Lyhyen ja keskipitkän jännevälin puu-betoniliittorakenteisten siltojen laskentamentelmät

Reliable design methods are important aspect of ensuring safety and serviceability of bridges. The design of timber-concrete bridges is complicated due to time-dependent phenomenon like creep, shrinkage of concrete and effects of the varying temperature and moisture content. Unfortunately, at the moment, Eurocodes include very limited guidelines for designing such bridges, which limits the possibilities for designing. However, due to research done on timber-concrete composite structures in past few decades and some analysis methods has been proposed, but mostly for floor construction. The goal of the thesis was to find and evaluate existing short- and long-term analysis methods applicable to design of timber-concrete composite bridges and based on the results propose a suitable procedure of analyzing timber-concrete composite bridges. To study the short-term analysis methods, current Eurocodes, existing design guidelines and number of research articles were reviewed. Existing analysis methods for composite beams were compared by parametric study and it was concluded the simplest methods are applicable only to limited cases and method with discrete connections should be used for the analysis. The method with discrete connections was also extended to account inelastic strains and intermediate supports as well as a finite element analysis model for analysis timber-concrete composite bridges was presented. For the long-term analysis existing guidelines and methods, time-dependent material models and effects of the environmental variations were studied. Based on the findings, a simulation tool for timber-concrete composite beam accounting the time-dependent phenomena was programmed. Also temperature and moisture content histories for the bridge components, to be used with the tool, were determined based on the existing weather data. The tool was used to simulate the effects over the service life of an example bridge. The bridge was analyzed using the tool and existing approximate method over the service life of 50 years in two cases, built using un-shored or shored construction method, and good agreement between the simulation and approximate model was found. Based on the short-term and long-term studies it was proposed, that timber-concrete composite bridges could be analyzed using finite element model and in the long-term analysis the existing method, with modification in the un-shored case, could be used.Luotettavat suunnittelumenetelmät ovat olennainen osa siltojen turvallisuuden ja käytettävyyden varmistamisessa. Puu-betoniliittorakenteisten siltojen suunnittelua hankaloittavat osien viruma, betonin kutistuma sekä lämpölaajeneminen ja kos-teuseläminen. Valitettavasti tällä hetkellä Eurokoodeissa ei ole juurikaan ohjeita puu-betoniliittorakenteisten siltojen suunnitteluun, mikä rajoittaa suunnittelun mahdollisuuksia. Viime vuosikymmeninä puu-betoniliittorakenteista tehtyjen tutki-musten pohjalta on kuitenkin esitetty useita suunnittelumenetelmiä, etupäässä kuitenkin lattiarakenteiden suunnitteluun. Työssä oli tavoitteena kartoittaa sillansuunnittelun soveltuvia laskentamenetelmiä, arvioida niiden soveltuvuutta käytännön sillansuunnitteluun ja ehdottaa soveltuvaa siltojen analysointimenetelmää. Työssä käytiin läpi nykyisiä Eurokoodeja, olemassa olevia suunnitteluohjeita ja joukkotutkimusartikkeleita liittyen lyhytaikaisiin laskentamenetelmiin. Olemassa olevia liittopalkkien laskentamenetelmiä verrattiin keskenään parametrissa tutkielmassa, jonka perusteella todettiin, että yksinkertaisimmat menetelmät soveltuvat vain rajoitettuihin erikoistapauksiin. Yksittäisten liittimet palkissa huomioivaa menetelmää kehitettiin työn aikana niin, että myös pakkovenymät ja palkin jatkuvuus voidaan huomioida laskennassa, sekä esitettiin elementtimenetelmään perustuva laskenta-malli puu-betoniliittorakenteisille silloille. Pitkäaikaisvaikutuksien tutkimista varten käytiin läpi ohjeita, laskentamenetelmiä, ajasta riippuvia materiaalimalleja sekä lämpötilan ja kosteuden vaikutusta raken-teeseen. Katsauksen pohjalta ohjelmoitiin työkalu, jolla voidaan simuloida puu-betoniliittorakenteisina palkkeja ottaen huomioon tärkeimmät ajasta riippuvat ilmiöt, ja mallinnettiin säähavaintoihin perustuen lämpötila- ja kosteushistoria käytettä-väksi simuloinneissa. Simulointityökalulla mallinnettiin puu-betoniliittorakenteisen esimerkkisillan käyttäytymistä 50 vuoden käyttöiän aikana kahdessa eri tapauksessa, rakennettuna käyttäen tuettua tai tukematonta rakennustapaa. Tuloksia verrattiin olemassa olevan yksinkertaistetun laskentamenetelmän tuloksiin ja todettiin tuloksien välillä selkeä yhtenevyys. Tulosten pohjalta esitetään elementtimenetelmään perustuva malli käytettäväksi yhdessä tutkitun pitkäaikaisvaikutukset huomioivat laskentamenetelmän kanssa puu-betoniliittorakenteisten siltojen suunnittelussa