2. i
TIIVISTELMÄ
MISKA LEHTINEN: Betonirakenteiden jännittäminen ja ankkurointi (engl.
Prestressing and anchoring of concrete structures)
Tampereen teknillinen yliopisto
Kandidaatintyö, 25 sivua, 0 liitettä
Tammikuu 2016
Rakennustekniikan tutkinto-ohjelma
Pääaine: Rakennesuunnittelu
Tarkastaja: Yliopistonlehtori Olli Kerokoski
Avainsanat: Ankkurointi, jännittäminen, betoni, rakennesuunnittelu,
Tämän kandidaatintyön tavoitteena on selvittää betonista valmistettujen rakenteiden
jännittämisen teoriaa sekä vertailla yleisiä ankkurointimenetelmiä. Lisäksi työssä
selostetaan ankkuroinnin suunnittelun vaiheita ja tutkitaan rakenteen eri tekijöiden
vaikutuksia lopputulokseen. Betonin jännittämisessä keskityttiin menetelmistä
yleisimpään eli mekaaniseen jännittämiseen.
Tehtävä suoritettiin kirjallisuusselvityksenä, jonka lähteinä toimivat useat alan kirjat,
tieteelliset artikkelit ja raportit. Aineiston luotettavuutta pyrittiin arvioimaan usein eri
tavoin ja mahdollisuuksien mukaan käyttämään alkuperäisiä lähteitä. Työn pääteemojen
paikkansapitävyys maksimoitiin käyttämällä niissä useita lähteitä.
Selvityksessä käy ilmi betonin jännittämisestä saatavien hyötyjen lisäksi eri
jännittämismenetelmien etuudet ja ongelmakohdat. Ankkurointimenetelmiä vertailtaessa
huomataan, että monessa tilanteessa usea vaihtoehto tuottaa yhtä toimivan tuloksen, joten
valinnan perusteeksi muotoutuu lähes poikkeuksetta hinta. Ankkuroinnin suunnittelussa
käsittelevässä luvussa saadaan selville, että nykyään mallintamista hyödyntäen pystytään
betonin käyttäytymistä ennustamaan hyvin tarkasti, mutta monien tekijöiden vaikutukset
ovat vielä epäselviä. Näiden tekijöiden lisätutkiminen olisi mielenkiintoinen lähtökohta
seuraavalle tutkimukselle.
4. 1
1. JOHDANTO
Betoni on tällä hetkellä maailman suosituin rakennusmateriaali, koska sen hinta-
laatusuhde on erinomainen. Se on kestävä, halpa ja helposti asiakkaalle räätälöitävissä
oleva materiaali. Betonirakenteiden hyödyt pystytään maksimoimaan jännittämällä se
ennen käyttöä. Betonin jännitykseen käytetään yleensä teräsjänteitä, jotka kiinnitetään
ankkureilla betonirakenteen kumpaankin päähän. Tämä kandidaatintyö käsittelee betonin
jännittämiseen liittyvää teoriaa ja eri ankkurointimenetelmiä. Työn tarkoituksena on
selventää betonin jännittämisen etuja, jännittämisen suunnitteluun tarvittavaa teoriaa sekä
vertailla eri menetelmien hyötyjä.
Rakenteiden jännittäminen kantavuuden lisäämiseksi keksittiin jo satoja vuosia
sitten, mutta periaatetta hyödynnettiin betoniteollisuudessa vasta viime vuosisadan
alkupuolella. Siitä lähtien erilaisia jännittämismenetelmiä on tullut ja mennyt, mutta idea
rakenteen ominaisuuksien parantamisesta jännittämällä on yleistynyt
rakennusmarkkinoilla. [2, s. 10]
Betonin jännittäminen lisää rakenteen kantavuutta ja samalla vähentää tarvittavan
materiaalin määrää. Työn alussa selostetaan betonin jännittämisen hyötyjä, tutkitaan sen
teoriaa sekä vertaillaan eri jännitysmenetelmiä. Markkinoilla on käytössä yleisesti kaksi
jännitysmenetelmää, joista toinen on betonin esijännittäminen ja toinen on betonin
jälkijännittäminen. Esijännitys tapahtuu jo tehtaalla rakenteen valmistusvaiheessa ja
jälkijännitys usein vasta työmaalla. [6, s. 662]
Jännityksen siirtäminen teräsjänteiltä betoniin tapahtuu yleensä joko betonin ja
teräksen välisen tartunnan, jänteiden ankkuroinnin tai niiden yhdistelmän avulla.
Jänteiden ankkurointitapoja on useita ja tässä kandidaatintyössä käydään läpi niistä
yleisimpiä. Samalla selvennetään menetelmien etuja, käytännöllisyyttä ja
markkinasuosiota.
Ankkuroinnin suunnittelu on yksityiskohtaista ja virhealtista työtä. Onnistumisia
pidetään itsestäänselvyyksinä ja epäonnistumiset ovat usein kalliita ja vaikeasti
korjattavia. Neljännessä kappaleessa käydään läpi ankkurointisuunnittelun teorian
pääosa-alueet ja pohditaan ratkaisuja mahdollisten jännityshäviöiden minimoimiseksi.
5. 2
2. BETONIRAKENTEIDEN JÄNNITTÄMINEN
2.1 Betonin jännittäminen
Betoni on rakennusmateriaali, joka koostuu runkoaineesta, sementistä ja vedestä
sekä usein myös lisä- ja seosaineista. Se kestää suuria puristusvoimia, mikä on erittäin
tärkeää rakennusteollisuudessa, mutta sillä on alhainen vetolujuus. Betoni on erittäin
suosittu rakennusmateriaali, mutta se ei yksinään pysty täyttämään
rakentamismateriaaleille asetettuja vaatimuksia. Suunniteltu rakenne täytyy pystyä
mitoittamaan mahdollisimman taloudellisesti siten, että se riittävällä todennäköisyydellä
säilyttää kelpoisuutensa koko suunnitellun käyttöikänsä ajan [5, s. 485].
Betonirakenteesta voidaan kuitenkin muodostaa tehokkaasti kuormia kantava rakenne
asentamalla vahvistavaa raudoitusta betoniin vastaanottamaan vetojännityksiä.
Raudoitettua betonia kutsutaan teräsbetoniksi, jossa betoni välittää puristusjännitystä ja
teräs vetojännitystä. Teräsbetonissa teräsosat asennetaan ennen valua betoniin, jonka
kantavuus kasvaa betonin kovettua entisestään raudoitteen johdosta.
Betonin jännittämisellä tarkoitetaan betonin sisällä olevien ankkuroitujen
teräsjänteiden jännittämistä, jotka puristavat betonia kasaan. Tämä saadaan aikaan
venyttämällä jänteitä, jotka pyrkivät palaamaan alkuperäiseen muotoonsa. Kun jänteet on
kiinnitetty betoniin, siirtyy jännitys betonin puristukseksi.
Jännittämisen tarkoituksena on poistaa vetolujuuden aiheuttamat haitat ja käyttää
taloudellisesti hyväksi betonin erinomainen puristuslujuus. Jännittäminen parantaa
betonin venymiskapasiteettia eli elastisuutta, väsymisen kestävyyttä ja rakenteen
vetolujuutta [1, 1.1]. Jännityksen avulla betonipalkille saadaan lisää rakenteellista
jäykkyyttä ja kantavuutta. Samalla teräsmääriä voidaan pienentää ja jänneväliä pidentää.
Näin palkeista tulee myös kevytrakenteisempia. Nämä tekijät myös antavat
betonirakenteille pidemmän iän. [6, s. 662]
Betonirakenteen päälle kasautuu lähtökohtaisesti aina painoa. Kuormitus aiheuttaa
rakenteen sisälle vetojännitystä ja se taipuu ajan myötä kuvan 1a mukaisesti. Tämä on
erittäin epäsuotuisaa rakentamisessa, sillä taipuva betonirakenne aiheuttaa rakenteessa
muodonmuutoksia ja rakenteiden välisiä jännityksiä. Pahimmassa tapauksessa rakenteet
voivat haljeta. Kuvassa 1b teräsjänne on jännitetty betonin sisään luoden palkin alaosaan
puristusjännityksen ja yläosaan jopa pienen vetojännityksen. Jännitykset aikaansaavat
palkissa taipuman, joka on peilikuva 1a kuvaan verrattuna. Kun taivutettuun
jännebetonirakenteeseen kohdistetaan taas kuormitusta, sisäisellä puristusjännityksellä
pyritään kumoamaan painon aiheuttama vetojännitys.
6. 3
Kuva 1 Jännittämättömän ja jännitetyn palkin käyttäytyminen kuormitettaessa
[6, s.3].
Kun merkitään venytetyn jänteen aiheuttamaa puristusvoimaa 𝐹 ja betonipalkin
pinta-alaa 𝐴, niin jännitetyn palkin sisäinen jännitys on
𝑓 =
𝐹
𝐴
(1)
Merkitään ulkoisten kuormien ja palkin massan aiheuttamaa momenttia tietyssä pisteessä
palkkia 𝑀. Nyt voidaan ratkaista momentin aiheuttama ulkoinen jännitys, joka on
𝑓 =
𝑀𝑦
𝐼
, (2)
missä 𝑦 on pisteen etäisyys palkin keskiakselista ja 𝐼 on pisteen jäyhyysmomentti.
Palkkiin vaikuttava kokonaisjännitys saadaan summaamalla sisäinen ja ulkoinen jännitys,
joten tietyn pisteen kokonaisjännitys on kaavojen (1) ja (2) summa eli
𝑓 =
𝐹
𝐴
+
𝑀𝑦
𝐼
. (3)
[2, s. 13]
Jännityksen vaikutusta havainnollistaa kuva 2, jossa palkin vetojännitys poistetaan
puristamalla eli jännittämällä palkkia. Silloin palkin alaosan vetojännitys vaihtuu ylä- ja
alaosan puristusjännitykseksi. Kuvaajien keskiviivan vasemmalla puolella on
puristusjännitystä ja oikealla puolella vetojännitystä.
7. 4
Kuva 2 Puristusvoiman aikaansaama puristusjännitys, kuorman aiheuttama veto-
ja puristusjännitys sekä yhdistetty kokonaisjännitys. [2, s. 15]
2.2 Betonin jännitystavat
Jännitetyt betonirakenteet luokitellaan joko esijännitetyiksi tai jälkijännitetyiksi.
Nimeäminen perustuu ajankohtaan, jolloin betonin sisään asetetut teräsjänteet ovat
jännitetty. Esijännityksessä jännittäminen tapahtuu ennen valuvaihetta ja
jälkijännityksessä valun jälkeen. Esijännitettyjä betonirakenteita valmistetaan
lähtökohtaisesti tehtaalla, kun taas jälkijännitetyt valetaan pääsääntöisesti paikanpäällä.
Esi- ja jälkijännittämisen vertailu on hankalaa, koska molemmissa tavoissa on hyvät ja
huonot puolensa. Yleisenä nyrkkisääntönä pidetään, että jälkijännitys ei sovi hyvin
lyhyisiin rakenteisiin eikä esijännitys massiivisiin. Tämä johtuu siitä, että massiivisten
rakenteiden siirtäminen tehtaalta työmaalle on hankalaa ja kallista. Toisaalta lyhyiden
jänteiden jännittämisessä on huomattavasti suuremmat riskit inhimillisiin virheisiin sekä
suhteellisesti korkeammat ankkureiden ja suojaputkien hinnat. Jälkijännityksessä on
kuitenkin mahdollisuus vaikuttaa jännitystulokseen vielä rakennustyömaalla. [4, s. 7−8]
Mekaanisen jännittämisen lisäksi muita tapoja ovat lämpöjännitys, jossa terästä
kuumennetaan sähköllä. Lämpölaajennut jänne kiinnitetään muttereilla päistään betoniin,
jolloin se jännittää betonia. Kemiallisessa jännityksessä laajentuva betoni jännittää siihen
kiinnitetyt jänteet, jonka jälkeen jänteet vuorostaan jännittävät betonia. [2, s. 79]
2.2.1 Esijännitys
Jännitetyn betonirakenteen valmistuksessa esijännityksellä tarkoitetaan teräsjänteiden
jännittämistä ennen betonivalua. Esijännitys on nimityksenä hieman harhaan johtava,
sillä itse betonia ei mitenkään esijännitetä, vaan sen jännittäminen tapahtuu aina vasta
8. 5
kovettuneella betonilla. Yksinkertainen tapa esijännittää betonia on hyväksikäyttää
teräksen ja betonin välistä tartuntaa. Aluksi teräsjänne jännitetään kahden kiristimen
väliin ja betoni valetaan jänteen ympärille. Kun betoni on kovettunut ja saavuttanut
tarpeeksi suuren lujuuden, jänteet voidaan katkaista. Betoni on kovettuessaan tarttunut
tiukasti teräkseen, joten vaikka jänteen päät vapautetaan, niin betonin sisällä teräs pyrkii
edelleen lyhenemään kimmoisesti alkuperäiseen muotoonsa. Silloin jänteen jännitys
osittain siirtyy betoniin ja muuttuu betonia puristavaksi voimaksi. Kuvassa 3a on
havainnollistettu esijännitetty jänne, joka on jäykästi kahden kiinnitystuen välissä.
Kuvassa 3b on jänteen ympärillä muotti, joka on täynnä valettua betonia ja kuvassa 3c
kovettunut betoni on saavuttanut tarpeeksi suuren lujuuden ja esijännitetty jänne on
irrotettu tuilta. [1, 1.1]
Kuva 3 Esijännitys tartuntamenetelmällä [1, 1.1].
Esijännitysmenetelmät kehittyivät huomattavasti vasta toisen maailmansodan
jälkeen, kun suurin osa Euroopan silloista oli pommitettu. Huomattiin, että niiden
uudelleen rakentaminen esijännitetyin betonirakentein oli selkeästi kestävämpi ratkaisu.
Samaan aikaan Yhdysvalloissa oli huutava pula rakennusmateriaaleista, joten
rakennesuunnittelussa oli suuri painoarvo käytettävän materiaalin minimoimisella.
Esijännitettyjen rakenteiden suosio kasvoi, koska niihin kului vähemmän terästä ja niiden
todettiin olevan pitkäkestoisempia ratkaisuja. [3, s. 989]
Esijännitettyjen betonirakenteiden suosion kasvaessa kuvan 3a-tyyppinen
jännittämismenetelmä ei ollut enää tarpeeksi nopea, joten käyttöön otettiin niin kutsuttu
Hoyerin menetelmä. Siinä kahden kiristimen väliin asennettava jänne on huomattavasti
pitempi. Se sallii usean kymmenen betonirakenteen valmistamisen samanaikaisesti
yhdellä jänteellä. Betonin kovettuessa tarpeeksi, jänne vapautetaan ja jänteet katkaistaan
elementtien väleistä. Tämä tuotantotapa on selkeästi kustannustehokkaampi ja se onkin
suosittua tehdastuotannossa yksinkertaisuutensa takia. [2, s. 69]
9. 6
2.2.2 Jälkijännitys
Jännitettyjä betonirakenteita, joiden teräsjänteet on jännitetty vasta betonin kovettumisen
jälkeen, kutsutaan jälkijännitetyiksi. Jälkijännitetyistä tavoista yleisimmässä eli
mekaanisessa jännittämisessä, betoniin on asetettu suojaputkia ennen valuvaihetta ja
työmaalla jänteet asetetaan putkien läpi ja jännitetään. Jännitys siirtyy betoniin
ankkureiden avulla, mitkä asennetaan betonirakenteen päihin. Jännittäminen tapahtuu
usein tunkilla, kuva 4, mikä toimii hydraulisesti helppokäyttöisyyden ja
energiatehokkuutensa takia. Hydraulitunkissa, kuva 5, on sähköinen moottori, joka
pumppaa öljyä sylinterille, joka liikuttaa jännettä ja jännittää sen. Nestepumppujen koko
vaihtelee paljon ja niillä voi jännittää teräsosia koosta ja tarpeesta riippuen 30 kN
voimasta aina 10 MN:iin. Tunkit jännittävät ankkurointimenetelmästä riippuen joko
yhden jänteen tai useita kymmeniä kerrallaan. [2, s. 73−74]
Kuva 4 Jänteiden jännittäminen tunkilla [11, s.22].
10. 7
Kuva 5 Hydraulitunkki ja sitä operoiva sähköpumppu [2, s.74].
Kaapelit jännitetään joko ankkuroimalla ne toisesta päästä ja kiristämällä toisesta
tai kiristämällä niitä samanaikaisesti molemmista päistä. Jälkimmäinen menettelytapa
vaati kaksi tunkkia, mutta nopeuttaa toimintaa sekä vähentää suojaputken ja kaapeleiden
välisiä kitkahäviöitä. Jännitys siirtyy betoniin joko ankkurin kautta tai betonin ja teräksen
välisen tartunnan avulla. Tartunta saadaan aikaan injektoimalla tuoretta betonia
ankkureiden reikien kautta suojaputkeen, jossa se levittyy jännitettyjen jänteiden
ympärille koko putken mitalta. Betonin liimasidos jakaa betoniin kohdistuvia paikallisia
jännityksiä tasaisemmin kuin pelkkä jänne, mutta aiheuttaa aina lisäkustannuksia.
Jälkijännittäminen on ideaali pitkäaikaisilla ja isoilla rakennustyömailla, joissa
käytetään paljon betonia rakennusmateriaalina. Niissä jännitetään paljon betonirakenteita
vasta itse työmaalla, joten jännittämiskulut ovat vain pieni osa kokonaiskustannuksista.
Tärkeimpiä käyttökohteita ovat massiivisten rakenteiden, kuten betonipatojen, – tankkien
ja siltojen rakentaminen ja ydinreaktorien suojabetonoinnin vahvistaminen. [8, s. 79]
11. 8
3. ANKKUROINNIN SUUNNITTELU
3.1 Suunnittelun aloittaminen
Ankkuroinnin suunnittelu on monimutkainen prosessi, jossa jokainen ankkurointi on
ainutlaatuinen mitoituskohde. Kun jännevoimat siirretään betoniin ankkureilla, jänteiden
betonille aiheuttamat puristusvoimat keskittyvät suhteellisen pienelle alueelle.
Jännitetyissä palkeissa, joissa poikkipinta-ala ei ole suorakaide, kuten I- ja T-palkeissa,
palkin päät eivät välttämättä kestä rasitusta. Niiden päät laajennetaankin usein
suorakaiteiksi, joita kutsutaan erikseen päätykappaleiksi. Laajennus tehdään jonkin
matkaa molemmista päistä, jotta ankkurointi ja raudoitus pystytään suorittamaan
turvallisesti. Lisäraudoitus on erityisen tärkeää päätykappaleissa, joissa niitä tarvitaan
vastustamaan ankkureiden aiheuttamia keskittyneitä leikkausvoimia. Päätykappaleet
joutuvat kestämään erittäin suuria rasituksia ja saattavatkin pettää virheellisestä
suunnittelusta johtuen. Vaurioituminen johtuu usein virheellisestä raudoituksesta tai
ankkureiden ympärillä olevan betonin pettämisestä. Päätykappaleen korjaaminen on
usein hankala ja kallis toimenpide, joten suunnittelun ja rakentamisen aikana onkin
tärkeää ottaa huomioon kaikki ankkurointialueen olosuhteet. [1, 8.2]
Kuormien keskittyessä pienelle alueelle tasoleikkaukset eivät enää pysy tasoina
eikä yksikertainen palkkiteoria päde mitoituksessa koko palkin matkalla. Palkin päissä on
huomioitava siirtymämatka yksinkertaisen palkkiteorian jännitysjakauman
aikaansaamiseksi. Siirtymämatka riippuu betonin lujuudesta, poikkipinta-alasta,
raudoituksesta, ankkurointi menetelmästä ja teräsjänteiden jännityksestä. Tavoitteena on
jakaa jännityksen aiheuttama voima mahdollisimman tasaisesti koko palkin poikkipinta-
alalle. Markkinoilla olevissa standardiankkureissa käytetäänkin jäykkiä
ankkurointilevyjä, jotka pyrkivät aiheuttamaan tasaisen voiman ankkurista betoniin.
Kuvassa 12 näkyy ankkurointilevyn aiheuttama vaakasuuntainen voima
päätykappaleeseen. Kuvassa näkyy myös miten palkin suuntainen puristusjännitys
vaihtelee siirtymämatkalla. Lähellä päätyä palkin ulkoreunoissa on jopa vetojännitystä,
kun taas siirtymämatkan toisessa päässä puristusjännitys on jo jakautunut tasaisesti koko
poikkipinta-alalle. [1, 8.1–8.2]
12. 9
Kuva 6 Puristusjännitysjakauma siirtymämatkalla a [1, 8.3].
Kuvan 12 palkin päätyosa on esitetty uudestaan kuvassa 13a, jossa
ankkurointilevyn korkeutta on merkitty ℎ:lla ja palkin korkeutta 𝐷:llä.
Kuva 7 a) Päätykappale, jossa yksi symmetrinen ankkuri
b) vapaakappalekuva ylemmästä puolikkaasta
c) jännitysresultantit ylemmästä puolikkaasta [1, 8.3]
Kuvassa on myös jännityksen aiheuttama voima 𝑃 sekä siirtymämatka 𝑎. Kuvassa
13b on muodostettu päätykappaleen ylemmästä puoliskosta vapaakappalekuva.
Tasapainoehdon avulla huomataan, että palkkiin vaikuttaa myös sisäinen momentti 𝑀 𝑏,
joka on veto- ja puristusjännitysten resultantti. Momentin suuruus on vaakaleikkauksessa
CC
13. 10
𝑀 𝑏 =
𝑃
2
(
𝐷
4
−ℎ
4
) = 𝑃
( 𝐷−ℎ)
8
. (4)
Momenttia kutsutaan lohkaisumomentiksi, joka aiheuttaa poikittaista puristus- ja
vetojännitystä. Kuvan 13c betonipalkkiin saattaa syntyä kuvan 13a mukaisia
vaakahalkeamia, koska vetojännitysten resultantti T on kauempana kuormitetusta
pinnasta kuin puristusjännitysresultantti C. Jos päätykappaleessa olisi kaksi ankkuria
asetettuna kauas toisistaan symmetrisesti ankkurointilevyineen,
puristusjännitysresultantti C olisi kauempana. Nyt momentti olisi vastakkaisen
suuntainen. Tätä momenttia 𝑀𝑠 kutsutaan lohkeilumomentiksi. Kuvassa 14 on
havainnollistettu yhden tai kahden ankkurin aiheuttamat lohkeilu- ja lohkaisumomentit.
[1, 8.3]
Kuva 8 Lohkeilu- ja lohkaisumomentit päätykappaleissa, joissa on yksi tai kaksi
symmetristä ankkuria [1, 8.3].
Ankkuroinnin suunnittelussa päätykappaleet ovat kriittisiä ja monimutkaisimpia
suunnitella. Yleensä jännitetyn betonirakenteen ankkuroinnin suunnittelu alkaa
tarvittavan jännityksen suuruuden laskemisesta ja kyseisen jännityksen aiheuttamien
staattisten momenttien laskemisella kriittisissä leikkauksissa. Suunnittelija on
ensisijaisesti kiinnostunut sellaisista leikkauksista, joissa esiintyy maksimilohkaisu- ja
maksimilohkeilumomentit. Staattisten momenttien laskeminen antaa mahdollisuuden
lähestyä standardimalleista poikkeavia kohteita. Päätykappaleiden suuren vaihtelevuuden
takia suunnittelijan on yleensä käytettävä laskennan lisäksi omaa päättelykykyä sisäisen
momentin valinnassa ei-standarditilanteissa. Laskuissa on otettava huomioon myös
mahdolliset halkeilut, jotka saattavat muuttaa siirtymäpituuksia. Jos mitoittaminen on
tehty huolellisesti, päätykappaleiden käyttäytyminen on mahdollista ennustaa koko
rakenteen elinkaaren ajaksi. [1, 8.5]
14. 11
3.2 Ankkureiden sijoittelu
Suunnittelun pääidea on jännittämiseen tarvittavien ankkureiden ja jänteiden lukumäärän,
koon ja jännitysjärjestyksen määrittäminen. Mitoittamisen jälkeen tarkistetaan palkin
muut rasitukset ja varmistetaan palkin kestäminen. Vaikka haluttu jännityksen suuruus
on jo tiedossa, ankkureiden lukumäärän valinta ja sijoittelu eivät ole aina yksinkertaisia
päätöksiä. Usein monella eri vaihtoehdolla päästään haluttuun lopputulokseen, mutta
niiden käytännöllisyys ja hinta vaihtelevat. Esimerkiksi kolmella ankkurilla, joissa
kaikissa on yksi ohut jänne, voidaan betoniin luoda sama jännitys kuin yhdellä ankkurilla,
jossa on yksi halkaisijaltaan suurempi jänne. Jälkimmäinen vaihtoehto on varmasti
halvempi, mutta aiheuttaa suuret leikkausvoimat betonirakenteeseen [1, 8.3]. Silloin
betonin leikkausraudoitusta täytyy lisätä, mikä taas lisää vaihtoehdon hintaa ja
hankaloittaa valmistusta. Halutun jännityksen aikaansaaminen on monien eri
vaihtoehtojen vertailemista ja niistä helpoimman, halvimman sekä kestävimmän
vaihtoehdon arvioimista.
Tavoitteena on järjestää ankkurit siten, että voimien jakautuminen ankkureiden
lähellä on mahdollisimman tasainen. Jännitys- ja momenttijakauma ovat hyvin erilaiset
riippuen ankkureiden määrästä ja paikasta. Aluksi käydään läpi tilanne, jossa on 𝑛 määrä
ankkureita jakautuneena tasaisesti palkin päätyyn, kuten kuvissa 15a ja 15b on sijoitettu.
Poikittaisten jännitysten jakautuminen muistuttaa hyvin tarkasti sellaista päätylevyä,
jossa on yksi keskeinen ankkuri ja palkin korkeus olisi 𝐷/𝑛. Siirtymäpituus on noin
1,3𝐷/𝑛 [1, 8.4]. Kuvassa 16 on kolme-ankkurinen päätylevy, jonka resultantti on
epäkeskinen. Puristusjännitys siirtymäpituuden lopussa on kuitenkin tasaisesti
jakautunut. Ankkurivoima on keskittynyt palkin alaosaan, joten alhaalla on myös
suurempi puristusjännitys kuin ylhäällä [1, 8.4]. Palkin muodolla ei ole suurta vaikutusta
jännityksiin, kunhan päätykappale on vähintään siirtymämatkan pituinen. Tästä johtuen
kuvien mukaiset jännityskuvaajat pätevät suurimpaan osaan käytettävistä palkeista.
15. 12
Kuva 9 Kaksi päätykappaletta, joissa on tasaisin välimatkoin sijoitetut ankkurit
[1, 8.4].
Kuva 10 Päätykappale, jossa kolme ankkuria epäkeskisellä resultantilla [1, 8.4].
16. 13
Suorakaiteen muotoista päätykappaleita ei kuitenkaan aina käytetä. Jännitettyjen
ankkureiden vaikutusta ei ole vielä tutkittu tarkasti muun muotoisissa rakenteissa. Jo
tehdyt tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että sellaiset palkit, joilla on yksi keskeinen
ankkuri, kuten kuvassa 17a tai yksi ankkuri molemmissa laipoissa, kuten kuvassa 17b,
käyttäytyvät hyvin samalla tavalla kuin päätylevyllisetkin palkit [1, 8.4]. On kuitenkin
huomioitavaa, että jos ankkurit sijaitsevat laipoissa, tarvitaan huomattavasti suurempi
halkaisuraudoitus laippoihin vastaanottamaan lohkaisujännityksiä.
Kuva 11 a) Keskeisen ankkurin lohkeilumomentti
b) laipoissa olevien ankkureiden lohkeilumomentti [1, 8.4].
Tässä luvussa käsitellyt poikittaiset jännitysjakaumat ovat saatu tutkimuksista,
joissa jännitysvoima vaikuttaa, niin kuin yleensä on tapana, teräslevyn välityksellä.
Ankkurointimenetelmällä ei kuitenkaan ole suurta vaikutusta poikittaisjännitysten
jakautumiseen tai suuruuteen. Toisaalta ankkurit ovat olleet jokaisessa analyysissa myös
pystysuoria. Useimmat ankkurit kuitenkin poikkeavat hieman pystysuorasta, koska
jänteet asennetaan rakenteeseen kaarevasti. Myöskään 1:10 kaltevuudella ei ole
merkittävää eroa lohkaisujännityksiin, joten analyysit ovat päteviä myös lähes
suorakulmaan asennettujen ankkurointien tutkimisessa. [1, 8.4]
3.3 Raudoituksen määrittäminen
Betonirakenne raudoitetaan sen lujuuden lisäämiseksi. Raudoitustarve vaihtelee
huomattavasti rakenteen eri osissa. Esimerkiksi koko palkin raudoittaminen yhtä vahvasti
on kallista ja turhaa työtä. Rakenteet raudoitetaankin yleensä kevyesti koko matkalta ja
17. 14
lisäraudoitetaan kriittisistä kohdista. Kriittisten kohtien laskeminen ei aina ole
itsestäänselvyys. Suunnitteluvaiheessa palkin statiikan analysointi tulee suorittaa
perinpohjaisesti. Säästö suunnittelussa voi olla huomattava menoerä palkin elinkaaren
lyhetessä. Jännitetyissä betonirakenteissa jännitys keskittyy usein hyvin pienille alueille,
jotka joutuvat kestämään suurimman osan koko rakenteen rasituksista. Nämä alueet ovat
yleensä kuvan 12 mukaisesti siirtymäalueen sisällä. Paikalliset puristus- ja
vetojännitykset murtavat helposti raudoittamattoman betonin. Päätykappaleet ovatkin
aina raudoitettuja, niin pituus- kuin poikittaissuunnissa. Paikalliset jännitykset ovat niin
suuria, että lisäraudoituksesta huolimatta päätykappaleet murtuvat jännebetonirakenteissa
useimmiten. [1, 8.5]
Ankkuriraudoitus koostuu yleensä umpihaoista ja hitsatusta verkosta. Umpihaka
on taivutettu ohut terästanko. Umpihakoja voi olla betonirakenteessa usein kymmeniä,
jopa satoja. Raudoitusverkko on usean yhteen hitsatun pituus- ja poikittaissuuntaisen
ohuen terästangon muodostama verkko. Verkkoa on kuitenkin vaikea sijoittaa
suojaputkien, muottien ja muun ankkurointiin liittyvän metallitavaran ympärille. Yleensä
päätykappaleet ovat täynnä raudoitusta, joten suunnitteluvaiheessa raudoituksen
yksinkertainen ja toimiva sijoittelu on ensiarvoisen tärkeää. Kuvissa 18a ja 18b on poikki-
ja pystyleikkausesimerkki systemaattisesta raudoituksesta. Raudoituksen tarkoituksena
on siis vastustaa lohkaisujännityksiä heikentämättä kuitenkaan ankkureiden tuottamaa
puristusjännitystä. [1, 8.5]
Kuva 12 Ankkuroidun palkin päädyn raudoituksen a) poikkileikkaus b)
pystyleikkaus [1, 8.5].
Jotta raudoitus voisi toimia tehokkaasti, on se ankkuroitava luotettavasti.
Tavallisimmin raudoitus ankkuroidaan teräksen ja betonin välisen tartunnan avulla. Sen
suuruuteen vaikuttaa tankojen pinnan laatu eli ovatko ne sileitä vai harjatankoja. Mikäli
18. 15
tartunnan aikaansaama voima ei riitä, voidaan raudoituksen ankkurointikestävyyttä
kasvattaa lisäämällä teräkseen koukkuja, lenkkejä, hitsaamalla niihin poikittaistankoja tai
asentamalla raudoitukseen tarkoitettuja ankkureita. [1, 8.5]
3.4 Jännityshäviöt
Jännitetyn betonirakenteen laskettu teoreettinen jännitys ei koskaan vastaa todellista.
Jännityshäviöitä tapahtuu aina jännittämisen aikana eikä jännitys pysy vakiona ajan
myötä. Jännityshäviöt voidaan jakaa kahteen kategoriaan: välittömät häviöt ja ajan myötä
tapahtuvat häviöt. Välittömät häviöt tapahtuvat ennen jännityssiirtoa ja sen aikana. Ajan
myötä tapahtuvat häviöt ilmenevät vasta jännittämisen jälkeen.
Jännityshäviöiden jälkeisen ns. tehollisen jännityksen täsmällinen määrittäminen
on hankalaa, usein jopa mahdotonta. Oikean jännityshäviön laskeminen on vaikeaa,
koska yhden tekijän aiheuttamat jännityshäviöt vaihtelevat jatkuvasti muiden tekijöiden
yhteisvaikutuksesta. Nykyisin suunnittelijoilla on kuitenkin käytössään jo laajat määrät
dataa ja tietokoneanalyysit ovat nopea ja helppo tapa tehdä ennustuksia, joten häviöiden
suuruus on mahdollista ennustaa jo turvallisen tarkasti. Tekijöitä on useita, mutta
kriittisimmät ovat kimmoinen kokoonpuristuminen, viruma, lukitushäviöt sekä teräksen
relaksaatio. Kokonaisjännityshäviö jännitetyissä betonirakenteissa on yleensä 10–25%
[1, 8.7].
3.4.1 Välittömät jännityshäviöt
Jännitetyissä betonirakenteissa osa jänneteräksen jännityksestä siirretään betoniin. Kun
jännitys siirtyy teräksestä betoniin ankkuroinnin tai tartunnan avulla, betoni puristuu
kokoon. Samalla jännitetyt jänteet pääsevät puristumaan kokoon, joten alkuperäinen
jännitys laskee. Betoni puristuu kokoon kaavan
𝛿 =
𝐸 𝑠 𝑓 𝑐
𝐸 𝑐
[2, s. 91] (5)
mukaan, jossa 𝛿 on kokoonpuristuvuus, 𝐸𝑠 on teräksen kimmomoduuli, 𝑓𝑐 on betoniin
vaikuttava jännitys eli jänteiden alkuperäinen jännitys ja 𝐸𝑐 on betonin kimmomoduuli.
Kokoonpuristuvuuden suuruus vaihtelee siis teräksen ja betonin laadun ja jännityksen
suuruuden mukaan. Jälkijännitetyissä betonirakenteissa kokoonpuristuvuus vaihtelee
19. 16
myös jänteiden lukumäärän mukaan. Ensimmäiseksi kiristetty jänne kärsii suurimman
jännityshäviön, koska se pääsee puristumaan kokoon jokaisen muun jänteen kiristyksen
aikana. Viimeisellä jänteellä ei ole jännityshäviötä, koska betoni antaa periksi kiristyksen
aikana, joten jänne voidaan kiristää haluttuun jännitykseen. Yleensä kokoon puristuksen
aiheuttama jännityshäviö on 5-10 prosentin luokkaa. Tätä ilmiötä voidaan kuitenkin
pienentää ylijännittämällä hieman ensimmäisiä jänteitä. [2, s. 91]
Jännityshäviötä syntyy myös ankkuroinnin seurauksena. Jännittämisen jälkeen
kiila-ankkurit päästävät jännettä itsensä läpi muutamista milleistä senttiin riippuen
jännitysmenetelmästä. Siitä johtuen jänteen jännitys laskee. Muutos on sama jänteen
pituudesta huolimatta, joten suhteellinen jännityksen aleneminen on paljon pienempi
pitkillä jänteillä. [2, s. 103]
Muita huomionarvoisia välittömiä jännityshäviöitä ovat tartuntaliukuma jänteiden
ankkuroinnin jälkeen ja jänteen ja suojaputken välinen kitka jännittämisen aikana.
3.4.2 Ajan myötä tapahtuvat jännityshäviöt
Ajan myötä tapahtuvat jännityshäviöt ovat tiukasti toisiinsa sidoksissa, joten niiden
vaikutusten yksilöiminen on yleensä hankalaa. Toisaalta niihin vaikuttaa myös erittäin
vahvasti betonin ominaisuudet. Betonin ominaisuudet ovat jokaisella rakenteella hieman
erilaiset riippuen hydrataatiosta, valu- ja kuivumisolosuhteista. Vaikka jännityshäviöt
ovatkin monen tekijän summa, niin nykyaikaiset tietokoneohjelmat pystyvät
ennustamaan eri tekijöiden vaikutuksia monipuolisesti ja tarkasti.
Viruminen on jännityksestä johtuva betonin muodonmuutos, joka on
aikariippuvainen. Viruman suuruus vaihtelee myös betonin laadusta ja jännityksen
suuruudesta johtuen. Suurin osa virumasta tapahtuu kuitenkin jo ensimmäisen kuuden
kuukauden aikana. Viruman aikaansaama betonirakenteen lyheneminen vähentää betonin
sisällä olevaa jännitystä. Jänteiden jännitys alenee ajan myötä myös teräksen
relaksoituessa. Relaksaatiolla tarkoitetaan jännityksen vähenemistä venymän pysyessä
samana. [8, s. 117–129]
20. 17
4. ANKKUROINTIMENETELMÄT
4.1 Jänteiden ankkurointi
Ankkurointi on jännitettyjen teräsosien kiinnittämistä betoniin. Ankkuroinnilla
tarkoitetaan sekä raudoituksen että jänteiden ankkurointia. Tässä opinnäytetyössä
keskitytään jänteiden ankkurointimenetelmiin.
Ankkuroinnin valmistelu aloitetaan jo ennen valuvaihetta. Valettavaan betoniin
asennetaan suojaputkia, joihin jänteet valun jälkeen työmaalla sijoitetaan. Suojaputkiin
asennetut jänteet jännitetään, ankkuroidaan päistä ja injektoidaan. Jännitys välittyy
injektoinnin jälkeen koko jänteen matkalta tartunnan avulla. Joissain tilanteissa
suojaputkea ei injektoida ollenkaan, jolloin jännitys välittyy ainoastaan ankkureiden
kautta. Jännevoimat siirretään betoniin joko esijännityksissä käytettävällä
tartuntamenetelmällä tai jälkijännitetyissä rakenteissa ankkureilla. Varsinkin
ankkurointimenetelmissä jänteiden aiheuttamat puristusvoimat kasaantuvat suhteellisen
pienelle alueelle. Betonirakenteiden päädyt joutuvatkin usein erittäin kovan rasituksen
kohteeksi ja niiden korjaaminen on hankalaa ja hyvin kallista. Moniin epäsymmetrisiin
palkkeihin, kuten I- ja T-palkkeihin, asennetaankin päätyihin eräänlaiset päätykappaleet
rasitusten kestämiseksi. Itse ankkuri koostuu tavallisesti jäykästä teräksisestä pääosasta,
joka on upotettu betoniin ja liitetty päätykartioon. Päätykartion tehtävänä on ohjata jänteet
pieneen muoviputkeen. Ankkurit ovat lähes aina upotettu elementin päätyihin ja
mahdollisen injektoinnin jälkeen suojattu laastilla. Näin pystytään tehokkaasti
poissulkemaan korroosion aiheuttamat vauriot, jotka olivat 1900-luvulla vakava ongelma
teräsjänteille. Ankkuri aiheuttaa betoniin suuren halkaisuvoiman. Siksi betoniin täytyy
myös suunnitella ja asentaa jänneankkurin halkaisuvoimaa vastaanottava raudoitus. [1,
8.2]
Elementti voidaan ankkuroida ja jännittää joko tehtaalla tai rakennustyömaalla.
Usein jälkijännitetyt elementit jännitetään vasta työmaalla. Työmaalla jännitettäessä
rakennetta jännitetään kahdella tunkilla eli molemmista päistä samaan aikaan tai toiseen
päähän asetetaan passiiviankkuri, jonka tehtävän on vain pitää jänne paikallaan.
Passiiviankkuri ei päästä jännettä liikkumaan, vaikka jännettä kiristettäisiinkin. Toiseen
päähän asennetaan aktiivinen ankkuri, joka päästää jänteen liikkumaan vain toiseen
suuntaan. Kaikki jänteet jännitetään mekaanisesti sähkökäyttöisellä tunkilla, jonka
jälkeen ankkuri lukitaan ja jänteiden jännitys siirretään betoniin. Passiivi- ja
aktiiviankkurin periaate käy ilmi kuvassa 6.
21. 18
Kuva 13 Aktiivi- ja passiiviankkurin periaatekuva [7, s.5].
4.2 Freyssinetin menetelmä
Kiila-ankkureissa perusideana on jännitetyn teräslangan puristaminen mahdollisimman
lujaa kahden materiaalin väliin. Jänteet jännitetään hydraulisesti, jonka jälkeen
kiilamaiset ankkurit asetetaan säikeiden päihin. Puristuksen aiheuttaman kitkan tulisi
pitää säikeet paikallaan. Kiila-ankkurit ovat olleet jo pitkään erittäin suosittuja, sillä ne
ovat markkinoiden käytetyimpiä jo 50-luvulta lähtien.
Kiila-ankkureiden yleisin käyttötapa on niin sanottu Freyssinetin menetelmä, joka
keksittiin jo vuonna 1939 [8, s. 70]. Jokaisessa ankkurissa on kaksi erillistä osaa, kuva 7,
jotka ovat uros- ja naarasosa. Kartionmuotoinen naaras upotetaan betoniin. Kiilamainen
urososa, jossa on säikeiden lukumäärän verran rihloja, puristetaan kartiota vasten.
Säikeet, jotka kulkevat rihloja pitkin, joutuvat uros- ja naaraskartioiden väliin
puristukseen ja kitkavoima pitää teräsjännettä paikallaan. Jänteiden jännittämisen jälkeen
kartion keskellä olevasta reiästä injektoidaan betonia suojaputkeen. [2, s.80] Ympyrän
muotoisen suojaputken sisällä on kierrejousi, joka pitää jänteet erillään ja helpottaa näin
betonin injektoimista koko putken matkalle. Jänteet pujotetaan rei’itetyn ankkurilaatan
läpi. Jännitettäessä hydraulitunkki vetää koko ankkurilaattaa, kuten kuvassa 8, ja pystyy
näin jännittämään jokaista lankaa samaan aikaan. Tämä nopeuttaa toimintaa työmaalla,
jossa olosuhteet voivat olla hyvinkin vaihtelevat. [10, s. 28]
22. 19
Kuva 14 Freyssinet-ankkurin uros- ja naarasosat [4, s.472].
Kuva 15 Tunkki jännittää Freyssinet-ankkurin läpi kaikkia jänteitä samaan aikaan
[4, s.473].
Freyssinetin menetelmän suurimmat edut ovat ankkureiden hintalaatusuhde ja
mahdollisuus jännittää jokaista lankaa samaan aikaan [8, s. 70]. Kartioankkurit ovat
yksinkertaisia, edullisia ja samanaikaisen jännittämismahdollisuuden myötä nopeita
asentaa. Jänteiden jännittämisessä tulee kuitenkin ottaa huomioon, että kun pumppu on
jännittänyt jänteen, pääsee se luistamaan pienen matkan takaisin betonin sisään. Tämä
pienentää jänteen jännitystä, mikä on otettu rakenteen suunnittelussa huomioon.
23. 20
4.3 Magnel-Blatonin menetelmä
Toinen kiila-ankkurointimenetelmä on Magnel-Blatonin menetelmä. Tämä
ankkurointitapa on ollut yksi 1900-luvun käytetyimmistä, mutta nykyään sitä pidetään jo
vanhentuneena. Sitä hyödyntämällä on rakennettu maailman ensimmäinen jännitetty silta
Philadelphiaan vuonna 1949 [9, s. 918].
Tässä menetelmässä kahdeksan lankaa on jaettu pareittain uritetuille teräslevyille,
kuten kuvassa 9 a). Jokainen lanka puristetaan kuvan 9 b) tyylisellä kiilalla, jossa on myös
urat, teräslevyä vasten. Niitä kasataan päällekkäin neljä kerrosta. Päällekkäin asettelu
muistuttaa kerrosvoileivän valmistusta ja levyjä kutsutaankin nimityksellä sandwich-
levyt. Kuten muissakin kiila-ankkureissa, niin myös tässä menetelmässä vain
materiaalien välisen puristuksen aiheuttama kitka pitää jänteet paikallaan. Suorakaiteen
muotoisessa suojaputkessa jänteet pitää toisistaan erossa kuvan 9 c) mukainen erittelijä,
joita asetetaan putkeen 1-2,5 metrin välein. Erittelijä ja sandwich-levyt pitävät jänteet
neljän jänteen riveissä koko betonirakenteen matkalla. 9 d) on yleiskuva Magnel-
Blatonin menetelmän mukaisesta ankkuroinnista. [10, s. 29]
Kuva 16 Magnel-Blatonin menetelmän sandwich-levyt, kiila, jänteiden erittelijä ja
yleiskuva ankkuroinnista [10, s. 30].
24. 21
Pumppu pystyy jännittämään vain kahta lankaa kerrallaan, kun taas Freyssinetin
menetelmässä kaikkia. Tämä hidastaa jännittämistä ja lisää jännityshäviöiden määrää.
Aiheesta lisää kohdassa 3.4.1 Välittömät jännityshäviöt. Magnel-Blatonin menetelmässä
on useita hankaluuksia aiheuttavia ominaisuuksia. Asennuksen monimutkaisuus, hinta ja
erityistä tarkkuutta vaativa jänteiden asetteluprosessi ovat aiheuttaneet sen, että
menetelmää ei enää käytetä.
4.4 Presconin menetelmä
Kiilamenetelmien lisäksi ankkurointi voidaan suorittaa esimerkiksi muokkaamalla
lankojen päät jännittämisen jälkeen sellaisiksi, että ne eivät enää mahdu ankkurointilevyn
reikien läpi. Kun langan pää ei mahdu takaisin ankkurointilevyn reiästä, vetää jännitetty
lanka levyä betonia vasten ja aiheuttaa betoniin puristuksen. Yleisin ns. kanta-
ankkurointitapa on amerikkalainen Presconin menetelmä, josta löytyy useita erilaisia
variaatioita.
Presconin menetelmässä, kuva 13, kaksi tai jopa monta sataa lankaa asetetaan
rinnakkain suojaputkeen. Jokainen lanka pujotetaan molemmista päädyistä ankkurilevyn
ja reiällisen päätylieriön läpi, jonka jälkeen niiden päät muokataan naulan kantaa
muistuttaviksi kartioiksi. Kartiot eivät mahdu päätylieriön rei’istä takaisin suojaputkeen.
Sen jälkeen erikoistunkki kieritetään päätylieriön ympärille ja se jännittää jänteet
tarvittavalla voimalla. Jännitettäessä teräs venyy ja päätylieriön ja ankkurilevyn väliin
syntyy tilaa. [10, s. 31] Tyhjään tilaan asetetaan kaksi tai useampi teräslevyä, jonka
jälkeen tunkki irrotetaan ja jännitys siirtyy langoista lieriöiden ja ankkurointilevyn kautta
betoniin. Lieriössä on myös isompi reikä betonin mahdollista injektoimista varten.
25. 22
Kuva 17 Presconin menetelmälle ominaiset jänteiden kannat, lieriö sekä välilevyt
ennen korroosiosuojausta [2, s.81].
Presconin menetelmää käytettäessä on erittäin tärkeää mitoittaa välilevyt jokaiselle
ankkuroinnille erikseen. Levyjen mitat vaihtelevat huomattavasti riippuen jänteiden
venymisestä, halutusta jännityksestä ja jänteen ja betonin välisestä kitkasta. Kun
jännittäminen ja ankkurointi on suoritettu, koko ankkuri peitetään betonilla korroosio- ja
palokestävyyden lisäämiseksi. [2, s. 81]
4.5 Lee-McCallin menetelmä
Englantilainen Donovan Lee kehitti 1950-luvulla erittäin menestyksekkään tavan
jännittää betonirakenteita, jotka vaativat normaalia korkeamman jännityksen [4, s. 671].
Lee-McCallin menetelmässä jänteiden tilalle on vaihdettu silikonimangaaniseoksesta
valmistetut terästangot [10, s. 33]. Tankojen halkaisija vaihtelee 12 millimetristä jopa 40
millimetriin ja pituus voi olla 20 metriä. Menetelmän perusideana toimivat kuvien 11a ja
11b mukaiset kierteet terästankojen päädyissä. Jännitettyjen tankojen päihin asennetaan
päätylevyt ja kierretään leveät mutterit, joiden avulla jännitys siirtyy tangosta betoniin.
Mutterit ovat leveitä, jotta tangon jännitys jakaantuisi mahdollisimman monelle uralle.
Mutterin ja betonirakenteen välissä on päätylevy, jonka tarkoitus on jakaa ankkurin
aiheuttama halkaisuvoima mahdollisimman laajalle alueelle betonirakenteen päädyssä.
26. 23
[8, s. 75] Tankoja käytetään tartunnattomina ja tartunnallisina riippuen tilanteesta [10, s.
31].
Kuva 18 Lee-McCallin menetelmän päätylevyt, mutteri sekä tangon päätyjen
kierteet [8, s.76].
Menetelmän hyötynä on korkeiden jännityksien aikaansaaminen sekä ankkurin
luistamisesta aiheutuvan jännityshäviön poistaminen. Siitä johtuen tankojen käyttö onkin
suosittua maailmalla. Toisaalta tämä menetelmä on ainoa, jossa jännitystä voidaan
muuttaa myöhemmin. Jännityksen muuttaminen voi tulla kyseeseen, jos jännitys laskee
esimerkiksi betonin kutistumisen tai viruman takia. Jännityksen muuttaminen on
kuitenkin erittäin harvinaista. Ainoa haittapuoli on kaarevien jännitteiden asentamisen
mahdottomuus. Kaareutuvan tangon tekeminen on helppoa, mutta sen asentaminen
kovettuneen betonirakenteen sisään ei ole mahdollista. [8, s. 75]
4.6 Muut menetelmät
Jo vuoteen 1985 mennessä 64 eri jälkijännittämismetodia oli patentoitu ympäri maailmaa
[8, s. 70]. Suurin osa ei ole koskaan menestynyt markkinoilla. Ylempänä esiteltyjen
lisäksi muita tunnettuja menetelmiä ovat muun muassa kiila-ankkureihin kuuluva
Gifford-Udall, Presconin menetelmästä muunneltu BBRV-menetelmä sekä Leoban
menetelmä, jossa palkin toiseen päähän kiinnitetään pieni tappi, jonka ympärille jännettä
kieritetään. [2, s. 82]
Jokaisessa ankkurointimenetelmässä on hyvät ja huonot puolensa ja paras
menetelmä riippuukin aina kyseessä olevasta tilanteesta. Suunnittelijan pitäisi valita juuri
27. 24
se tapa, joka täyttää tarvittavat rakennusvaatimukset. Suurimmassa osassa tilanteista usea
menetelmä toimii yhtä hyvin, joten ratkaiseva tekijä onkin yleensä hinta. On tärkeää, että
suunnittelija ottaa huomioon ennen päätöksen tekemistä kaikki materiaali-, työkalu- ja
asennuskulut, mitä jännittäminen aiheuttaa. [4, s. 674]
28. 25
5. YHTEENVETO
Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää betonin jännitykseen liittyvää teoriaa
sekä ankkuroinnin suunnittelun pääpiirteet. Lisäksi työssä tutkittiin betonin
ankkurointimenetelmien ominaisuuksia ja vertailtiin betonin jännittämismenetelmiä.
Tutkimusmenetelmänä käytettiin huolellista alan kirjoihin, artikkeleihin sekä raportteihin
tutustumista ja niistä löytyneiden tietojen kokoamista. Tietoa aiheista löytyi vaihtelevasti,
mutta työn pääteemat tarkastettiin siitä huolimatta useasta eri lähteestä.
Betonin esi- ja jälkijännittäminen ovat halpoja ja helppoja apukeinoja betonin
ominaisuuksien parantamiseen. Betonirakenteen jännittäminen lisää sen kannattavuutta
ja vähentää tarvittavan materiaalin määrää. Jännittämismenetelmää valittaessa täytyy
ainakin ottaa huomioon rakenteen koko, kuljetusmatka ja tarvittava kappalemäärä.
Jälkijännitetyissä rakenteissa seuraavaksi pitää punnita eri ankkurointimenetelmien
toimivuutta. Oikeaa ankkurointimenetelmää valittaessa täytyy huomioida, että monesti
usea menetelmä tuottaa yhtä onnistuneen lopputuloksen, jolloin ratkaiseva tekijä onkin
hinta. Toisaalta jokaisella tässä kandidaatintyössä esitellyllä ankkurointimenetelmällä on
omat erikoistapauksensa, joissa ainoastaan ne pystyvät toimimaan tehokkaasti.
Ankkuroinnin suunnittelu on jatkuvaa soveltamista, sillä jokaisella rakenteella on omat
uniikit haasteensa. Nykyään mallintamista hyödyntäen pystytään ennustamaan rakenteen
ominaisuuksien kehittyminen erittäin tarkasti jopa koko rakenteen elinkaaren ajaksi.
Tarkat ja luotettavat ennustukset vähentävät tapaturmien sekä korjaustarpeiden määrää,
joka johtaa rakenteen elinkaaren aikana huomattavien summien säästöön
kokonaiskustannuksissa.
Jännitettyjen betonirakenteiden teoria ei ollut tämän työn kirjoittajalle tuttua ennen
tutkimuksen tekemistä. Muutamaa peruskäsitettä lukuun ottamatta kaikki aiheeseen
liittyvä oli uutta ja kehittävää. Tutkimuksen suorittaminen on lisännyt tietoa ja näkemystä
aiheista, jotka ovat hyvin tärkeitä koko rakennusalalle. Nyt asioista hieman enemmän
ymmärtävänä tutkimuksen aihe olisi voinut olla tarkemmin rajattu. Tiukemmin rajattu
aihe olisi voinut olla esimerkiksi kiila-ankkurit tai lohkeilumomentit. Silloin
tutkimuksissa oltaisi voitu mennä hieman syvemmälle ja jättää osa laajasta aihealueesta
kokonaan pois. Tutkittavaa riittää myös tulevaisuudessa. Esimerkiksi muun kuin
suorakaiteen muotoisten päätykappaleiden vaikutusta rakenteen siirtymämatkaan ei vielä
täysin tunneta, joten tähän kandidaatintyön jatkoksi olisi mielenkiintoista tutkia kyseistä
aihetta syvemmälle.
Tavoitteet tutkimuksen laajuudesta ja asiasisällön totuudenmukaisuudesta
saavutettiin erinomaisesti. Tutkimuksesta selviää betonin jännittämisen ja ankkuroinnin
vaiheet. Samalla työssä pohditaan eri valintojen vaikutusta rakenteen lopputulokseen.
Työn tulokset ovat kandidaatin työhön tarpeeksi kattavat, mutta huomioitavia
29. 26
asianhaaroja olisi ollut huomattavasti lisääkin. Kyseessä oli siis vain pintaraapaisu
aiheesta ja ainoastaan peruskäsitteiden selvittämistä.
30. 27
LÄHTEET
[1] Lindberg Ralf, Jännitetyt betonirakenteet, Luentomoniste, Tampereen
Teknillinen Korkeakoulu, 1999.
[2] Lin T. Y., Burns N. H., Design of prestressed concrete structures, John Wiley &
Sons, Inc, 1981.
[3] Cruz Paulo, Structures and architecture, CRC Press, 2013, s. 983-990,
http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-
84887943468&partnerID=40&md5=724cbc68c688cac5edb617fb4c90850a.
[4] Libby James, Modern Prestressed concrete, Litton Educational Publishing, Inc,
1961.
[5] Saarinen Eero, Betonirakenteiden suunnittelu, Suomen Betonitieto OY, s. 485–
545, https://www.rakennustieto.fi/Downloads/RK/RK010302.pdf.
[6] Wensu Chen, Hong Hao, Shuyang Chen, Numerical analysis of prestressed
reinforced concrete beam subjected to blast loading, Materials & Design, Volume 65,
January 2015, s. 662–674,
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306914007353.
[7] Paukkonen Oona, Paikallavalettujen betonilaattarakenteiden jännitystöiden
laadunvarmistus työmaalla, Metropolia, 2010.
[8] Raju Krishna, Prestressed Concrete, McGraw-Hill Education India Pvt. Ltd, 1981,
https://civiltechnocrats.files.wordpress.com/2013/11/prestressed-concrete-
krishnaraju.pdf.
[9] Zurdo M. P., Diaz J.A., An approach to patents of prestressed concrete in 20th
Century’s architecture, Taylor & Francis Group, 2013,
http://www.crcnetbase.com/doi/pdf/10.1201/b15267-128.
[10] Sinha N C, Roy S K, Fundamentals of Pre-Stressed Concrete, S. Chand Publishing,
1985,
https://books.google.fi/books?id=6jKfUEIFPTUC&printsec=frontcover&hl=fi#v=onepa
ge&q&f=false.
[11] Gerwick B. C., Concrete Construction Engineering Handbook, CRC Press, 2008,
http://www.crcnetbase.com/doi/pdf/10.1201/9781420007657.ch11.
