Tehdasvalmisteisten tartunnattomien jänteiden soveltuvuus laattasiltoihin Suomessa

In many structures such as parking structures, office and residential buildings the use of versatile factory-made unbonded tendons has been nearly standardized. Yet, only on rare occasion, this type of tendons has been utilized in bridges. Majority of post-tensioned bridges are constructed using bonded tendons. The Finnish Transportation Agency has not allowed the use of unbonded tendons in primary load-bearing structures due to the possibility of losing the entire prestressing force in the case of anchorage or tendon failure as anchorages transfer the entire prestressing force from the tendons to the concrete. The purpose of this thesis was to investigate the suitability of factory-made unbonded tendons for slab bridges in Finland. The thesis includes a literature review which aimed to demonstrate the structural suitability of unbonded tendons in slab bridges through comparative study. The experimental part of the thesis involved the evaluation of the monitoring data of Lukusilta Bridge which was one of the first bridges that was constructed using unbonded tendons in Finland. The monitoring data was analyzed to study the deformation and stress-state of the bridge. In the case study the construction costs of a railway slab bridge were compared by making preliminary design calculations using either bonded or unbonded tendons. The design calculations carried out by the FEM demonstrated that the tendon type affects the details of the design. The results of this thesis indicate that factory-made unbonded tendons are cost-effective and suitable for slab bridges in Finland. Not only the initial construction costs are reduced, the life-cycle management of unbonded tendons is superior allowing for future inspection, maintenance and restoration. However, the suitability is influenced by factors such as exposure conditions, environmental aggressivity, bridge type, protection layers provided by the bridge and protection methods of anchorages. In addition, the research pointed out the importance of anchorage protection. To achieve an adequate anchorage protection, the anchors should be encapsulated and possibly embedded inside the concrete slab to improve protection.Monissa rakenteissa, kuten pysäköintihalleissa, toimisto- ja asuinrakennuksissa sekä infrarakenteissa, monipuolisten tehdasvalmisteisten tartunnattomien jänteiden käyttö on lähes vakioitu. Silti vain harvoin tällaisia jänteitä on käytetty silloissa. Suurin osa sekä suomalaisista että ulkomaalaisista jännebetonisilloista jännitetään käyttäen tartunnallisia jänteitä. Liikennevirasto ei ole sallinut tartunnattomien jänteiden käyttöä pääkantosuunnassa johtuen mahdollisesta jännevoiman menettämisestä ankkurin tai jänteen vaurioitumisen seurauksena, koska jännevoima siirtyy betoniin ankkureiden välityksellä. Tässä diplomityössä tutkittiin tehdasvalmisteisten tartunnattomien jänteiden soveltuvuutta laattasiltoihin Suomessa. Aluksi tehtiin vertaileva kirjallisuuskatsaus, jossa tarkasteltiin tartunnattomien jänteiden rakenteellista soveltuvuutta laattasiltoihin. Kirjallisuusosuuden lisäksi työssä analysoitiin mittaustietoja Suurpellon Lukusillasta, joka on ensimmäisiä tartunnattomin jäntein jännitettyjä siltoja Suomessa. Mittausten perusteella arvioitiin sillan muodonmuutosten ja jännitysten muutoksia sillan käyttöaikana. Lisäksi jännemenetelmien rakennusvaiheen materiaalikustannuksia verrattiin toisiinsa käyttäen tapaustutkimuskohteena rautatien laattasiltaa. Kustannusvertailua edelsivät elementtimenetelmällä suoritetut suunnittelulaskelmat, joissa tuli esille jännetyypin vaikutus rakennesuunnittelun yksityiskohtiin. Tämän diplomityön tulokset osoittavat, että tehdasvalmisteiset jänteet ovat kustannustehokkaita ja sopivia laattasiltoihin Suomessa. Rakentamiskustannuksien pienenemisen lisäksi tartunnattomien jänteiden elinkaaren aikana niiden ikääntymistä voidaan seurata, mikä mahdollistaa muun muassa jänteiden kuntotarkistukset, ylläpidon, korjaamisen sekä vaihtamisen. Kuitenkin jänteiden soveltuvuuteen vaikuttavat erilaiset tekijät, kuten ympäristöolosuhteet, sillan tyyppi, siltarakenteiden tarjoamat suojakerrokset sekä ankkurialueiden suojausmenetelmät. Tutkimuksessa korostui ankkurialueen suojaamisen merkitys. Ankkurit tulisi kapseloida ja mahdollisesti sijoittaa betonilaatan sisään esimerkiksi jälkivalamalla