Kannattimen kantavuus rajoittuu lähes kaikissa tapauksissa puristetun laipan nurjahdukseen. Tämä ilmenee vasta sitten, kun myötöraja on saavutettu sen jälkeen, kun jännitykset ovat tasaantuneet koko puristetussa laipassa. Vain vahvoilla sivutukemilla voidaan sallittu reunajännitys nostaa rakenneteräksen lujittumisalueelle asti. Kantavuutta arvioitaessa on otettava huomioon todellinen jännitysjakauma. Oletettaessa lineaarinen jännitysjakauma kantavuus tulisi aliarvioiduksi. Epävakausilmiöt on tutkittava erityisen huolellisesti.
Reikien vähennys taivutuskuormitetuissa kannattimissa
Vetopuolella vaikuttaa poikkileikkauksen heikkeneminen kuten vedetyissä tangoissa (vetovyön repeäminen heikentyneen poikkileikkauksen kohdalta). Reikien vähennyksessä tässä mielessä pätevät samat säännöt kuin vetotangolle.
Koska puristetun puolen niiteillä täytetyt reiät vaikuttavat erittäin vähän palkin jännitys- ja muodonmuutosjakaumaan, ja kantokykyä rajoittaa pääosin puristetun laipan sivuttaispilarointi, poikkileikkauksen heikkenemän suuruus symmetrisillä poikkileikkauksilla ei vaikuta olennaisesti kantokuormaan. Siksi jo F. Hartmann esitti kysymyksen, onko symmetrisillä palkeilla ylipäätään tarpeen ottaa huomioon reikien aiheuttama heikkenemä. Epäsymmetrisissä poikkileikkauksissa (puristettu puoli vahvempi) voi vetoisella puolella olevien reikien vähennys tulla määrääväksi kantavuuden kannalta. Usein toistuvan kuormituksen alaisena rei’illä on huomattava vaikutus, vaikka ne sijaitsisivatkin kaukana reuna-alueen kuiduista.
Nykyään poikkileikkauksen taivutuskestävyyden laskennassa käytetään brutto- ja nettopoikkileikkausta (muiden merkityksellisten murtotapojen ohella). Murtuminen bruttopoikkileikkauksessa tapahtuu poikkileikkauksen osassa, jota reiät eivät heikennä. Murtuminen nettopoikkileikkauksessa tapahtuu poikkileikkauksessa, jota reiät heikentävät, ja huomioon otettava ala on bruttopinta-ala vähennettynä kaikkien aukkojen pinta-alalla.
Niitit kaulassa ja päässä
Taivutuksessa normaalijännitysten ohella esiintyy myös leikkausjännityksiä, jotka rinnakkaisilla laipoilla varustetuissa tukirakenteissa ovat verrannollisia leikkausvoimaan Q. Monimutkaisissa poikkileikkauksissa leikkausjännitykset siirtävät niitteihin, jotka yhdistävät yksittäisiä valssattuja profiileja niiden kosketuspintojen kohdalla. Leikkausvoimien T jakautuminen sielussa on paraabelimainen, laipoissa lähes suoraviivainen. Raskailla laipoilla varustetuissa tukirakenteissa T sielussa poikkeaa vain vähän keskiarvosta Tm, joka riittää usein ensiarvioon.
Kuva 1
Niitit päässä (kuva 1b) ottavat yhdessä vastaan momenttivoiman TK < TH. Momenttivoima yksittäisten vyölamellien välillä on vielä pienempi ja jakautuu tapauksen mukaan kuvassa 1c useammalle niitille.
Palkin jatkos
Pystylevyn pituussuuntainen jatkos tarvitaan, kun levyn korkeus on suurempi kuin käytettävissä olevien levyjen leveys. Sitä voidaan tarvita myös valmistuksen ja kuljetuksen vuoksi. Jatkoksen tukilistojen ja niittien on otettava vastaan sama TL-voima, joka jatkuvalla levyllä olisi pituussaumassa. Koska tukilistassa olevien reikien heikennys on sama kuin pystylevyssä, tukilistan paksuuden on oltava suurempi tai yhtä suuri kuin ribin paksuuden.
Sl. 2 - Pystylevyn pituussuuntainen jatke
Taivutuskuormitettu poikittaisjatkos voidaan peittää eri tavoin sidelevyillä. Kuva 3 esittää useita mahdollisuuksia verstaalla tehtävään jatkokseen, jossa jatkettu vain pystylevy. Jos sidelevyt ovat vain vyökulmaraudan välissä (kuva 3a), pystylevyn kaistaleet jäävät vyökulmaraudan alapuolelta peittämättä. Tällöin kulmaraudat ja niitit ovat pystylevyn jatkoksen alueella huomattavasti suuremmalla kuormituksella, joten tämän tyyppiset jatkokset on rajoitettava vähemmän tärkeisiin liitoksiin, joissa voimat ovat pieniä. Täysin peitetty jatkos on aina asetettava etusijalle. Kulmaraudan pystysakaroihin sijoitetut erilliset sidelevyt ottavat vastaan tämän kaistan pituussuuntaiset jännitykset, mutta osallistuvat vain vähäisessä määrin leikkausvoiman vastaanottoon. Tätä parantaa jonkin verran kuva 3c. Suurilla voimilla on pyrittävä sidelevyihin koko pystylevyn korkeudelta (kuva 3d), mikä edellyttää, että vyökulmaraudat on katkaistava. Sidelevyt saavat kulmaraudan sakaran paksuuden, ja suurilla kulmaraudan paksuuksilla käytetään tasauspalikoita, jotta vältetään sidelevyn tarpeeton paksuuntuminen.
Sl. 3 - Pystysuoran levyn poikittainen jatkos (verstaatyö)
Pystysuoran levyn jatkoksen kuormitus poikittaisvoiman vaikutuksesta: Kannattimeen kohdistuu jatkoksen kohdalla vain Q (M = 0). Jatkoksen ollessa varustettu tasavälein sijoitetuilla niiteillä (kuva 4) on oletettava, että niiteissä vaikuttavat voimat NiQ vastaavat likimäärin jatkoksen liitoksen pinta-alayksikköä e*t, eli että niittivoimat jakautuvat kuten leikkausjännitykset kannattimen korkeuden suhteen, NiQ = e*t*τi = e*Ti. Mitoituksessa lasketaan kuitenkin tasaisella jakautumisella kaikille n niitille NiQ = Q/n.
Kuva 4 - Pystylevyn jatkos poikittaisvoiman jakautumalla
Kuva 5 näyttää pystysuoran pellin työpajaliitoksen_ (kulmaprofiilit ja lamellit on liitetty toisaalla).
Kuva 5
Taivutus normaalivoiman kanssa: Kannattimet, joihin vaikuttavat samanaikaisesti taivutusmomentit ja normaalivoimat, mitoitellaan samojen periaatteiden mukaan ja oletuksella lineaarisesta jännitysjakaumasta. Kun niittien täysi vähennys on molemmissa laipoissa, hyödyllinen poikkileikkaus ja nollaviivan sijainti eivät riipu kuormitustapauksesta, joten jännitykset aiheuttajista M ja N voidaan yksinkertaisesti summata. Jäljempänä niittien kuormitus saadaan osakuormitustapauksista M ja N aiheutuvien voimien superpositiolla.
Tuen alustus ja liitos
Tässä käsitellään vain yleisintä monista ratkaisuista. Arvioitaessa on aina muistettava lisävoimat, jotka johtuvat enemmän tai vähemmän idealisoiduista lujuuslaskelmista poikkeamisesta.
Yksinkertainen tuki jonkin toisen rakennuselementin ylälaippaan tulee kysymykseen, kun käytettävissä on suuri rakennuskorkeus. Tavanomainen tapa on tehdä jäykkä liitos niiteillä tai pulteilla. Kuvassa 6 on esitetty jatkuvien I-palkkien tavanomainen tuki rakennustekniikassa, mikä samalla välttää poraamisen ahtaisiin I-vöihin. Palkit on tarvittaessa varmistettava kaatumista sekä poikittaisvoimia vastaan (kuv. 7 ja 8). Siltojen rakentamisessa palkit usein paritetaan (kuv. 9); pitkittäispalkin kiinteä tuki poikittaispalkkiin (kuv. 10). Suurempia tukivoimia varten palkit on jäykistettävä sovitetuilla kulmaraudoilla tai hitsatuilla profiileilla (kuv. 8–10). Monimutkaisissa palkeissa kuormitus on johdettava uumaan.
Kuva 6 - Kattotuolien kiinnitys
Kuv. 7 ja 8
Kuva 9 ja 10
Ribaliitos: Kuvissa 11 ja 12 on esitetty I-palkkien liitokset, joita käytetään rakennusalalla tavanomaisina liitoksina. Leikkauskohta saa suuren pyöristyksen, jotta palkin uurteen halkeilu vältetään. Ribaliitoksen elastinen kiinnittyminen lisää jonkin verran kantavuutta. Kuvaillut muodonmuutokset ovat kyllä vaarattomia pääasiassa rauhallisessa kuormituksessa, kuten esimerkiksi vanhoissa silloissa.
Kuva 11. - I-palkin normaalit liitokset kohtisuoralla päätyleikkauksella
Kuva 12 - Normaalit liitokset katkaistuilla I-palkin päillä
Taivutusta vastaan jäykät liitokset tehdään, kun tarvitaan liitos ilman kulman muutosta (jatkuvat kannattimet, rungon jäykät kulmat) tai kun on vaara väsymismurtumasta vaihtuvan kuormituksen vaikutuksesta, erityisesti rautatiesilloissa. Voidaan käyttää jatkuvuuslevyjä, taivutusta vastaan jäykkiä liitoksia. taivutusta vastaan jäykkiä kulmia, rungon kulmia.
- Yhtenäisyyden lamellit – Jos on liitettävä samassa tasossa olevat kannattimet, yhdistetään molemmat yläpaarteet lamellilla tai yhtenäisyyssidoksella. Näin liitoksen niitit vapautuvat vetovoimista ja suuret muodonmuutokset vältetään.
Kuva 13 - Liitos lamellilla jatkuvuutta varten
Kuva 14 - Pituussuuntaisten kannattimien liitos a) moottoritiesillassa; b) rautatiesillassa
- Taivutuksen suhteen jäykät liitokset – Tällainen liitos löytyy maantiesiltojen kävelyteiden täysistä konsolirakenteista. Pienemmillä momenttikuormilla niiden pystylevy on liitetty vain kaksileikkauksisena pääkannattimen jäykistyskulmarautoihin. Johdettu momentti jakautuu jäykistyksen kautta pääkannattimen koko korkeudelle, eli se johdetaan sen laippoihin voimaparina.
Kuv. 15 ja 16
- Taivutuksen suhteen jäykät kulmat – Rakennustekniikan palkkien ja poikkipalkkien väliset taivutuksen suhteen jäykät kulmat on suunniteltava niin, että kulma pysyy muuttumattomana eikä paikallisia jännityksen ylityksiä synny. Luotettavia liitoksia kulmissa syntyy esimerkiksi kuv. 16, kun käytetään siivekkeitä, tai kuv. 100, kun pylvään vyöhykkeissä syntyvä kiinnitysmomentti otetaan voimaparina.
- Kulmien kohdat – Monikulmaisissa kehyksissä jatkos voidaan tehdä taitoskohdassa, jos kulmaero on pieni; liitetyt sauvat päällystetään siteillä kuten vedetyt ja puristetut sauvat. Vääntövoimat keskittyvät taitoskohtaan ja ne on otettava vastaan jäykisteillä. Kuvassa 101 on huomattava jatkoksen päällystyksen ja jäykistyksen ero taivutusmomentin ja poikkeutusvoimien suunnasta riippuen. Suurten voimien ja huomattavan kulmaeron tapauksessa vältetään, että jatkos sijoittuu voimakkaasti kaareutuvaan kehyksen osaan. Kehyksen kulmien lähellä olevat jatkokset mahdollistavat paremman rakenteellisen muodon ja helpottavat valmistusta. Esimerkit niitatuista yleisjatkoksista taitoskohdan molemmin puolin esittävät kuvat 102a ja kuva 102b, jossa kulma koostuu hitsatusta osasta. Kuvassa 103 esitetään kehyksen pylvään taivutusta jäykkä liitos jatkuvan poikkipuun kanssa.
Kuva 17a
Kuva 17b
Vinot liitokset: Tähän asti tarkastelluissa liitoksissa kyljet ovat olleet keskenään kohtisuorassa. Jos kulma ei kuitenkaan ole suora, kulmateräkset (kuva 18) käännetään, ja hyvin terävissä kulmissa käytetään kiilamaisia aluspalikoita. Käytetään jatkuvuusvanteita ja tukikappaleita tarvittaessa samoin kuin suorissa liitoksissa. Taivutetut liitoslevyt (kuva 19) ovat suurella eksentrisyydellä ja merkittävillä lisävoimilla kuormitettuja. Vinoliitosten valmistusta helpottaa, kun käytetään hitsattuja liitoslevyjä (kuva 20).
Kuva. 18
Kuva 19
Kuva 20