekee rakenteen siirtymien ja jännitysten laskennasta monimutkaista. Tässä artikkelissa käydään läpi tällaisten lapetaivutettujen CLT-rakenteiden yleisimpien analyysimenetelmien teoreettisia perusteita sekä vertaillaan menetelmien etuja sekä niiden käyttöön vaikuttavia ominaisuuksia.