Liimapuupalkin kantavuuden lisääminen

Tämä diplomityö tehtiin A-Insinöörit Suunnittelu Oy:lle. Työn tavoitteena oli tutkia erilaisia liimapuupalkin vahvistustapoja ja perehtyä niiden käyttösovelluksiin. Erityisesti työssä on perehdytty vahvistustavoista liimapuupalkkien vetotankovahvistukseen yläpohjarakenteissa. Liimapuu on yleinen rakennusmateriaali ja sitä on käytetty Suomessa rakennusmateriaalina noin vuodesta 1958 lähtien. Vanhoja liimapuurakenteisia rakennuksia on runsaasti ja liimapuuta käytetään edelleen yleisesti rakennusmateriaalina. Ajan saatossa liimapuurakenteen kantavuus voidaan lisääntyneiden kuormitusten tai vaurioiden vuoksi todeta riittämättömäksi. Rakenteen kantavuus voidaan palauttaa riittävälle ja turvalliselle tasolle erilaisilla vahvistustavoilla. Liimapuupalkin vahvistus perustuu jonkin tai usean mitoituskriteerin mukaista kantavuuden lisäämistä. Työssä on vertailtu ja tutkittu vahvistustavoista poikkilaikkauksen kasvatuksen ja halkeamien injektoinnin lisäksi vetotangoilla, vanerilla, ruuveilla, komposiitilla ja teräksellä tehtävää vahvistusta. Erilaisten vahvistustapojen lisäksi työssä tutustuttiin liimapuuhun yleisesti ja sen vauriomekanismeihin. Tutkimus toteutettiin kirjallisuustutkimuksella. Eri vahvistustapoja vertailtiin niiden toteutuksen, käyttökohteiden mukaan ja esitettiin niiden mitoitukseen liittyvät perusteet. Eri vahvistustavoilla todettiin olevan omat vahvuudet ja heikkoudet ja niiden käyttö on hyvin tapauskohtaista. Eri vahvistustyyleillä voidaan kasvattaa palkin eri rasitustenmukaisia kestävyyksiä. Tarkemmin työssä perehdyttiin vetotankovahvistuksen mitoitukseen ja siinä huomioitaviin erityispiirteisiin. Rakenteen mitoitukseen tutustuttiin nykyisten määräysten, eli eurokoodin mukaan. Rakenteen suunnittelussa huomioitavista osista käytiin läpi murtorajatilamitoituksen lisäksi käyttörajatilamitoitus, palomitoitus ja palkin stabiliteetin tarkastelu. Mitoituksen kulun erityispiirteet muuttuvapoikkileikkauksisilla palkeilla esiteltiin myös pääpiirteittäin. Vahvistetun liimapuupalkin mitoitus voidaan tehdä suureksi osaksi vastaavalla tavalla kuin vahvistamattoman liimapuupalkin mitoitus. Eroavaisuuksina todettiin rasituskuvioiden muuttumisesta aiheutuvat mitoituksen erityispiirteet kuten palkin yläpinnan veto. Vahvistustavassa käytettäväksi valituilla rakenneosilla ja niiden rasitustenkestolla on suuri vaikutus myös alkuperäisen liimapuupalkin rasituksiin. Vetotankovahvistuksella voidaan saavuttaa huomattavia parannuksia liimapuupalkin rasitustenkestoon. Mitä suurempi rasitus aiheutuu vahvistusrakenteille, sitä suuremmaksi tekijäksi mitoitusprosessissa nousee palkin kokonaisstabiliteetti. Diplomityön tuloksena on esitetty vetotangolla vahvistettavan liimapuupalkin mitoituksen kulku ja siinä huomioitavat asiat. Rakenteen mitoitusta on selvennetty vielä laksentaesimerkillä. Laskentaesimerkki on työn liitteenä.This thesis is done for A-Insinöörit Suunnittelu Oy. Goal for this thesis was to study different ways of reinforcing a glulam beam and get familiar with different applications used. Especially, the work focuses on reinforcement method for tensile bar reinforcement of glulam beams in roof structures. Gluewood is a common building material and has been used as a building material in Finland since about 1958. There are many old glulam buildings and glulam is also nowdays widely used as a building material. Over time, the load-bearing capacity of the glulam structure may be discovered to be insufficient due to increased loads or damaged material. The load-bearing capacity of the structure can be restored to sufficient and safe level by various reinforcement methods. The reinforcement of a glulam beam is based on increasing the load capacity in some or several criteria. In addition of adding cross section total area and crack injection, reinforcement with tension bars, plywood in sides, different kind of screws, composite material and steel has been compared and studied in this thesis. In addition to various reinforcement methods, thesis studied glulam in general and its damage mechanisms. The study was conducted with a literature search. The different reinforcement methods were compared according to their implementation, applications, and the criteria on structural engineering of reinforcement. The different reinforcement methods were found to have their own strengths and weaknesses and their use is very case-specific. Different reinforcement styles can be used to increase different load-bearing capacities of the beam. In this thesis tension bar reinforcement was studied more specifically and special features to be considered when designing this kind of structures. The engineering of the structure was made according to the current regulations, i.e. the Eurocode. In addition to the ultimate limit state, the serviceability limit state, fire case engineering and beam stability check were taken in account of. The special features of engineering process with variable crosssection beams were also studied in this thesis. The structural engineering of a tension bar reinforced glulam beam can be done in very much the same way as the structural engineering of an unreinforced glulam beam. Differences were discovered in the case of the changes in the stress patterns, such as the tensile stress of the upper surface of the beam. The components selected to be used in the reinforcement and their stress resistance also have a huge effect on the stresses of the original glulam beam. With tension bar reinforcement, significant improvements in the stress resistance of a glulam beam can be achieved. The higher the stress on the reinforcing structures, the greater the factor in the dimensioning process for the overall stability of the beam. As a result of this thesis, the engineering process of the glulam beam reinforced with a tension bar and the issues to be considered are presented. The structural engineering of the structure has been further clarified with a calculation example. A calculation example is attached to the end of the work