Näkökulma Tuomo Poutanen 85 kommenttia

Väärä stokastinen mekaniikka vaarantaa rakenteellisen turvallisuuden

Olen odottanut, että tiedeyhteisö vihdoinkin tunnustaisi hallitsevan rakenteiden luotettavuusmallin, ”stokastisen mekaniikan”, virheellisyyden, sillä se on fysiikan lakien vastainen.

Tarjosin oheista artikkelia ensin Rakenteiden Mekaniikka-lehden arvioitavaksi. Siellä se on ollut nyt kaksi vuotta ja arviointiprosessi kuulemma edelleen vain jatkuu. Siksi tarjosin artikkelia Rakennuslehdelle.

”Kirjoitan tämän, jotta kiinnittäisitte huomiotanne virheelliseen rakenteiden mekaniikan soveltamiseen nykyisissä normeissa ja mitoituksessa. Hallitsevaan asemaan on päässyt stokastisen mekaniikan koulukunta, jonka mukaan tilastomatematiikan periaatteet syrjäyttävät fysiikan ja mekaniikan lait.

Hallitseva teoria tarkastelee kuormien summauksessa eli yhdistämisessä vain yksittäisiä kuormapareja. Se johtaa riippumattomaan eli korreloimattomaan summaukseen, jolloin äärikuormien, suurien ja pienien, samanaikaisuuden
todennäköisyys on pieni ja summaa muutetaan keskiarvoon päin. Tämä periaate on ristiriidassa fysiikan ja mekaniikan lakien kanssa. Väärä kuormien yhdistäminen ilmenee normissa niin, että siinä on kaksi pysyvän kuorma varmuuslukua, Suomessa gG = 1.15 ja 1.35. Pienempi varmuusluku aiheutuu väärästä kuormien yhdistämisestä. Sitä ei tule käyttää lainkaan

Kuitenkin, kuormien summauksessa on tarkasteltava useita kuormapareja, jolloin havaitaan, että äärikuormat, sekä suuret, että pienet, esiintyvät aina samanaikaisesti. Kuormat ovat summauksessa riippuvia eli korreloivia.
Mitään vähennystä tai suurennusta ei voida tehdä ja klassinen fysiikka ja mekaniikka pätevät.

Kuormien summaus on väärä

Kuormien oikea summaus on välttämätön monissa fysiikan ja mekaniikan laeissa. Stokastiseen mekaniikkaan perustuvissa normeissa kuormien summaus on väärä, samalla nämä normit ovat ristiriidassa monien fysiikan ja mekaniikan lakien kanssa, Suomen normissa esimerkiksi seuraavasti:

1. Kuormien summauksessa osa kuormista häviää

Jos kattopalkin massa on 1000 kg ja siihen vaikuttaa lumikuorma 1000 kg, kokonaismassa on 2000 kg. Suomen eurokoodin mukaan yhteismassa on kuitenkin 1860 kg eli kuormaa häviää n. 10 % ja mitoitus on alivarma. Eurokoodin luotettavuusvaatimus on b50 = 3.8, mutta normin luotettavuus on tämän virheen johdosta noin b50 = 3.4 eli kokonaisvarmuusluku on noin 10 % liian pieni. Dominoiva teoria edellyttää, että pienien kuormien summaa on suurennettava, esimerkiksi 100 kg + 100 kg ≈ 220 kg.

2. Hooken laki ei ole voimassa

Elastisten materiaalien mitoitus perustuu Hooken lakiin. Sillä on keskeinen rooli muidenkin materiaalien mitoituksessa: Voiman ja venymän suhde on vakio. Normeissa tämä suhde on muuttuva.

3. Superpositioperiaate ei ole voimassa

Jos kattopalkin omapaino on suuri, esimerkiksi 1000 ja aiheuttaa jännityksen ja venymän 1, tämä jännitys ja venymä superpositioperiaatteen vastaisesti pienenee, kun palkille tulee lumikuormaa.

4. Kun rakenteen kuorma kasvaa murtumistodennäköisyys kasvaa, mutta normin mukaan ei kasva

Rakenteeseen vaikuttaa omapaino 1. Kun muuttuvaa kuormaa lisätään 0.1, kokonaiskuorma ja murtumistodennäköisyys pysyy muuttumattomana.

Stokastisen opin vartijat dominoivat

Olen jo 10 vuoden ajan yrittänyt saada korjausta mm. tiedeartikkeleissa. Rakenteiden mekaniikan koulukunta on välinpitämätön ja sallii virheellisen normin käytön jatkuvan. Oheinen artikkeli on lähes kahden vuoden ajan ollut arvioitavana oleellisesti samanlaisina versioina Rakenteiden Mekaniikka-lehdessä. Julkaisemisen ovat estäneet stokastisen mekaniikan arvioijat. Stokastisen mekaniikan koulukunta on laaja. Se on onnistunut kylvämään väärän opin mm. eurokoodiin.

Oikea, deterministinen rakenteiden mekaniikka on ansassa, sillä
väärä stokastinen rakenteiden mekaniikka on dominoiva ja pyrkii torjumaan korjaukset.

Väärät normit heikentävät turvallisuutta

Väärillä normeilla on turvallisuuteen ja rakenteiden taloudellisuuteen liittyviä vaikutuksia:

1. Normi on huomattavan alivarma

Suomen teräsnormissa varmuusluku on virheellisesti 1, mutta pitäisi olla 1.1. Virheelliseen varmuuslukuun on päädytty niin, että se on laskettu olettaen, että kuormat yhdistetään oikein eli riippuvasti, mutta varmuusluku lasketaan väärin eli riippumattomasti. Suomessa kuitenkin kuormat yhdistetään
14.8.2017/2(2)/tp riippumattomasti, mikä kaksinkertaistaa virheen, jolloin kokonaisvarmuusluku on n. 20 % liian pieni.

Kun kuormitusyhdistelyssä on paljon pysyvää kuormaa, murtumistodennäköisyys on suurempi kuin 1/400, mutta pitäisi olla pienempi kuin 1/15000 eli murtumistodennäköisyys on noin 40-kertaa liian suuri. Suomen teräsnormi on turvallisuusriski. Joissakin eurokoodimaissa, esimerkiksi Saksassa, kuormat
yhdistetään oikein ja teräksen kokonaisvarmuusluku on oikea ja n. 20 % suurempi kuin Suomessa.

2. Normi on eräissä tapauksissa huomattavan ylivarma

Asunnon hyötykuorma on 2 kN/m2. Se on lähes 50 % ylisuuri. Virhe aiheutuu keskeisesti riippumattomasta kuormien yhdistämisestä, minkä johdosta hyötykuormiin on sovellettava yhdistelykerrointa 0.7. Hyötykuormat tulee yhdistää riippuvasti, jolloin yhdistelykerrointa ei ole. Nykyisessä normissa
hyötykuorman perusarvo on jouduttu valitsemaan suureksi, jotta siihen voidaan soveltaa vähennystä.

Vähennys osittain korjaa seinien ja pilarien kuormia, mutta kaikki hyötykuormat ovat tarpeettoman suuria.

Molemmat virheet korjautuvat, kun kuormat summataan oikein eli riippuvasti.”

Tampereella 14.8.2017
Tuomo Poutanen
Tekniikan tohtori, dosentti

Dosentti Tuomo Poutanen valittiin Suomen edustajaksi eurokoodin luotettavuustyöryhmään, mutta hänet erotettiin maaliskuussa 2015. ”Eurokoodiorganisaatiokaan ei salli kritiikkiä, ei avointa debattia eikä käsittele kaikkia parannusehdotuksia”, hän sanoi Rakennuslehden jutussa.

Eräitä tiedejulkaisuja rakenteiden luotettavuudesta

[1] Länsivaara T., Poutanen T., Slope stability with partial safety factor method, Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2-6 September 2013, Paris

[2] Länsivaara T., Poutanen T., Safety concepts for slope stability, The 1st International Workshop on Landslides in Sensitive Clays (IWLSC) Québec City, Canada, October 28-30, 2013

[3] Poutanen T., Safety factors and design codes, Joint IABSE – fib Conference, Dubrovnik, May 3-5, 2010

[4] Poutanen T., Calculation of partial safety factors, Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering – Faber, Köhler & Nishijima (eds), Taylor & Francis Group, London, 2011

[5] Poutanen T., Simultaneous loads in structural design, REC2012, 5th International conference on reliable ingineering and computing, June 13-15 2012, Brno

[6] Poutanen T., Dependent load combination, 10th International Probabilistic Workshop, November 15-16, 2012, Stuttgart

[7] Poutanen T., Uusi rakenteiden mitoitusmenetelmä (A new method for structural design), Journal of Structural Mechanics Vol. 45, No 4, 2012, pp. 201-212

[8] Poutanen, T. Load combination. IABSE Workshop on Safety, February 14-15, Helsinki, Finland. 2013.
[9] Poutanen, T., Improved structural design code, 11th International Conference on Structural Safety & Reliability, June 16-20, 2013 Columbia University, New York Rakenteiden Mekaniikka (Journal of Structural Mechanics) Vol. 48, No 1, 2015.

Tuomo Poutanen

Tuomo Poutanen on tekniikan tohtori ja dosentti Tampereen teknillisessä yliopistossa.
Kaikki kirjoitukset

Keskustelu artikkelista: 85 kommenttia

  • Pekka Marjamäki

    Jos tämän oikein ymmärsin, viittaa kirjoittaja siihen, että Eurokoodin oletusten mukaan kuormien yhdistelyssä pitäisi käyttää pahinta arvoa yhdistelmistä 1.15 G + 1.5 F ja 1.35 (G + F). Suomen NA:ssa on jostain syystä päädytty yhdistelmiin 1.15 G + 1.5 F ja 1.35 G. Molemmissa tapauksissa muuttuvia kuormia F kerrotaan arvoilla 0.7-1.0 riippuen siitä, kuinka todennäköisenä pidetään niiden enimmäisarvojen samanaikaisuutta. Eurokoodin perusoletus vaikuttaisi loogisemmalta.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Suomessa kuormat yhdistetään virheellisesti kaavalla max(1.35 G, 1.15 G + 1.5 Q).
      Oikea kaava on 1.35 G + 1.5 Q.
      Yksinkertaisempi ja saman oikean tuloksen antava kaava on 1.35 G + 1.35 Qu, jossa Qu = 1.11 Q eli se on 100 vuoden toistumisajan muuttuva kuorma.
      Vielä parempi, edelleen saman tuloksen antava kaava on G + Qu, jossa materiaalivarmuusluvut on kerrottu 1.35:lla eli tämä on sallittujen jännitysten menetelmä.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Tuomo Poutanen

        Perusinsinöörit eivät ole voineet perehtyä tähän ongelmaan syvällisesti. Siksi selvennän asian ytimen:

        Seuraavat kaksi esimerkkiä osoittavat, että nykyisissä normeissa osa kuormista häviää summauksessa.

        Kuorman häviäminen, esimerkki 1
        Tarkastellaan vetosauvaa: Olkoon sekä pysyvä että muuttuva kuorma 1000. Aiheuttakoot molemmat kuormat rakenteen käyttötilassa jännitykset 1000 ja 1000. Selvää on, että yhteiskuorma ja -jännitys on 2000. Selvää myös on, että pysyvän kuorman murtotilakuorma ja -jännitys on 1350 ja muuttuvan kuorman vastaavasti 1500. Nämä ovat aitoja fysikaalisia kuormia ja jännityksiä, joten ne on summattava fysiikan lakien mm. superpositioperiaatteen mukaan eli 1350+1500=2850 riippumatta siitä, onko materiaali elastinen, plastinen tai jotain näiden väliltä. Kuitenkin, normin mukaan kokonaiskuorma ja -jännitys on 1150+1500=2650. Normin laskennassa kuorma ja jännitys on vain 2650/2850=0.93-kertaa todellinen. Sama pätee reaaliseen kuormaan, joka on (1.15+1.5)/(1.35+1.5)*2000=1860. Kuormaa häviää pysyvän ja muuttuvan kuorman suhteesta riippuen 0…12 %.

        Kuorman häviäminen, esimerkki 2
        Tarkastellaan vetosauvaa: Olkoon pysyvä kuorma 1000 ja muuttuva 100. Aiheuttakoot molemmat kuormat rakenteen käyttötilassa jännitykset 1000 ja 100 ja normin mukaan murtotilassa 1350 ja 150. Selvää on, että murtotilan yhteiskuorma ja –jännitys on 1500 (1350+150), mutta normin mukaan vain 1350, kuormaa häviää 10 %.

        Riippuva (oikea, deterministinen, korreloiva) vai riippumaton (väärä, stokastinen, korreloimaton) kuormien summaus
        Nykyisissä normeissa kuormien summaa tarkoituksellisesti pienennetään, sillä virheellisesti ajatellaan tarkastelemalla vain yhtä kuormaparia, että suurimpien kuormien samanaikainen esiintymistodennäköisyys on pieni. Kuitenkin, suuret kuormat (ja pienetkin) esiintyvät aina samanaikaisesti, kun tarkastellaan useita kuormapareja. Pienennystä ei voi tehdä. Dominoiva teoria edellyttää, että pieniä kuormia on suurennettava (jota normeissa ei kuitenkaan tehdä) ja että tämä teoria on aina ristiriidassa fysiikan lakien mukaisen kuormien summauksen kanssa:

        Olkoon katolla 50 palkkia, joiden omapainot ovat gi ja 50 vuoden aikana lumikuormat qj. Nykyinen virheellinen normi perustuu siihen, että suurimman pysyvän kuorman max(gi) ja suurimman muuttuvan kuorman max(qj) samanaikaisen esiintymisen todennäköisyys on 1/50. Siksi normissa pienennetään summaa gi + qj kertomalla summa kuormasuhteesta riippuvalla luvulla 1…0.88. Tämä kertominen toteutetaan normissa niin, että pysyvälle kuormalle asetetaan kaksi varmuuslukua 1.35 ja 1.15. Kuitenkin, jokainen gi-qj kuormapari realisoituu, ja suurimmat kuormat max(gi) ja max(qj) ovat varmasti, todennäköisyydellä 1 samanaikaisia: Suurimman lumikuorman vuonna j max(qj) kuormittaa kaikkia palkkeja myös palkkia, jossa on suurin pysyvä kuorma max(gi), sillä lumikuorma jakautuu normin mukaan katolle tasaisesti. Vaikka lumikuorma jakautuisi katolla epätasaisesti kaikki gi-qj-kuormaparit realisoituvat tässäkin tapauksessa eli myös suurimmat ja pienimmät. Kuormat ovat summauksessa riippuvia eli korreloivia. Kun yhdistelyn yksi pysyvän kuorman arvo gi valitaan, samalla tulee yksikäsitteisesti valituksi arvo qj, jonka kanssa se yhdistetään kertymäjakaumaan. Monte-Carlo simuloinnissa on vain yksi siemenluku. Tämä tarkastelu pätee, olkoot osajakaumat mitä tahansa. Mitään vähennystä tai suurennusta ei voida tehdä ja klassinen fysiikka ja mekaniikka pätevät.
        Tuomo Poutanen

        Vastaa
  • Jussi Mattila

    Voi olla, että kuormien yhdistelemistä ei tehdä tieteellisessä mielessä täysin oikein. Mutta jos kritiikin pontimena on rakenteellisen turvallisuuden heikkeneminen, käytännön kokemukset kertovat, että todelliset ongelmat ovat kyllä muualla.

    Käsittääkseni takavuosien runsaslumisina talvina sortuneissa useissa sadoissa, lähinnä hallimaisissa rakennuksissa ja erilaisissa katoksissa yms. kuormat eivät olleet lähelläkään varmuuskertoimella korotettuja ominaiskuormia. Sen sijaan syynä sortumiin olivat paljon suuremmat virheet rakenteiden suunnittelussa ja toteutuksessa. Yleensä kyse oli joko selvästä alimitoituksesta tai sitten stabiilisuusongelmista, eli puristettujen rakenneosien nurjahdustuennan puutteista. Ongelmat näyttivät koskevan puu- ja teräsrakenteisia yläpohjia. Yhtään betonirakennusta ei tainnut sortua.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Ihmettelen tohtori Mattilan asennetta tieteeseen. Minä olen tiedemies ja väitän, että normi on toisaalta noin 20 % alivarma ja toisaalta lähes 50 % ylivarma, Mattila antaa ymmärtää, että ei tällä väliä, sillä sortumiset aiheutuvat suunnittelu- ja toteutusvirheistä. Vähin, mitä Mattilalta voi odottaa, että hän selvittää, onko väitteeni oikea ja että miksi suunnittelu- ja toteutusvirheitä tehdään.
      Monimutkaiset normit ruokkivat suunnitteluvirheitä. Eurokoodin yksinkertaistaminen on yleinen vaatimus, mutta mitään ei ole tapahtunut normin yksinkertaistamiseksi. Kuitenkin, yksinkertaistaminen on onnistunut Sveitsissä, jossa eurokoodia vastaavassa normissa on 650 sivua, yksikään säädös ei ole pakollinen. Nykyisessä eurokoodissa on 5500 sivua, kaikki oleelliset säädökset ovat pakollisia.
      Kirjoituksessani on kyse siitä, summataanko kuormat väärin eli stokastisesti ja riippumattomasti vai oikein eli deterministisesti ja riippuvasti. Stokastinen summaus aiheuttaa enimmillään noin 20 % alimitoituksen, mikä realisoituu Suomen normissa, mutta eurokoodissa näyttää olevan muitakin saman suuruusluokan virheitä.
      Minulla on kymmenkunta virhe/puute/yksinkertaistamisehdotusta eurokoodiin. En kuitenkaan voi esittää niitä eurokoodijärjestelmälle, sillä portinvartijana on Suomen eurokoodiryhmä, joka ei suostu keskustelemaan niistä. Eurokoodijärjestelmä ei vastaanota kaikkea tutkimustietoa. Esimerkiksi, Jyväskylän Paviljonkihallin tappivaarnamitoitusvirhe oli tutkijoiden tiedossa paljon ennen sortumaa, mutta liitokset mitoitettiin vanhaan ja virheelliseen tietoon perustuen.
      On totta, että sortumat johtuvat useimmiten suunnittelu- tai toteutusvirheistä. Tältä osin normi on puutteellinen, sillä se ei huomioi virheiden mahdollisuutta ja olettaa, että sekä suunnittelu että toteutus ovat virheettömiä.
      Sortumat tapahtuvat aina muuttuvasta kuormasta. Tämä viittaa siihen, että muuttuvan kuorman varmuuslukua pitää korottaa. Tähän on toinenkin peruste. Tiedeyhteisön nykyisin käyttämä muuttuvan kuorman luotettavuuden laskentamalli on virheellinen niin, että laskennassa on mukana vain yhden vuoden kuormat.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Kannatan eurokoodin yksinkertaistamista lämpimästi. Monimutkaisuus lisää mokariskiä. Muutenkin olisi hienoa, että suunnittelija voisi ymmärtää miksi tehdään niin kuin tehdään.

        Vastaa
  • Aiheesta keskustelu on varmasti paikallaan, mutta itse koen ongelmallisena sen että aihe on sellainen että siitä keskustellessa enemmistö suunnittelijoista ei oikein ymmärrä mistä on kyse. Ongelman vaikeuden huomaa jo siitä että monille tuottaa vaikeuksia jo pelkästään eurokoodin kuormayhdistelmien käyttäminen. Muutenkin aihe on sellainen että siitä ei ole kovin helppoa löytää taustatietoja ja perusteluita siitä miten jokin asia on valittu näin kun se on tehty. Eipä kuormien yhdistely ja siinä olevat kertoimet ole ihan mikään itsestäänselvyys ollut ennenkään ja kertoo paljon myös yleisesti tilanteesta eurokoodien osalta se että varmuuskertoimia ei ole saatu sidottua samoiksi kaikkialla eurokoodien käyttäjämaiden keskuudessa.

    Muutenkin kun nyt tarkastelee aihetta pintapuolisesti niin aika hankala aihe tuntuu olevan jo siitä lähtien kun Suomessa on nyt ylipäätänsä kuormia laskettu 1800-luvun lopusta lähtien. Aikamoista vaihtelua ja arpapeliä on ollut kuormien ja rakenteellisen varmuuden määrittäminen. Etenkin lumikuormien määrittäminen on tuntunut olevan normien laatijoille hyvin vaikea asia ja edelleenkin ihmetyttää se että vaikka siihen liittyen virheitä on tehty vaikka kuinka paljon, niin vieläkään ei osata lumikuorman suunnittelukuorman osalta normeihin laittaa sellaisia lumikuormia joiden ylittymistodennäköisyys olisi sellainen että ei tarvitsisi oikeasti kantaa huolta siitä onko runsaslumisena talvena tarvetta mennä pudottamaan lunta. Ongelma on taas unohdettu kun vähälumisia talvia on ollut monta peräkkäin, mutta jos asiaa tarkastellaan lähihistoriasta niin yllättävän usein ne normien laatijoiden todennäköisyydet ovat vaan ylittyneet.

    Rehellisesti sanottuna en osaa itse sanoa onko Poutasen tutkimus oikeassa vai väärässä, vaikka olenkin aiheesta kuullut myös ihan koulun penkillä Hervannassa. Asiaa varmasti kannattaisi kuitenkin selvittää vähän enemmänkin ja myös niin että siihen perehtyisi myös joku muukin kunnolla. Tämä olisi paikallaan mielestäni sen takia, että etenkin pitkien jännevälien tuoteosasuunnittelijoilla on usein ongelmia saada rakenteita kestämään. Ongelma ei ole pelkästään puu- ja teräsrakenteiden kohdalla vaan myös betonielementtirakentamisessa. Kokoajan halutaan aina vaan isompia jännevälejä ja rakennejärjestelmien kestävyys on monesti ihan äärimmillään.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Rakenteiden luotettavuusteoriassa on paljon hämärää. Tiedeyhteisö ei ole kyennyt sopimaan varmuuslukujen laskentatavasta. Eurokoodissa annetaan kaavoja, joiden mukaan varmuuslukujen tulisi olla suurempia kuin ne nyt ovat ja näitä varmuuslukuja ei nähdä normeissa. Nykyiset varmuusluvut ovat syntyneet teollisuusjärjestöjen ja viranomaisten keskinäisenä lobbauksena ilman erityisempää matematiikkaa.
      Joka tapauksessa kuormat on yhdistettävä riippuvasti. Olen huolestunut muuttuvan kuorman varmuusluvusta 1.5. Se on laskettu vain yhden vuoden kuormille. Julkaisussani http://rmseura.tkk.fi/rmlehti/2012/nro4/RakMek_45_4_2012_2.pdf esitän oikean luotettavuusmallin ja oikeat kaavat. Ainoastaan muuttuva kuorma käsitellään väärin eli muuttuvina kuormina on vain yhden vuoden kuormat. Tiedeyhteisö laskee vieläkin muuttuvan kuorman kirjoituksessa esitetyllä tavalla.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Jussi Mattila on melkoisen oikeassa sanoessaan, että suunnittelu- ja valmistusvirheiden rooli on tapahtuneissa sortumissa varmasti ollut suurempi kuin normien osavarmuuslukujen rooli. En tiedä yhtään sortunutta kohdetta, jonka tapahtuman voisi kokonaan selittää osavarmuuslukujen väärillä arvoilla, joskin osavarmuusluvut ymmärretään tällöin ehkä liiankin rajallisesti tai kapea-alaisesti. Niissä kussakin kun käytännössä yhdistyy useita erilaisia stokastisia arvoja ja siis mahdollisia rakennevaurion tekijöitä. Esimerkiksi pysyvän kuorman osavarmuusluvunhan pitäisi käytännössä kattaa kaikki mittavirheet, lähes kaikki valmistusvirheet ja materiaalivirheet yms.

    Jotta meillä olisi mahdollisuus ymmärtää Tuomo Poutasen ajatuksia, ehdottaisin, että hän laatii jotkin vertailulaskelmat mahdollisimman todellisilla mitoilla ja kuormilla, jolloin voisimme verrata kunkin esille tulleen osavarmuusluvun vaikutuksia. Esimerkiksi, jos meillä on 10 m pitkä teräspalkit, joiden pitäisi 6 m välein kantaa katon paino ja lumikuorma, palkin+katon omaksi painoksi saattaa tosiaan tulla tuo Poutasen antama arvo 1000 kg, mutta jos meillä on katolla vähintään normaali kevätlumikuorma 180 kg/m2, saadaan muuttuvaksi kuormaksi 10 * 6 * 180 = 6 * 1800 on yli 10000 kg. Tämä ominaisarvo on siis 10-kertainen verrattuna Tuomon esimerkissään käsittelemiin lukuarvoihin, jolloin kuka tahansa näkee että ko. muuttuvan kuorman osavarmuusluvulla on asiassa paljon merkittävämpi rooli, eikä Tuomo Poutanen kuitenkaan esitä sen osavarmuusluvun muuttamista(?). Jos katto on betonia sen painokin on vastaavasti suurempi, mutta siis Tuomo Poutanen ei minun nähdäkseni ole pyrkinyt käsittelemään blogissaan eri materiaalien eroja!?

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Sortumisia esiintyy sitä enemmän mitä pienempi normin luotettavuusvaatimus on ja mitä suurempia epävarmoja virheitä normissa on tähän vaatimukseen nähden. Jyväskylän Paviljonkihallin ristikkopalkeissa oli suunnittelu- ja toteutusvirheitä sekä eurokoodin tavoiteluotettavuuteen nähden noin 10 % normista johtuva alivarmuus. Osa ristikoista sortui, osa kesti. Oltiin rajalla. Jos normi olisi ollut oikea, tältä sortumiselta olisi mahdollisesti vältytty.
      ”…kuorman osavarmuusluvunhan pitäisi käytännössä kattaa kaikki mittavirheet, lähes kaikki valmistusvirheet ja materiaalivirheet yms….” Pysyvän kuorma jakauma ei sisällä nyt eikä tulevaisuudessakaan mittavirheitä, valmistusvirheitä eikä materiaalivirheitä. Eurokoodi perustuu olettamuksen virheettömästä suunnittelusta ja toteutuksesta. On esitetty ajatuksia näiden seikkojen ottamisesta huomioon varmuuslukulaskennassa. Tämä merkitsisi, että teräksen asema huonosti virheitä sietävänä materiaalina heikkenisi verrattuna sahatavaraan, jossa on suuria vaihteluja ja lisävaihtelulla on pieni merkitys.
      Teräksen kokonaisvarmuuslukuvirhe, noin 20 %, realisoituu tapauksessa, jossa on paljon pysyvää kuormaa. Leinon esimerkissä on paljon muuttuva kuormaa, jossa virhe on pienempi, noin 10 %. Tämä virhe voidaan päätellä tarkastelemalla pelkästään mitoituskuormaa, jonka täytyy olla suurempi. Ei tarvitse tehdä koko laskelmaa. Ymmärrystä lisännee Suomen ja Saksan normin vertailu. Suomen normi on ainakin 10 %, mutta enimmillään noin 20 % epävarmempi.
      En nyt käsittele muuttuvan kuorman luotettavuutta. Olen kirjoittanut tästä aiheesta tiedeartikkeleita mm. IABSE Helsinki 2013, 2015. Olen huolestunut varmuusluvusta 1.5. Siihen päädytään vain venyttämällä tulkintoja monessa kohdassa alaspäin, esim. olettamalla, että jakauma on havaintojen vastaisesti joku muu kuin Gumbel tai että viranomainen on määrittänyt ominaiskuormat väärin. Voidaan esittää laskelma, jonka mukaan luku 1.5 on huomattavasti liian pieni.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Tuomo Poutasella on pointti siinä, että oman painon osavarmuusluku 1,15 on Suomessa kummallisen pieni muihin eurokoodimaihin verrattuna (1,35). Harmi vain, että tämä asia peittyy sellaisiin hullutuksiin kuin, että Hooken laki ei ole voimassa tai valliseva koulukunta ei tunnusta jotain tekemäänsä virhettä. Niistä tulee sellainen fiilis, että tarina on kuin jostakin Dan Brownin kirjasta.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Olen yrittänyt herättää deterministisen mekaniikan koulukunnan kiinnostumaan tästä asiasta. Tälle koulukunnalle varmuuslukujen suuruus tai pienuus ei merkitse mitään, mutta Hooken lain ja superpositioperiaatteen pitäisi merkitä.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Viitaten ”nimettömän” esittämään pointtiin, totean vain, että sen Rooman sopimuksen, jonka suomalainen ministeri on allekirjoittanut, mukaan Suomessa sovelletaan eurokoodeja sanasta sanaan niitä mitenkään muuttamatta muiden kuin ns. kansallisesti määriteltävien (lueteltu jokaisen eurokoodin alussa) NDP-parametrien osalta. Osa osavarmuusluvuista näyttäisi kuuluvan näihin NDP-parametreihin, mutta kun Eurokoodien tavoitteena on ollut harmonisoida suunnitteluohjeita tavaroiden rajojen ylitse siirtymisen helpottamiseksi, niin ainakin me käytännön suunnittelijat haluaisimme samat ohjeet kaikkiin Euroopan maihin (lienee protektionistien kauhistus?).

    Jos siis Tuomo Poutanen on sitä mieltä, että Suomessa on sorkittu luvattomalla tavalla jotakin varmuuslukua, niin siitä voi valittaa Brysseliin asianmukaisesti, ja YM:n tulee se korjata. – Sen sijaan en ihan tajua, miksi tästä pitää tehdä jonkinlainen joidenkin koulukuntien välinen tieteellinen kiista. Meille suunnittelijoille on lähes sama, mitä osavarmuuslukuja käytetään, kunhan kaikki asiaan kuuluvat tahot käyttävät suunnilleen samoja arvoja, ja rakenteet ovat riittävän kestäviä ja turvallisia. Osavarmuuslukujen arvot esittävät sen mitä yhteiskunta pitää turvallisuuden kannalta riittävänä, kun muuttuvat kuormathan voivat tietyllä todennäköisyydellä ylittää normiarvonsa.

    Rakenteiden turvallisuuden kannalta murtorajatilakestävyys ei ole se ainoa autuaaksi tekevä seikka. Sen todistavat mm. Suomessa tapahtuneet sortumistapaukset. Sen että turvallisuus on eri asia kuin kestävyys, voi havaita myös nykyisistä EN-eurokoodeista, missä ns. normaalit mitoitustilanteet, ja onnettomuusmitoitustilanteet on eroteltu toisistaan (katso EN 1990, kohta A2.3.2), ja standardin EN 1991-1-7 mukaan suunnittelijan pitää korkeamman seuraamusluokan (CC2 ja CC3) rakenteissa tehdä erityisiä lisäselvityksiä ja varmistaa rakenteiden vaurionsietokyky.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Nykyisessä eurokoodissa on oikea deterministiseen mekaniikkaan perustuva kuormien summausmalli 6.10, jota käytetään eniten Euroopassa, esimerkiksi Saksassa. Suomen eurokoodi perustuu malliin 6.10a,b-mod, joka on ristiriidassa deterministisen mekaniikan ja fysiikan kanssa niin, että tilastomatematiikan säännöt syrjäyttävät klassisen mekaniikan säännöt. Havainnollisuuden vuoksi tätä uutta mekaniikkaa voidaan kutsua stokastiseksi mekaniikaksi. Suomi voi itsenäisesti, keneltäkään lupaa kysymättä vaihtaa kuormien summausmallin oikeaksi.
      Kuormien summaus täytyy olla oikea kaikissa seuraamusluokissa ja onnettomuustilanteisiin liittyvissä laskelmissa.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Nyt en oikein ymmärrä. Saksassa siis mitoitetaan eurokoodilla oikein ja Suomessa on kansallisesti ihan itse valittu väärä tapa. Ei kai siitä seuraa, että eurokoodi on väärä ja käynnissä on jokin koulukuntien taisto teorioidensa oikeellisuuksista. Miksi ei riitä, että korjataan kuormitusyhdistelyiden kertoimet vähän isommiksi Suomessa?

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Saksassa ja pääosin koko Euroopassa käytetään oikeaa, determinististä ja riippuvaa kuormien summausta. Suomen normin akuutit virheet korjautuvat, kun muutamme kuormien summauksen kaavan 1.35 G + 1.5 Q mukaiseksi. Tiedeyhteisö on kuitenkin väärän, stokastisen ja riippumattoman summauksen kannalla ja pitää oikeaa yhdistämistä materiaalia tuhlaavana. Kuitenkin, kokenut rakennesuunnittelija pystyy toteamaan stokastisen kuormien summauksen vääräksi, vaikka ei tiedä luotettavuusteoriasta mitään. Kun tiedeyhteisön perusteet ovat väärät, siitä mahdollisesti johtuu, että tämä yhteisö ei ole kyennyt kehittämään menetelmää varmuuslukujen laskennasta. Oikea kuormien summaus on välttämätön varmuuslukujen laskennan lisäksi mm. yhdistelykertoimien määrittämisessä ja epävarmuuden huomioimisessa. Tiedeyhteisö pitää laskentatyötä lisäävästi ja normia monimutkaistavasti kiinni erisuurista kuormavarmuusluvuista. Nämä luvut on sovitettava vähintään samoiksi esimerkiksi 1.35:ksi mutta mieluummin ykkösiksi. Varmuusluvut ja ominaisarvot ovat vastakkaisia suureita, toiset voidaan valita vapaasti. Nykyiset varmuusluvut perustuvat ominaisarvovalintoihin, pysyvä kuorma 50 % fraktiili, muuttuvan kuorma yhden vuoden 98 % fraktiili ja materiaalikestävyys 5 % fraktiili.

      Vastaa
  • Nelisenkymmentä vuotta on laskettu rajatilamenetelmässä kertoimilla 1.2/0.9 ja 1.6. On varmaankin eurokoodin kansallisia kertoimia määritettäessä nämä vanhat kertoimet olleet osaltaan vertailukohteina. Kansallisia ominaiskuormia on eurokoodissa lähes kauttaaltaan fiksattu ylös päin. Käytännön betoni- ja puurakenteita mitoitettaessa varmuustasossa tuskin on tapahtunut merkittävää muutosta.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Tiedeyhteisö laskee pysyvän kuorman varmuusluvun oikein. Jos lukua 1.35 pienennetään, tavoiteluotettavuutta beta50=3.8 on pienennettävä tai on keksittävä uusia luotettavuuskriteerejä esimerkiksi ”pysyvän kuorman luotettavuus voi olla pienempi kuin muuttuvan” ja nykyistä periaatetta ”kaikissa kuormitustapauksissa on sama tavoiteluotettavuus” ei tarvitse noudattaa. Pysyvän kuorman varmuusluvussa ehkä on hieman pienentämisvaraa, ei kuitenkaan lähellekään lukuun 1.2 saakka. Jos Suomen normien kuormien summaus muutetaan oikeaksi, betonirakenteiden varmuus kasvaa kohtuuttomasti. Tämä voidaan korjata pienentämällä betonin materiaalivarmuuslukuja. Tätä voidaan perustella sillä, että jo nyt nämä varmuusluvut näyttävät kohtuuttoman suurilta. Tiedeyhteisö laskee muuttuvan kuorman varmuusluvun 1.5 väärin, sillä kuormituksena ovat vain yhden vuoden kuormat, mutta pitäisi olla 50 vuoden kuormat. Minun mielestäni luku 1.5 on liian pieni, mahdollisesti huomattavasti liian pieni.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Ihmettelen samaa kuin ”Nimetön”. Minäkin jo yllä kirjoitin, että Suomessa pitäisi noudattaa Eurokoodeja samalla tavalla kuin pääkilpailijamaissa. Olen muuallakin esittänyt, että Eurokoodeja pitäisi tavaroiden liikkuvuuden takia sorkkia mahdollisimman vähän. Harmonisointihan on ollut koko Eurokoodi-touhun keskiössä. Olen myös todennut muualla, että Suomessa on joitakin NDP-parametreja sorkittu ilmeisesti siksi, että RakMk-ohjeet ja ENV-Eurokoodit olivat jonkin aikaa voimassa samaan aikaan, ja niissä alunperin käytettiin eri kerroinarvoja. Ehkä Suomessa ei haluttu niiden kilpailevan keskenään (?) ja siksi ollaan nyt jonkinlaisessa suossa.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Eurokoodissa on kolme kuormien summausmallia, yksi oikea ja kaksi väärää. Suomi valitsi vääristä väärimmän. Perusteena oli, että tämä väärin malli on laskentatyön kannalta helpompi kuin toiseksi väärin. Oikea malli on kuitenkin laskentatyön kannalta helpompi kuin kumpikaan vääristä. Suomi ei ole keksinyt mitään omaa.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Emme ole keksineet eurokoodiin mitään uutta Suomessa. Valitsimme 1,15G +1,5Q kun oikea olisi kaiketi ollut 1,35G+1,5Q. Minusta ihan turhaa asian mystisointia kirjoitella stokastisen mekaniikan koulukunnista, Hooken lain toimimattomuudesta tai muista höpsötyksistä.

        Vastaa
        • Tuomo Poutanen

          Tilastomatematiikka ja ”stokastinen mekaniikka” ”kumoaa” mekaniikan lakeja monella tavalla. Eurokoodin oikea kuormien summaus on 1.35 G + 1.5 Q. Tämäkin summaus on Hooken lain vastainen: Olkoon pysyvä ja muuttuva kuorma 1 ja aiheuttakoot ne elastisessa rakenteessa venymän 1. Murtotilassa pysyvän kuorman venymä on 1.35 ja fysiikan lakien mukaan muuttuvan kuorman venymä on myös 1.35, mutta on 1.5, sillä tilastomatematiikan vaatimuksesta varmuusluvut on valittu erisuuriksi. Hooken laki ei siis ole voimassa, sillä samat kuormat aiheuttavat erilaiset venymät. Kun pysyviä ja muuttuvia kuormia käsitellään koko mitoitusprosessissa oikein, tästä ei aiheudu mitoitusvirhettä, mutta laskentatyö kasvaa ja normi tarpeettomasti monimutkaistuu.
          Kaava 1.35 G + 1.5 Q perustuu riippuvaan ja deterministiseen kuormien summaukseen ja johtaa oikeaan mitoitustulokseen. Tiedeyhteisö kannatta vaihtoehtoista, riippumatonta ja stokastista kuormien summausta, jossa osa kuormista häviää. Tämä häviäminen realisoituu sekä teoreettisessa yhdistelymallissa että sen normisovelluksessa. Hooken laki edellyttää, että kuorman kasvaessa, venymä kasvaa lineaarisesti ja kuorman häviämistä ei tapahdu.
          Tuomo Poutanen

          Vastaa
          • Lienee hedelmätöntä jatkaa keskustelua, että oliko se Hooken laki voimassa vai ei. Ongelma on siis se oman painon kerroin 1,15 kun ilmeisesti pitäisi olla 1,35. Sellaiset otsikot kuin ”Väärä  stokastinen mekaniikka vaarantaa rakenteellisen turvallisuuden” eivät minusta edesauta asian korjaamista. Ne vain sekoittavat asioita ja aiheuttavat hämmennystä.

            Suosittelisin lähestymään Ympäristöministeriötä viestillä, että muutetaan oman painon yhdistelykerroin Suomessa samaksi kuin yleensäkin Euroopassa on. Ryydittäisin viestiä Tapio Leinonkin ehdottamalla konkreettisella mitoitusesimerkillä, mistä näkyisi nykykäytännön aiheuttama rakenteellisen turvallisuuden vaarantuminen. Tähän asti esimerkit ovat olleet akateemisia ja pahaa pelkään, että niiden perusteella ei vakuuteta. Sitten virkamiehet voisivat arvioida, mitkä asiat meillä Suomessa vaarantavat rakenteellista turvallisuutta.

          • Nuorempi tutkija

            Hooken laki: ut tensio sic vis eli muodonmuutos on (lineriaalisesti) verrannollinen voimaan.

            Miksi murtorajatilassa Hooken lain (muodonmuutos on LINEAARISESTI verrannollinen voimaan) tulisi olla voimassa, eihän juuri mikään rakennusmateriaali noudata Hooken lakia murtoon saakka? Lasi lienee materiaaleista ainoa poikkeus?

            Teräs: http://www.mathalino.com/sites/default/files/images/stress-strain-diagram.jpg
            Betoni: https://www.researchgate.net/profile/Yong-Lin_Pi/publication/223045645/figure/fig3/AS:304773464117264@1449675064534/Fig-3-Stress-strain-curve-for-concrete.png

        • Tuomo Poutanen

          Panen merkille, että olen onnistunut vakuuttamaan ”nimettömän” varmuusluvun 1.15 virheellisyydestä. Kuitenkin, tämä on vain ”jäävuoren huippu”. On tiedostettava, mistä virhe johtuu. Puoli vuosisataa rakenteiden luotettavuusteoriaa on hallinnut koulukunta ”stokastisen mekaniikan koulukunta”, joka pakottaa normit osavarmuuslukumenetelmään, mutta ei kykene esittämään menetelmää varmuusluvun laskemisesta. Ajattelee, että kuormien summa on stokastinen ja kerrottava luvulla ≈0.9, sillä suurimpien kuormien samanaikaisen esiintymisen todennäköisyys olisi pieni. Kuitenkin, suurimmat kuormat ovat samanaikaisia ja kuormat on summattava aritmetiikan ja klassisen fysiikan mukaan. Suunnittelunormeihin ei saada tolkkua, ellei stokastisen summauksen periaatetta poisteta kaikilta osin. Kuormat summataan aina deterministisesti. Myös epävarmuus lisätään muihin vaikutuksiin deterministisesti (hallitseva koulukunta lisää epävarmuuden satunnaisesti).

          Vastaa
          • Tuomo Poutanen

            Pidän tulevana perjantaina 25.8.2017 esitelmän ”Rakenteiden mekaniikka eurokoodissa” Rakenteiden Mekaniikan seuran juhlaseminaarissa sessiossa 3B Vaasan yliopistossa klo 8.40-10.20

          • En osaa ottaa kantaa siihen, mitkä olisivat oikeat yhdistelykertoimet. Eikä Tuomo Poutanen ole minua vakuuttanut mistään. En vain ole ymmärtänyt, miksi Suomessa riittää omalle painolle 1,15 kun muualla käytetään arvoa 1,35. Lukisin mielelläni jostakin perustelut asialle.

  • Kai Häkkinen

    Tuomo olet omien sanojesi mukaan yrittänyt 10 vuotta saada rakenteiden mekaaniikan koulukuntaa muuttamaan kuormitusnormia suuntaan, jonka itse näet ”oikeana”. En ole itse tiedemies mutta uskon koulukunnassa olevan tietoa ja taitoa huomioida näkemyksesi. Mutta samalla he ovat myös hyväksyneet sen, ettei virheellinen teoria voi käytännössä aiheuttaa otsikossasi mainitsemaa uhkakuvaa ”(rakenteellisen turvallisuuden vaarantumista). Asia ei myöskään voi olla uusi ja yllättävä paitsi esim. itselleni, koska en työssäni ole vuosiin tarvinnut tutustua kuormitusnormeihin tai niiden teoreettisiin perusteisiin.

    Hyvä keskustelu on aina paikallaan ja sitä sinun kirjoitus on saanut aikaan.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Olen hämmästynyt Häkkisen kirjoituksesta. Niin kauan kun rakenteiden luotettavuusteoriaa on ollut, noin puoli vuosisataa, virheellinen perusolettamus on ollut, että pysyviä kuormia lukuun ottamatta kuormat ovat riippumattomia. Riippumattomuusolettamus on eri maiden normeissa toteutettu enemmän tai vähemmän, Suomen normeissa enemmän kuin missään muualla. Suomen normi on erityisen alivarma ja lisäksi monimutkain ja runsaasti laskentatyötä vaativa. Häkkisen mielestä väärää ja monimutkaista ei kannattaisi vaihtaa oikeaan ja helppoon. Eikö Häkkinen ihmettele, miksi Saksassa teräksen kokonaisvarmuus on 20 % suurempi kuin Suomessa eikä Suomen normin kirjoittaja ole antanut tähän mitään selitystä. Minä sen sijaan olen yksityiskohtaisesti selostanut mistä virhe johtuu. Häkkinen kirjoittaa ”hyvä keskustelu on aina paikallaan” ja antaa ymmärtää, että en ole saanut aikaan muuta kuin keskusteluviihdettä. Olen kuitenkin paljastanut koko luotettavuusteorian perusvirheen ja mm. kehittänyt yleispätevän varmuusluvun laskentamenetelmän, jollaista aikaisemmin ei ole ollut http://rmseura.tkk.fi/rmlehti/2012/nro4/RakMek_45_4_2012_2.pdf. Sitä paitsi, ei tämä kirjoittelu ole ollut ”hyvää”, sillä kirjoittelu on ollut yksipuolista, pääosin vain minun ja harrastelijoiden välistä. Normien kirjoittajat ovat olleet vaiti. Minä olen tiedemies ja rakenteiden luotettavuusteorian asiantuntija, tekniikan tohtori ja dosentti. Minun sanani ovat niin painavia, että normin kirjoittaja on velvollinen joko osoittamaan väitteeni vääriksi tai korjaamaan normin.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Kai Häkkinen

        Tuomo. Kun julkaisit blogin täällä ”harrastelijoiden” joukossa, oletit ehkä virheellisesti kaikkien kuorossa ylistävän kirjoitustasi ja tukevan sinua taistelussa tuulimylläjä vastaan. Itse olen rak. puolen DI ja Insinööri, joten en pidä itseäni harrastelijana. Toivon ettet aliarvioi rakennuslehden lukijoita vaikka tiedemies oletkin.

        Minä en puhunut viihdepuolesta sanaakaan, vaikka todellisuuden nimissä täytyy sanoa, että sinun puuduttava toistotekniikka (lue jankuttaminen) lähentelee sitä. Otat asian hyvin henkilökohtaisesti jolloin keskustelu muuttuu hankalaksi.

        Olen edelleen sitä mieltä, ettei sinun blogin otsikon uhkakuva ole todennäköinen Mikäli näin olisi olen varma, että normitoimikunta olisi 10 vuoden aikana tehnyt muutoksen. Tuohon saksan viittaukseen totean vain, että kerrankin suomalaiset asiantuntijat ovat luottaneet omaan tietotaitoon ja uskalsivat ottaa erilaisen näkemyksen näihin teoreettisiin olettamuksiin.

        Lopuksi totean, että kirjoituksesi on painava mutta vaatii ilmeisesti vielä aikaa, ennenkuin normi muuttuu toivomaasi suuntaan. Rauhallista syksyä.

        Vastaa
      • Luinpa vielä kertaalleen läpi tämän viestiketjun. – Vaikka olenkin samaa mieltä kuin tuo ”Nimetön” koskien eurokoodien suomen NA:n omanpainon osavarmuuskertoimen tarkistamista, olen myös sitä mieltä, että kerrointa 1,15 ei ole valittu jonkin laskentavirheen takia (kuten Tuomo Poutanen esittää) vaan sen takia, että Eurokoodit olivat pitkään voimassa samaan aikaan kuin vanha Suomessa sovellettu Rakentamismääräyskokoelma, eikä niiden välillä voitu sallia ”normipujottelua”, joten niistä piti saada suunnilleen ramat rakenteet. Voisi kai todeta, että tämä kahden normiston samanaikainen käyttö on ilmeisesti ollut ihan väärä menettelytapa Eurokoodeihin siirtymisessä.

        Sama menettely liittyen vanhaan Rakentamismääräyskokoelmaan vaikutti ilmeisesti edelleen viime vuonna (vaikka Rakmk olikin jo haudattu) eurokoodien kansallisten liitteiden uusimisessa. Se ilmeisesti vaikutti esimerkiksi Onnettomuusmitoitusstandardin EN 1991-1-7 uuteen Suomen NA:han ja erityisesti sen sidosvoimakaavoihin, joiksi valittiin suunnilleen ne vanhasta betoninormista B4 tutut palkkien vaakasidosvoimakaavat (joiden tarkoituksena oli alunperin estää palkin putoaminen tuelta). Kyseisiä sidosvoimia käytetään Eurokoodien mukaan turvaamaan rakenteen monoliittisuus onnettomuusmitoitustilantessa (siis myös estämään rakenneosien irtoaminen toisistaan). Näin on käytännössä tunnustettu se aika iso ongelma, että eurokoodien mitoituskaavat käsittelevät primääristi yksittäisiä rakenneosia tai liitoksia. Ne eivät muutamaa poikkeusta lukuunottamatta käsittele kokonaisia rakenteita.

        Eurokoodien määrittämät sidosvoimat eivät perustu suoraan mihinkään ulkoisiin kuormiin, vaikka niiden laskentakaavoissa eurokoodissa esiintyy sekä omapaino että hyötykuorma. Ne perustuvat todennäköisesti Keski-Euroopassa tehtyihin (mm. prof. Gulvanessian ym.) rakennusten tietokonesimulointeihin, joissa on erilaisilla malleilla tutkittu osien sidosvoimatarvetta rakenteiden yhteistoiminnan turvaamiseksi onnettomuustilanteissa. Eurokoodien seuraamusluokan CC2 ja CC3 sidosvoimakaavoista saadaan isompia arvoja kuin vastaavista Suomen NA:n kaavoista, eli Suomessa on tässäkin tietoisesti valittu alemmat arvot! – En tekniikan ihmisenä välitä arvioida näiden seikkojen kaupallisia vaikutuksia.

        Vastaa
  • Tuomo Poutanen

    Olen herätellyt rakenteiden mekaniikan koulukuntaa kiinnostumaan normeista, sillä nykyisissä normeissa osa kuormista häviää summauksessa, jolloin keskeiset mekaniikan lait, mm. Hooken laki ei ole voimassa. Kaikki muutkin voima-venymä-mallit – mm. nuoremman tutkijan esittämät mallit – johtavat väärään tulokseen, sillä missään oikeassa mallissa kuormaa ei häviä. Sitä paitsi, yleisissä materiaaleissa, kuten puussa ja betonissa, jotkin murtomuodot ovat hauraita. Niissä Hooken laki pätee murtoon saakka. Lisäksi Hooken lakiin perustuva lineaarielastinen analyysi on laajassa käytössä murtotilamitoituksessa mm. ristikoiden ja kehien lujuusanalyysissa.

    Vastaa
  • Teidän pitää mennä itse kantamaan ne rämmälleet ja kalikat sinne siltatyömaalle, niin ymmärrätte, että eurokoodillakin on puolensa, varsinkin ostaessanne romukasan omasta pussista.

    Vastaa
  • Inhimilliseen toimintaan ja luonnon ilmiöihin liittyvää epävarmuutta rakenteiden suunnittelustandardeissa hallitaan laskennollisella varmuudella, joka nykyisin on pääasiassa toteutettu osavarmuuskerroinmenetelmällä. Tämä johtaa standardeissa määriteltyihin deterministisiin mitoitusyhtälöihin, joilla ei ole yksiselitteistä yhteyttä materiaaliparametrien ja rasitusten tilastollisiin esiintymistodennäköisyyksiin. Osavarmuuskertoimet ovat luonteeltaan osin kokemusperäisiä, joka lienee taustalla esimerkiksi Suomessa pysyvälle kuormalle määritellyille kolmelle osavarmuuskertoimelle 0,9, 1,15 ja 1,35, koska kertoimien liityntä pysyvän kuorman tilastolliseen epävarmuuteen ei ole ilmeinen. Todellisuudessa pysyvän kuorman epävarmuuteen vaikuttavat monet tekijät alkaen rakenteen tyypistä ja rakennusmateriaalista. Kertoimet kuvaavat kertyneitä kokemuksia ja niiden kyky ennustaa tulevaa on yhteydessä inhimillisessä toiminnassa ja luonnossa tapahtuviin muutoksiin. Ominaisarvot, osavarmuuskertoimet ja rasitusten yhdistelykertoimet ovat rakenteiden standardipohjaisen kantavuusmitoituksen perusta. Jos epäillään niiden Suomessa johtavan liian suureen sortumistodennäköisyyteen, olisi paikallaan kattavasti arvioida eri kertoimien perusteita ja ominaisarvojen ajantasaisuutta. Ilman kokonaisvaltaista tarkastelua yksittäisten arvojen muuttaminen ei välttämättä ole sopivin vaihtoehto. Samalla voisi selventää kertoimien ja ominaisarvojen yhteyttä kokeellisiin havaintoihin, joita matemaattisten mallien tulisi kuvata. Rakenneteknillisten järjestelmien osalta varsinaiset todennäköisyyspohjaiset riskiarviot ja varmuusmarginaalien määritykset taitavat Suomessa toistaiseksi olla rajoittuneet teollisiin erikoiskohteisiin.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Olen Puttosen kanssa samaa mieltä siitä, että ”olisi paikallaan kattavasti arvioida eri kertoimien perusteita”. Puttonen ei ota kantaa Suomen eurokoodin väärään rippumattomaan kuormien summaukseen, mutta vihjaa, että ongelmat saattavat aiheutua muustakin. ”Osavarmuuskertoimet ovat luonteeltaan osin kokemusperäisiä” ja ” Rakenneteknillisten järjestelmien osalta varsinaiset todennäköisyyspohjaiset riskiarviot ja varmuusmarginaalien määritykset taitavat Suomessa toistaiseksi olla rajoittuneet teollisiin erikoiskohteisiin”.

      Eurokoodin runsaasta tausta-aineistosta mm. http://bayanbox.ir/view/6040762943092488536/0727741713Euroco0.pdf kappale 7 selviää, että eurokoodin osavarmuusluvut eivät perustu ”kokemukseen” vaan matemaattisista jakaumista johdettuihin todennäköisyyspohjaisiin arvoihin ja että Suomen eurokoodin alhaiset varmuusluvut perustuvat yksinomaan jakaumien riippumattomaan ja virheelliseen yhdistämiseen. Tämä seikka saa vahvistuksen, kun tarkastellaan, miten eurokoodi muutti vanhoja varmuuslukuja. Pysyvän kuorman varmuusluku 1.2 muutettiin 1.35:ksi ja 1.15:ksi. Eurokoodin tavoiteluotettavuus on beta50=3.8, jolloin matematiikasta seuraa, että pysyvän kuorman varmuusluku on 1.35, kun kuormana on pelkästään pysyvä kuorma. Kun pysyvään kuormaan lisätään muuttuvaa kuormaa riippumattomasti, pysyvän kuorman varmuusluku matematiikan perusteella pienenee 1.15:ksi. Tähän varmuusluvun pienentämiseen päädytään siis yksinomaan kuormien riippumattomasta yhdistämisestä. Tämä on sinänsä outoa. Maallikkokin ymmärtänee, että pysyvä kuorma ei voi muuttua riskittömämmäksi, kun siihen lisätään muuttuvaa kuormaa. Varmuusluku pienenee, sillä riippumattomassa kuormien yhdistämisessä osa kuormista häviää. Teräksen materiaalivarmuusluku oli aikaisemmin 1.1, mutta Suomen eurokoodissa se on 1. Tämä muutos johtuu yksinomaan virheellisestä kuormien riippumattomasta summauksessa.

      On tähdennettävä, että eurokoodissa on oikea kuormien yhdistämistapa, jota suurin osa eurokoodimaista käyttää. Suomi on vähemmistömaiden joukossa käyttämässä riippumatonta kuormien summausta. Tässä summauksessa osa kuormista häviää ja tulokseksi saadaan normi, jonka varmuusluvut ovat pienet. Suomi hyödyntää kuormien riippumatonta summausta ja kuormien häviämistä eninten ja on siten saanut normin, jossa varmuusluvut ovat pienemmät kuin missään muualla. Suomen eurokoodin akuutit virheet korjautuvat, kun varmuusluvut muutetaan samoiksi, joita Euroopassa pääosin käytetään eli kuormien yhdistäminen korjataan riippuvaksi.

      Eurokoodissa on muitakin virheitä, puutteita ja epäselvyyksiä. Eniten olen huolestunut muuttuvan kuorman varmuusluvusta 1.5, joka aikaisemmin oli 1.6. Tämäkin pienennys perustuu virheelliseen matematiikkaan. Laskennassa huomioidaan vain yhden vuoden kuormat, mutta pitäisi huomioida 50 vuoden kuormat.

      Minulla on 15 muutosehdotusta eurokoodin korjaamisesta ja täydentämisestä, joista tein aloitteen eurokoodijärjestelmälle jo kolme vuotta sitten. Ehdotuksiani ei ole käsitelty.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Nessuno è profeta nella patria.

    Vastaa
  • mm. Poliitikon perusongelma

    Yksi tiedottajien ammattikunnan omaksumista perusaksioomista kuuluu:
    Jos viestiäsi ei ymmärretä, voit syyttää siitä vain itseäsi.

    Vastaa
  • Olisi aina hyvä muistaa ja tiedostaa, että elämme nyt ja tulevaisuudessa epätäydellisessä maailmassa.

    Eurokoodit eivät missään mielessä edusta mitenkään absoluuttista tieteellistä totuutta, vaan Eurokoodit kansallisine liitteineen ovat ja tulevat aina olemaan sekoitus tiedettä, taidetta, uskomuksia, kauppapolitiikkaa ja kansanperinnettä.

    Tuon jos me kaikki koulu- ja kasvutaustastamme riippumatta tiedostaisimme, niin ehkä tuska helpottaisi.

    Vastaa
  • Tuomo Poutanen

    Tämä kirjoittelu on päättymässä, mikä johdosta teen yhteenvedon

    Kuormat ovat riippuvia ja yhdistettävä riippuvasti
    Rakenteiden luotettavuusteoria on koko olemassa olonsa ajan – noin puoli vuosisataa – ollut virheellisesti siinä käsityksessä, että kuormat ovat riippumattomia ja yhdistettävä riippumattomasti. Luotettavuusteoriassa ei ole ollut edes riippuvan yhdistämisen käsitettä. Minä ensimmäisenä ryhdyin käyttämään tätä käsitettä ja osoitin, että kaikki kuormat ovat riippuvia ja yhdistettävä riippuvasti. Vaikka kuormat olisivat riippumattomia, ne on yhdistettävä riippuvasti, sillä riippumaton yhdistäminen johtaa kuormien häviämiseen ja ristiriitaan fysiikan ja mekaniikan lakien kanssa. Kuormat ovat kuitenkin riippuvia, sillä kuormien summauksessa ei voida tarkastella yksittäisiä kuormapareja. On tarkasteltava useita kuormapareja, jolloin havaitaan, että kuormat ovat täydellisesti korreloivia. Yhdistettävien kuormien suuret (ja pienetkin) kuormat esiintyvät aina samanaikaisesti, eivät nykyisen olettamuksen mukaan eriaikaisesti. Joissakin nykyisissä normeissa (mm. Suomi, Ruotsi, Tanska, Hollanti, UK ja Kanada) pysyvä ja muuttuva kuorma yhdistetään riippumattomasti, jolloin osa kuormista häviää ja mitoitustulos on alivarma. Riippuva ja oikea yhdistäminen on kuitenkin maailmassa eniten käytetty. Muuttuvat kuormat, mm. lumi ja tuuli on myös yhdistettävä riippuvasti ja nykyiset riippumattomasti lasketut yhdistelykertoimet ovat liian pieniä. Kerrostalon hyötykuormat on myös yhdistettävä riippuvasti, minkä johdosta näihin kuormiin ei sovelleta yhdistelykerrointa. Nykyinen hyötykuorma on noin yhdistelykertoimen verran 1/.7=1.4 tarpeettoman suuri. Suomen eurokoodissa pysyvän kuorman varmuusluku 1.15 johtuu yksinomaan riippumattomasta kuormien yhdistämisestä ja se käyttö on lopetettava. Samasta syystä teräksen varmuusluku 1 on korotettava 1.1:een.

    Oikea varmuusluvun laskentamenetelmä on kehitetty
    Rakenteiden luotettavuusteorian tiedeyhteisö ei ole aikaisemmin kyennyt kehittämään menetelmää varmuuslukujen laskemisesta. Olen julkaisussani http://rmseura.tkk.fi/rmlehti/2012/nro4/RakMek_45_4_2012_2.pdf selostanut yleisen ja oikean menetelmän varmuuslukujen laskemisesta. Ranta-Maunus http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2001/T2109.pdf julkaisi aikaisemmin lähes oikeita varmuuslukuja, mutta hän käytti virheellistä riippumatonta kuormien summausta eikä hän julkaisut laskentakaavoja ja -algoritmia.

    Varmuusluvut voidaan valita vapaasti
    Olen em. julkaisussani selostanut, että varmuusluvut ja karakteristiset arvot ovat vastakkaisin suureita. Toiset voidaan valita vapaasti. Nykyiset normit perustuvat erisuuriin kuormavarmuuslukuihin, mikä tarpeettomasti monimutkaistaa normia ja lisää laskentatyötä. Koska aikaisemmalla sallittujen jännitysten menetelmällä saadaan sama mitoitustulos yksinkertaisemmin ja helpommin kuin nykyisellä osavarmuuslukumenetelmällä, tähän aikaisempaan menetelmään siirrytään käsitykseni mukaan takaisin joka tapauksessa ennemmin tai myöhemmin.

    Muuttuvan kuorman laskennassa on huomioitava kaikki käyttötilan kuormat
    Minä huomasin ensimmäisenä, että nykyinen luotettavuusteorian käyttämä laskentatapa muuttuvan kuorman luotettavuuden laskennasta sisältää vain yhden vuoden kuormat ja siksi eurokoodin muuttuvan kuorman varmuusluku 1.5 ei vastaa luotettavuusvaatimusta beta50=3.8.

    Rakenteiden luotettavuusteoriassa ja eurokoodissa on muutakin kehitettävää. Näistä aiheista lähetin kirjeen 2.2.2015 eurokoodijärestelmään, jonka julkaisen kokonaisuudessaan ohessa:

    Dear Prof Formichi
    I am a new Finnish member of WG7.
    During my research I have found unclear themes in the structural reliability:
    1. Implementation of the target reliability is unclear, the research community provides contradicting results, sometimes the reliability is calculated for one year loads and sometimes for the service time loads with different outcome?
    2. The target reliability is unclear, the research community provides contradicting results, especially, it is unclear if the current target reliability of the Eurocodes includes uncertainty or not?
    3. Implementation of the uncertainty is unclear, the research community provides contradicting results, sometimes the uncertainty is considered, sometimes disregarded, if considered the uncertainty distribution and the uncertainty combination are unclear?
    4. The load combination is unclear, the research community provides contradicting results, sometimes independent loads are combined independently, sometimes dependently?
    5. One deficiency of the current Eurocodes is that the permanent load safety factor is different from the variable load safety factor, this deficiency may be avoided when the characteristic value of the variable load is set variable: the current 50-year return load is changed to 60…120-year return load depending on the load variability?
    6. One deficiency of the current codes is that the safety factor of the live load is different from the climatic load safety factor, this deficiency may be avoided when each variable load has its distinctive characteristic load (about 60…120-year return load)?
    7. The variable load distribution is unclear, the research community provides contradicting results, normally Gumbel distribution is assumed but normal distribution is assumed too, it is obvious, that Gumbel distribution is excessively safe and normal distribution probably is unsafe, the variable load distribution is unclear in the structural probability theory?
    8. The variable load distribution setting regarding the design point in the reliability calculation is unclear, the research community provides contradicting results, sometimes the distribution is set for one-year loads sometimes for the service time loads with different outcome?
    9. In the current Eurocodes, equations to consider short service times (less than five years) in the design are missing?
    10. In the current Eurocodes the equations to calculate the combination factors are incomplete as these equations lack load durations?
    11. In the current Eurocodes each random variable (permanent load, variable load and the material property) has its distinctive safety factor, a feasible option to simplify the code is to set one of these safety factors unity, as one safety factor may be set as desired?
    12. Calculation of the reliability and the safety factors is not possible to ordinary designers as these calculations currently require special computer programs, it is feasible to provide a simple method for the reliability and the safety factor calculations based on simple equations, thus these calculations become possible to ordinary designers, these simple calculation methods are useful in error and failure analysis, retrofitting e.t.c.?
    13. The current calculation of the combination factors of imposed loads of multi-storey houses is questionable?
    14. The proof loading is a feasible option for the reliability assurance, the current Eurocodes lack quidance for the proof loading.
    15. The simplification is one objective in the development of the codes, several options should be considered: removal of some combination factors (especially the combination factor of the snow may be set at unity in many areas of Europe) and some (or even all) safety factors may be set at unity, the simplification of the load combinations e.t.c.
    I wonder if these topics can be addressed in WG7? If so, in which way? I have tackled these issues in my articles listed below. I can submit the articles to the group if you find it feasible. Especially the latest articles are relevant. I am also willing to make a presentation about these topics in one forthcoming meeting? I have my personal view on all topics listed above.

    Kind regards,

    Tuomo Poutanen
    Adjunct professor
    Tampere University of Technology
    Department of Civil Engineering
    Tekniikankatu 12, P.O. Box 600
    FI-33101 Tampere, Finland
    Mobile +358 40 849 0900
    tuomo.poutanen@tut.fi

    [1] Poutanen T., 2010, Safety factors and design codes, Joint IABSE – fib Conference, May 3-5, Dubrovnik
    [2] Poutanen T., 2011, Calculation of partial safety factors, Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering – Faber, Köhler & Nishijima (eds), Taylor & Francis Group, London
    [3] Poutanen T., 2011, Combination factors 0 in structural design, A journal article submitted for review
    [4] Poutanen T., 2012, Uusi rakenteiden mitoitusmenetelmä (A new method for structural design), Journal of Structural Mechanics Vol. 45, No 4, , pp. 201-212
    [5] Poutanen T., 2012, Simultaneous loads in structural design, REC2012, 5th International conference on reliable engineering and computing, June 13-15, Brno
    [6] Poutanen T., 2012, Dependent load combination, 10th International Probabilistic Workshop, November 15-16, Stuttgart
    [7] Länsivaara T., Poutanen T., 2013, Slope stability with partial safety factor method, Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, September 2-6, Paris
    [8] Länsivaara T., Poutanen T., 2013, Safety concepts for slope stability, The 1st International Workshop on Landslides in Sensitive Clays (IWLSC) October 28-30, Québec City, Canada,
    [9] Poutanen, T., 2013, Load combination, IABSE, February 14-15, Helsinki, Finland.
    [10] Poutanen, T., 2013, Improved structural design code. ICOSSAR2013, June 16-20, New York, USA
    [11] Poutanen, T., 2014, Variable load distribution, ASCE-ICVRAM-ISUMA, July 13-16, Liverpool, England
    [12] Poutanen T., 2014, Partial factors versus design values, WCTE2014, August 10-14, Quebec, Canada
    [13] Poutanen T., 2015, The target reliability of the Eurocodes, IABSE, February 13-14, Helsinki, Finland

    Vastaa
  • Betonin omanpainon osalta ei ole kovin paljoa syytä huoleen, koska mitoitustarkasteluissa käytetty raudoitettu betoni 25 kN/m3 harvoin toteutuu, lähempänä on 23.5 kN/m3 -> Saadaan keskimäärin 6% hyvää jo pelkällä massavirheellä. Nostan erään oikeasti ongelmallisen kohdan esille, joka tähän liittyy. Nimittäin stabiliteettitarkasteluissa käytetty teräsbetonin ominaispaino. Käytämme teräsbetonille yleisesti ominaisarvokuormana 25 kN/m3, vaikka tiedämme hyvin että se on 23-24 kN/m3 oikeasti. Siis jos stabiliteettitarkasteluissa kerrotaan arvo 25 x 0.9 saadaan arvoksi 22.5 kN/m3, joka voi hieman enemmän ilmaa sisältävällä betonilla olla epävarmalla puolella. Tällaiset tilanteet voivat muodostua ongelmaksi etenkin kaatumis- ja liukumisvarmuustarkasteluissa sekä nostemitoituksessa. Olkaa tarkkana ja taitava insinööri ottaa betonin ominaisarvoksi pienemmän arvon kuin 25 kN/m3 edellä mainituissa tilanteissa.

    Vastaa
  • STRUCTURAL ENGINEERING IS
    THE ART OF USING MATERIALS
    That Have Properties Which Can Only Be Estimated
    TO BUILD REAL STRUCTURES
    That Can Only Be Approximately Analyzed
    TO WITHSTAND FORCES
    That Are Not Accurately Known
    SO THAT OUR RESPONSIBILITY WITH RESPECT TO
    PUBLIC SAFETY IS SATISFIED.

    Edward L. Wilson
    Professor Emeritus of Structural Engineering
    University of California at Berkeley

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Prof. Wilson tarkoittanee Amerikan normia eikä ole huolestunut. En minäkään. Amerikassa käytetään sallittujen jännitysten menetelmää ja kuormat yhdistetään riippuvasti. Juuri niin kuin pitääkin.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Yhdysvalloissahan on jo pitkään ollut käytössä rinnatusten rajatilamitotus ja sallittujen jännitysten menetelmä (ASD / LRFD).

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Tunnen amerikkalaista rakennesuunnittelua ja tiedemaailmaa vuosikymmenten ajalta. Tiedeyhteisö kannattaa osavarmuuslukumenetelmää ja (virheellistä) kuormien riippumatonta summausta. Minä en ole nähnyt USA:ssa osavarmuuslukusuunnittelua, ainoastaan sallittujen jännitysten mukaista suunnittelua.
      Kysyin vielä rakennesuunnittelua opettavalta professorilta: “En henkilökohtaisesti tunne yhtään rakennesuunnittelijaa, joka käyttää osavarmuuslukumenetelmää.”
      Kysyin myös rakennesuunnitteluohjelmistoja tekevän yrityksen toimitusjohtajalta ”Sallittujen jännitysten menetelmää käytetään sataprosenttisesti, osavarmuuslukumenetelmää ei käytetä lainkaan”.
      En ymmärrä, miksi tiedeyhteisö on osavarmuuslukumenetelmä kannalla. En ole nähnyt julkaisua, jossa perusteltaisiin osavarmuuslukumenetelmän edut sallittujen jännitysten menetelmään nähden. Minun mielestäni osavarmuuslukumenetelmässä on vain haittoja: monimutkaisempi normi, enemmän suunnittelutyötä. Sallittujen jännitysten menetelmällä saadaan sama tulos helpommin. Ihmettelen, miksi suunnittelijat eivät näe osavarmuuslukumenetelmän etuja. Jokainen osavarmuuslukumenetelmä, mm. eurokoodi, voidaan muuntaa kirjoituspöytätyönä sallittujen jännitysten menetelmäksi. Muuntotyön jokainen kokenut rakennesuunnittelija voi tehdä itse. Eurokoodissa muuttuvan kuorman ominaisarvot kerrotaan 1.11:lla ja materiaalivarmuusluvut 1.35:lla.
      Uusi tieto minulle on, että USA:n viranomainen vaatii siltasuunnittelun tehtäväksi osavarmuuslukumenetelmällä. Tämä on ymmärrettävää, jos suunnittelu perustuu epälineaariseen ”toisen kertaluvun teoriaan”. Muussa tapauksessa sallittujen jännitysten menetelmällä saadaan sama tulos.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Tuntematta USA:n normeja sen tarkemmin pikagooglasin seuraavan sivun: http://www.bgstructuralengineering.com/BGDesign/BGDesign05.htm

        Tästä tulkitsisin, että betonilla valinta on käytännössä aina LRFD, kun taas teräksellä ja puulla kumpi tahansa. Voisiko ajatella, että Eurokoodissa on haluttu pitäytyä yhdessä menetelmässä selkeyden vuoksi? Kun kerran osavarmuuslukumenetelmä soveltuu kaikkiin materiaaleihin, ei ainoastaan puuhun ja teräkseen?

        Vastaa
        • Tuomo Poutanen

          Kirjoittajan mainitsemassa viittauksessa ei kerrota, että betonirakenteet suunniteltaisiin USA:ssa osavarmuuslukumenetelmällä, sanotaan vain, että osavarmuuslukumenetelmän käyttö on ollut mahdollista 70-luvulta alkaen. Selvää on, että sallittujen jännitysten menetelmän on yksinkertaisempi. Molemmilla menetelmillä saadaan sama tulos, jonka jokainen voi itse laskemalla todeta. Sama asia ilmenee puu- ja betonirakenteiden vertailuesimerkeissä Oskari Takalan insinöörityössä Tampereen ammattikorkeakoulussa. https://theseus.fi/handle/10024/109473
          Tuomo Poutanen

          Vastaa
  • Korkeinhankkija

    LRFD: tä on käytetty analysoimaan rakenteita, jotka on suunniteltu ASD: llä, kun mahdollinen ylikuormitusongelma syntyy. Julkiset siltahankkeet USA:ssa on viranomaisten taholta vaadittu tekemään ensin mainitulla.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Yksi mahdollinen syy sille, miksi viranomainen vaatii USA:ssa käyttämään siltasuunnittelussa osavarmuuslukumenetelmää ja tarkistuslaskelmat tehdään sillä on, että tässä menetelmässä (jos siinä on kaksi pysyvän kuorman varmuuslukua) kuormat yhdistetään (väärin) riippumattomasti, jolloin osa kuormista häviää. Silloin silta mitoitetaan todellista pienemmille kuormille, silta saadaan kestämään enemmän ja materiaalia kuluu vähemmän. Pysyvä ja muuttuva kuorma on silloissakin yhdistettävä riippuvasti. Jakaumat ovat korreloivia, sillä suunnittelunormi koskee useita siltoja. Jo kymmenen sillan ryhmässä jakaumat ovat lähes täydellisesti korreloivia. Vaikka tarkasteltaisiin vain yhtä siltaa, yhdistely on riippuva, sillä kuormien häviämistä ei voi sallia. Suomen siltasuunnittelussa pysyvän kuorman kerroin 1.25 perustuu riippumattomaan kuormien summaukseen, jossa osa kuormista häviää ja tämän kertoimen käyttö tulee lopettaa.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Tuomo Poutanen

        Tämä kirjoittelu on ajautunut sivuun pääasiasta: riippuvista ja riippumattomista jakaumista ja niiden yhdistämisestä. Täällä ei ole kommentoitu asian ydintä?
        Suomen eurokoodissa kuormat summataan virheellisesti riippumattomasti, mikä havaitaan mm. siitä, että pysyvän kuorman 1000 ja muuttuvan kuorman 1000 summa on 1860, mutta pitäisi olla 2000 eli osa kuormasta virheellisesti häviää.
        Rakenteiden luotettavuusteoriassa hallitsevassa asemassa on virheellinen olettamus riippumattomista kuormista. Sen mukaan osa kuormista voi hävitäkin, sillä todennäköisyys suurien kuormien samanaikaisuudesta olisi pieni. Samalla ajaudutaan ristiriitaan fysiikan ja mekaniikan lakien kanssa, mutta tätä ei huomattu tai siitä ei välitetty. Kuitenkin, kuormat on yhdistettävä riippuvasti, sillä siihen on kuormien häviämistä painavampi syy. Kuormajakaumat eivät ole riippumattomia vaan riippuvia. Ei voida tarkastella yksittäisiä kuormapareja vaan useita. Esimerkiksi suurin lumi ja tuuli kohdistuu aina useisiin rakenteisiin, jolloin suurin pysyvä ja muuttuva kuorma esiintyvät samanaikaisesti, ei eriaikaisesti, kuormavähennystä ei voi tehdä.
        Tuomo Poutanen

        Vastaa
        • Löysin tällaisen artikkelin: http://library.tee.gr/digital/m2174/m2174_gulvanessian1.pdf

          Käsittelee luotettavuutta ja Eurokoodin kolmea eri yhdistelytapaa, jotka ovat tässä koko jupakassa pääasia. Poutanen esittää, että yhdistely tulisi tehdä tavalla A (kaava 6.10), ja että tavat B ja C ovat virheellisiä. Suomessa on nykyisen NA:n mukaisesti valittu tapa C, eli muokattu kaavapari 6.10a/6.10b.

          Olen ihmetellyt, miksi Suomessa on päädytty tapaan C, eli yhdistelmästä 6.10a on jätetty muuttuvat kuormat pois (tai miksi se ylipäätään on Eurokoodissa mahdollista). Viittamassani artikkelissa todetaan lopussa: ”The lowest reliability is obtained from the third alternative, given by the modified expression (6.10a) and expression (6.10b). This alternative seems to lead to a rather low reliability level, particularly for structures exposed mainly to a permanent load; it is not recommended for use.”

          Eli Suomessa on valittu tapa, jota ICE ei suosittele, koska varmuustaso on niin alhainen. Kuvista (fig. 5 ja fig. 7) on helppo nähdä, että tavalla A ollaan reilusti tavoiteluotettavuuden 3,8 yläpuolella, ja tavalla B myötäillään kyseistä tavoitearvoa lähemmin. Tapa C puolestaan alittaa tämän tason selvästi.

          Vastaa
          • Tuomo Poutanen

            Tämä kirjoittelu koskee kuormien summauksen ongelmaa rakennesuunnittelussa: Ovatko kuormat riippuvia vai riippumattomia ja onko summaus tehtävä riippuvasti vai riippumattomasti?

            Riippumattomassa summauksessa on yhdistelykerroin, jolloin kuorman summa on pienempi kuin kuormien aritmeettinen summa ja osa kuormista häviää tai kuormien häviäminen on toteutettu muulla tavalla kuten pysyvän ja muuttuvan kuorman summauksessa kahdella pysyvän kuorman varmuusluvulla. Riippuvassa summauksessa sen sijaan, kuormien summa on aritmeettinen summa.
            Rakennus-DI etsii ongelmaan vastausta verkosta. Turhaan. Ei verkossa, ei luotettavuusteorian julkaisuissa eikä suunnittelunormien julkaisuissa ole yleisesti käsitelty tätä ongelmaa. Vain minä olen johdonmukaisesti vaatinut kymmenen vuoden ajan riippuvaa kuormien summausta. Luotettavuusteorian perusolettamus on, että kuormat ovat riippumattomia ja olisi yhdistettävä riippumattomasti. Kuitenkin, nykyisissä normeissa kuormien riippuva summaus on yleistä. Arvioni mukaan noin 90 %:ssa maailman rakennesuunnittelua kuormat yhdistetään oikein eli riippuvasti: Käyttötilan kuormat ja pysyvät kuormat murtotilassakin yhdistetään riippuvasti. Joissakin normeissa (kuten Suomen normissa) pysyvä ja muuttuva kuorma yhdistetään riippumattomasti, mutta useimmissa normeissa riippuvasti.

            Riippumaton kuormien summaus on uusi asia. Aikaisemmin kuormat yhdistettiin riippuvasti eli oikein. On normeja, mm. USA:n nykyinen normi, Saksan aikaisempi ja Suomen 40 vuoden takainen normi, jotka vastaavat luotettavuusmallinsa osalta vähäisiä poikkeuksia lukuun ottamatta minun näkemyksiäni oikeasta normista. Minun kantani on, että kuormat summataan aina riippuvasti ilman ainoatakaan poikkeusta.

            Olen julkaissut rakenteiden luotettavuusteoriasta toista kymmentä tiede-artikkelia, joissa olen käsitellyt myös kuormien summausta. Lisäksi olen kirjoittanut puolen tusinaa artikkelia yksinomaan kuormien summauksesta, mutta tiedeyhteisö on estänyt näiden julkaisemisen. Yksi tällainen julkaisu on ollut kahden vuoden ajan arvioitavana Rakenteiden Mekaniikka-lehdessä. Lähetän tämän artikkelin niille, jotka sitä pyytävät tuomo.poutanen@tut.fi. Mikäli laajempaa halukkuutta ilmenee, olen valmis pitämään luennon luotettavuusteoriasta Tampereen teknillisessä yliopistossa.

            Kirjoittajan mainitsemassa julkaisussa kuormat summataan riippumattomasti ja päädytään siihen, että kolmesta vaihtoehdosta Suomessa käytettävä summaus on huonoin. Kun tämän kirjoituksen laskelmat tehdään oikein eli riippuvasti, silloinkin Suomessa käytetty menetelmä on huonoin, todellisuudessa beta50-indeksi on pienimmillään paljon pienempi kuin 3.3, johon on päädytty riippumattomassa summauksessa.

            Tuomo Poutanen

  • Ihmettelin mistä johtuu, että Tuomo Poutasen laatima kirjoitus on niin vaikea ymmärtää. Kyselin hieman suomenkielen tuntijoilta, miten he ymmärtävät Tuomo Poutasen käyttämät termit ”riippuvasti” tai ”riippumattomasti”, kun hän puhuu kuormien yhdistelemisestä. Lopputulema oli, että käytetyt termit ovat virheellisiä, vaikka niitä käytettäisiinkin alan ihmisten ”sopimina termeinä”. Seuraavassa on yksi Poutasen alkuperäisen kirjoituksen virke:

    ”Virheelliseen varmuuslukuun on päädytty niin, että se on laskettu olettaen, että kuormat yhdistetään oikein eli riippuvasti, mutta varmuusluku lasketaan väärin eli riippumattomasti.”

    ja sama korjattuna jotenkin (sivulause voitaisiin muotoilla paremminkin!)

    ”Virheelliseen varmuuslukuun on päädytty niin, että se on laskettu olettaen, että kuormat yhdistetään oikein eli RIIPPUVAISESTI, mutta varmuusluku lasketaan väärin eli SITEN ETTÄ KUORMIA EI YHDISTELLÄ RIIPPUVAISESTI.”

    Sana RIIPPUVA on teonsanan eli verbin muoto ja se tarkoittaa, että jokin käytännössä roikkuu jostakin esim narun päässä tms. Sana RIIPPUVAINEN taas on adjektiivi ja sillä voi olla muoto riippuvaisesti. Adjektiivit kuvaavat ominaisuuksia. Kumpikaan Poutasen käyttämistä termeistä ei kuvaa tai selitä täsmällisesti miten tai miksi kuormien voidaan katsoa riippuvan toisistaan. Ainakin minulle itselleni ne olisivat ihan olennaisen tärkeitä tietoja ko. artikkelin ymmärtämiseksi.

    Vastaa
    • Olen käyttänyt termejä riippuva – riippumaton eli korreloiva – korreloimaton (dependent – independent eli correlated – uncorrelated) kirjoituksissani toista kymmentä vuotta. Kolmatta kymmentä kirjoitusteni tieteellistä arvioijaa on ymmärtänyt nämä termit. Ne ovat täsmällisiä matemaattisia termejä. Matemaatikot vahvistavat, että riippuva – riippumaton ovat parempia termejä suomen kielessä kuin korreloiva – korreloimaton. Jos on jokin painava syy termien muuttamiseen, teen sen. Asian substanssi ei kuitenkaan muuttuisi. Toistaiseksi en näe tarvetta termien muuttamiseen.
      Suomen teräksen varmuusluvusta olen kirjoittanut, että se johtuu kaksoisvirheestä. Sekä kuormavarmuusluku että materiaalivarmuusluku on laskettu riippumattomasti. Kumpikin laskenta sisältää noin 10 % kuormien häviämisen eli yhteensä enimmillään noin 20 % kuormien häviämisen.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Käytännön rakenteissa on hyvin harvoin tiettyjä eksakteja kuormituksia, on vain tilastollisesti usein heikoin perustein (hyötykuormat) määritettyjä kuormaennusteita ja ehkä hieman tarkemmin ennustettavissa olevia pysyviä kuormia. Todennäköisyyden pieneneminen eri kuormatyyppien kuormien maksimi- tai minimiarvojen yhtäaikaiseen esiintymiseen on helppo ”harrastelijasuunnittelijankin” ymmärtää. Kuormaa en näe häviävän mihinkään, vain luotettavuutta ja ekonomiaa osaltaan ohjaileva tilastollinen kuormaennuste pienenee myös pysyvää ja muuttuvan kuormaa yhdistettäessä. Myös sallittujen jännitysten menetelmässä ”hävitettiin” kuormia. Käytännön rakenteiden käyttörajatilatarkasteluissa kahta erisuuruista kerrointa pysyvälle kuormalle ei ole, jolloin käyttörajatilatarkastelu lisää usein murtovarmuutta.

    Onko nykyinen Suomen eurokoodin (ja aikaisemman rajatilamitoituksen) varmuustaso laajassa mitassa juuri ”oikea” ja optimaalinen? Poutasen mielestä luotettavuustaso ainakin osittain liian pieni. On todella valitettavaa, että varsinaiset eurokoodin viralliset vastuutahot ovat käsittääkseni pysytelleet tällä areenalla hiiren hiljaa.
    Pauli Närhi

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Närhi kirjoittaa ” Todennäköisyyden pieneneminen…on helppo ”harrastelijasuunnittelijankin” ymmärtää.” Hän ei ole huomannut kattopalkki-lumikuorma-esimerkkiäni 19.8.2017, jossa osoitan, että suurimmat kuormat ovat samanaikaisia. Kuormien vähennystä ei voi tehdä.
      ”Myös sallittujen jännitysten menetelmässä ”hävitettiin” kuormia.” Suomen eurokoodissa pysyvä ja muuttuva kuorma summataan niin, että osa kuormista häviää. Missään sallittujen jännitysten normissa ei ole hävinnyt aikaisemmin eikä nyt vastaavasti kuormia, ei aikaisemmassa Suomen normissakaan eikä nykyisessä Saksan eurokoodissa.
      ” käyttörajatilatarkastelu lisää usein murtovarmuutta.” Käyttörajatilalaskut eivät missään normissa vaikuta murtovarmuuteen.
      En ole ottanut kantaa eurokoodin tavoiteluotettavuuden beta50=3.83 suuruuteen, pienuuteen tai optimaalisuuteen. Varmuusluku 1.35 vastaa tavoitetta, 1.15 ei vastaa ja 1.5 todennäköisesti ei.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Täytyy sanoa, että tätä keskustelua on jostakin syystä todella hankala seurata. Kenties olen väärän koulukunnan aivopesemä, mutta koitan silti esittää kysymyksiä – joita useat muut ovat myös kysyneet – ymmärtääkseni miten kuormayhdistelmät tulisi Poutasen mukaan muodostaa ja mikä on se periaate taustalla, jota tulisi seurata.

        Ensimmäinen selventävä kysymys:

        Olet sanonut tässä ketjussa, että Eurokoodin yhdistelykaava 6.10 on oikea ja sitä tulisi käyttää. Samalla useammassa viestissä olet sanonut, että kuormia ei saa ”hävitä” mihinkään, koska se on oikea tapa. Selvennyksen vuoksi, onko siis oikein, että kahden tai useamman muuttuvan kuorman tapauksessa käytetään yhdistelykerrointa (eli pienennyskerrointa) muille kuin määräävälle muuttuvalle kuormalle? Koska 6.10 yhdistelee kuormat juuri näin, eli 1,35G+1,5Q+1,5*psii,0*Q,2. Häviääkö tässä kuormaa, vai puhutko aivan eri asiasta sanoessasi, että kuormia häviää?

        Toinen asia (joka ehkä liittyy enemmän sallittujen jännitysten menetelmän ylivertaisuuteen): sanot Rakenteiden Mekaniikka -artikkelissasi ”Uusi rakenteiden mitoitusmenetelmä” seuraavaa:

        ”Kuormien korottaminen on tarpeellista, jos mitoitus perustuu tarkkaan rakenteen simulointiin.
        Kuitenkin, tavallinen mitoitus on yksinkertaista ja kuormien korottaminen on tarpeellista käytännön mitoituksessa vain kahdessa erikoistapauksessa: toisen kertaluvun
        mitoituksessa ja kaatumismitoituksessa. Näitä kahta erikoistapausta varten normeissa on erikoisohjeet, joten tavallisessa mitoituksessa kuormien korottaminen ei ole
        tarpeellista. Esimerkiksi, eurokoodimitoituksessa murtotilakuormia ei tarvitse korottaa käyttötilakuormista. Eurokoodissa annetaan rakenteille ja niiden osille jäykkyydet käyttötilassa
        ja murtotilassa ja välitilaa ei tarvitse huomioida. Tästä periaatteesta seuraa, että kuorman ja jännityksen keskinäinen yhteys on molemmissa tiloissa lineaarinen riippumatta
        laskentamallista ja esimerkiksi siitä, oletetaanko rasitusten jakautuvan elastisesti, plastisesti, halkeamattomasti, halkeilleesti tai jotenkin näiden ääriarvojen väliltä. Eurokoodissa
        käyttötilan ja murtotilan jäykkyydet saattavat olla erilaiset, mutta kuormitustasot voivat olla tavallisessa mitoituksessa mitkä tahansa, mitoitustulos on kuormitustasosta
        riippumaton.”

        Tämä on toinen esimerkki siitä, missä kohta lukija putoaa kärryiltä eikä oikein tiedä miltä kärryiltä putosikaan. Betonirakenteitakin vuosia suunnitelleena en ymmärrä mitä tällä kuorman ja jännityksen keskinäisen yhteyden lineaarisuudella tarkoitetaan. Jännitys-venymä-yhteys betonilla ei ainakaan ole lineaarinen, eikä myöskään sama käyttö- ja murtotilan tarkasteluissa.

        Samaisessa artikkelissa todetaan hieman myöhemmin myös:
        ”Kun asetetaan gammaG = gammaQ = 1, mitoitus helpottuu, sillä kaksinkertaista analyysia (käyttötila- ja murtotila-analyysia) ei yleensä tarvita, laskentatyö pienenee ja mitoitusnormi yksinkertaistuu. Laskentatyön vähennys liittyy staattisesti määrättyihin rakenteisiin ja likimäärin myös määräämättömiin, sillä käyttö- ja murtotilan jäykkyyserot vaikuttavat yleensä vain vähän rasitusjakaumaan.”
        Tämä tuntuu ihmeelliseltä jälleen betonin näkökulmasta, koska käyttötilan rajajännitykset ja halkeamalaskenta poikkeavat murtotilan tarkasteluista aivan oleellisella tavalla. En käsitä miten nämä voitaisiin tuosta vain kertoimia yhdistämällä jotenkin niputtaa samaksi tarkasteluksi. Onko nyt niin, että tämä rummuttamasi uusi menetelmä soveltuu vain simppeliin ja rajattuihin tapauksiin? Kun kerran mainitsemasi toisen kertaluvun tarkastelut ja kaatumismitoitukset ovat jotain muuta kuin tavallisia tarkasteluita. Itselleni ainakin ne ovat oleellinen osa laskentaa, eikä elämäni helpottuisi tippaakaan siitä että yksinkertaisiin tarkasteluihin tuotaisiin jokin täysin toinen rinnakkainen menetelmä sekoittamaan jo nyt epäselvää Eurokoodia.

        Vastaa
        • Tuomo Poutanen

          Olen blogissani 17.8.2017 esittänyt näkemykseni kuormien summauksesta. Suomen eurokoodissa varmuusluku 1.15 on väärä ja sen käyttäminen tulee lopettaa, sillä se aiheuttaa kuormien häviämisen ja noin 10 %:n alimitoituksen. On kuitenkin huomattava, vaikka kuormien summaus olisi oikea, materiaalivarmuusluvun laskenta voi olla riippumaton eli väärä. Teräksen materiaalivarmuuslukuun 1, joka on noin 10 % liian pieni, päädyttiin juuri tällaisen laskennan seurauksena.
          Kahden muuttuvan kuorman yhdistäminen on vaikeampi asia. Yleensä yhdistelyssä on yhdistelykerroin psii, jolla eriaikaiset kuormat sovitetaan sama-aikaisiksi. En ole saanut selville, miten eurokoodin yhdistelykertoimet on laskettu. Niiden laskemisessa on ehkä sovellettu riippumatonta kuormien summausta, jolloin osa kuormista häviää. Kerrostalon hyötykuormat yhdistetään kuitenkin täysinä kuormina ilman psii-kertoimia.
          Käsitykseni mukaan ennen pitkää joka tapauksessa siirrytään sallittujen jännitysten menetelmään, sillä se on yksinkertaisin. Menetelmä soveltuu yksinkertaisiin ja monimutkaisiin rakenteisiin ja kaikkiin materiaaleihin. Rakennesuunnittelu USA:ssa perustuu tähän menetelmään. Laskentatyön määrä on lähes puolet pienempi kuin osavarmuuslukumenetelmässä. Rakenneanalyysi, jossa kuormista johdetaan poikkileikkausrasitukset, tehdään vain kerran. Sama analyysi soveltuu käyttö- ja murtotilaan. Osavarmuuslukumenetelmässä rakenneanalyysi tehdään kahteen kertaan. Kehotan tutustumaan Oskari Takalan insinöörityöhön https://theseus.fi/handle/10024/109473, jossa asia on osoitettu rinnakkaislaskuesimerkeissä betoni- ja puurakenteessa.
          Tuomo Poutanen

          Vastaa
  • Mitäs jos on useampia hyötykuormia pysyvän kuorman lisäksi? Ei kai kaikki voi esiintyä yhtä aikaa uskottavasti täytenä.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Käsitykseni mukaan kuormat summataan aina riippuvasti: Tarkastelen monimutkaisinta ajateltavissa olevaa tapausta, pysyvän kuorman, lumikuorman, tuulen ja hyötykuorman summausta. Ensin kuormat sovitetaan yhdistelykertoimilla sellaisiksi, että ne voivat esiintyä samassa aika-ikkunassa. Summaus voidaan tehdä vain riippuvasti eli korreloivasti tai riippumattomasti eli korreloimattomasti. Muuta summausvaihtoehtoa ei ole, sillä kuormien keskinäistä korrelaatiota ei tunneta. Kuormakombinaatioita on joka tapauksessa rakenteen käyttöaikana useita (ainakin kaksi). Jos kuormat summataan riippumattomasti, saadaan, summa, joka on aina pienempi kuin suurimman kuormakombinaation summa, sillä riippumattomassa summauksessa arvot tasoittuvat, suuret arvot pienenevät ja pienet suurenevat. Rakenteen käyttöaikana esiintyy siis kuormakombinaatio, jonka summa on suurempi kuin riippumattomasti laskettu summa, joten on käytettävä riippuvaa summausta. Riippuen kuormakombinaatioiden määrästä tämä summa voi olla ylisuuri, kahden kuorman tapauksessa, kuten pysyvän ja yhden muuttuvan kuorman tapauksessa ei lainkaan ylisuuri ja muulloinkin ilmeisesti vain vähän ylisuuri. Jos taas kuormat summataan riippumattomasti, summa on jo kahden kuorman tapauksessa noin 10 % liian pieni ja useampien kuormien osalta vielä enemmän liian pieni.
      Soveltamalla samaa ajattelua, kaikki muutkin kuormakombinaatiot on summattava riippuvasti.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Olen erittäin korkeasti koulutettu rakennesuunnittelua ammatikseen tekevä kaveri. En ymmärrä Tuomo Poutasen selityksiä. Jos oman painon kerroin on liian pieni Suomessa, niin käytetään energia sen korottamiseksi. On karhun palvelus kirjoittaa kaunaisesta tiedemaailmasta yms. Sillä leimautuu vain hankalaksi tyypiksi, joka sivuutetaan hymähdyksellä.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Tyydytyksellä panen merkille, että kirjoittaja epäsuorasti myöntää, että Suomen eurokoodissa pysyvän kuorman varmuusluku on liian pieni. Tämän virheen korjaaminen merkitsisi vain varsinaisen virheen yhden oireen korjaamista. Perimmäinen virhe on oletus riippumattomista kuormista. Suomen eurokoodi on monimutkainen, toisaalta noin 20 % alivarma ja toisaalta noin 60 % ylivarma. Normi voidaan korjata yksinkertaiseksi niin, että siinä ei ole ainuttakaan varmuuslukua, laskentatyötä on lähes puolet vähemmän, alivarmuutta ei ole ja ylivarmuus on enintään noin 10 %.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Osoittaa melkoista realismin puutetta yrittää kampittaa koko eurokoodia, kun voitaisiin muuttaa yksi kerroin Suomessa samaksi kuin muualla Euroopassa. En antaisi Poutaselle kunniaa sen keksimisestä, että oman painon kerroin on meilä pieni muihin verrattuna. Sen tietävät kaiki vientiprojekteissa rakennesuunnittelua tehneet. No asioiden mystisointi on akateemisessa maailmassa yksi perinteinen keino pitää omaa juttuaan pinnalla. Rakenteellisesta turvallisuudesta huolehtimisen kanssa Poutasen änkyröimisellä ei ole mitään tekemistä.

        Vastaa
        • Tuomo Poutanen

          Kirjoitan tänne tiedemiehenä omalla nimelläni tietoisena siitä, että saatan joutua tilille jokaisesta sanasta ja luvusta. Minulla on tunne, että käsitys pysyvän kuorman varmuusluvun 1.15 virheellisyydestä on vahvistumassa ja että olen lähellä yhtä osatavoitetta. Muihin tavoitteisiin on vielä matkaa. Tiedeyhteisö hylkää kuormien riippumattoman yhdistämisen, siirtyy riippuvaan yhdistämiseen ja normit muutetaan vastaavasti sallittujen jännitysten normeiksi USA:n nykyisten normien mukaisiksi.
          Tuomo Poutanen

          Vastaa
  • Toivottavasti en nyt astu Tuomo Poutasen varpaille, mutta alla on muutamia suoria lainauksia prof. Poutasen kirjoituksista, koska välillä saattaa iso kokonaisuus meiltä muilta jo päästä hämärtymään.

    ”Joka tapauksessa kuormat on yhdistettävä riippuvasti. Olen huolestunut muuttuvan kuorman varmuusluvusta 1.5. Se on laskettu vain yhden vuoden kuormille.”
    ”Voidaan esittää laskelma, jonka mukaan luku 1.5 on huomattavasti liian pieni.”
    ”Pysyvän kuorman varmuusluvussa ehkä on hieman pienentämisvaraa, ei kuitenkaan lähellekään lukuun 1.2 saakka. Jos Suomen normien kuormien summaus muutetaan oikeaksi, betonirakenteiden varmuus kasvaa kohtuuttomasti. ”
    ”Tiedeyhteisö laskee muuttuvan kuorman varmuusluvun 1.5 väärin, sillä kuormituksena ovat vain yhden vuoden kuormat, mutta pitäisi olla 50 vuoden kuormat. Minun mielestäni luku 1.5 on liian pieni, mahdollisesti huomattavasti liian pieni.”
    ”Eurokoodin oikea kuormien summaus on 1.35 G + 1.5 Q. Tämäkin summaus on Hooken lain vastainen”
    ”Panen merkille, että olen onnistunut vakuuttamaan ”nimettömän” varmuusluvun 1.15 virheellisyydestä. Kuitenkin, tämä on vain ”jäävuoren huippu”.”
    ”Olen herätellyt rakenteiden mekaniikan koulukuntaa kiinnostumaan normeista, sillä nykyisissä normeissa osa kuormista häviää summauksessa, jolloin keskeiset mekaniikan lait, mm. Hooken laki ei ole voimassa. “
    ”Koska aikaisemmalla sallittujen jännitysten menetelmällä saadaan sama mitoitustulos yksinkertaisemmin ja helpommin kuin nykyisellä osavarmuuslukumenetelmällä, tähän aikaisempaan menetelmään siirrytään käsitykseni mukaan takaisin joka tapauksessa ennemmin tai myöhemmin.”
    ” Ei voida tarkastella yksittäisiä kuormapareja vaan useita. Esimerkiksi suurin lumi ja tuuli kohdistuu aina useisiin rakenteisiin, jolloin suurin pysyvä ja muuttuva kuorma esiintyvät samanaikaisesti, ei eriaikaisesti, kuormavähennystä ei voi tehdä.”
    ”Ei verkossa, ei luotettavuusteorian julkaisuissa eikä suunnittelunormien julkaisuissa ole yleisesti käsitelty tätä ongelmaa. Vain minä olen johdonmukaisesti vaatinut kymmenen vuoden ajan riippuvaa kuormien summausta.”
    ”En ole ottanut kantaa eurokoodin tavoiteluotettavuuden beta50=3.83 suuruuteen, pienuuteen tai optimaalisuuteen. Varmuusluku 1.35 vastaa tavoitetta, 1.15 ei vastaa ja 1.5 todennäköisesti ei.”

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Pauli Närhi on ottanut leikkeitä eräistä kirjoituksistani. Vahvistan, että olen näin kirjoittanut. En havaitse korjattavaa.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Voitko vielä avata hieman Pauli Närhinkin niputtamissa kirjoituksissa esiintyviä näkymyksiä. Eli muuttuvan kuorman varmuusluku 1,5 on mielestäsi pieni – jopa huomattavan pieni – ja laskettu väärin. Kuitenkin Eurokoodin yhdistelykaava 6.10 on mielestäsi oikea, eli 1,35G + 1,5Q. Tässä sitten se sama 1,5 onkin oikea eikä liian pieni?

        Ja toinen: ”Jos Suomen normien kuormien summaus muutetaan oikeaksi, betonirakenteiden varmuus kasvaa kohtuuttomasti”. Eli tämä realisoituisi jos siirryttäisiin käyttämään yhdistelykaavaa 6.10? Mitä tarkoitat kohtuuttomalla?

        Vastaa
        • Tuomo Poutanen

          Kaava 1.35G + 1.5Q on oikea siinä mielessä, että kuormaa ei häviä. Se on kuitenkin monessa mielessä väärä. Ei ole Hooken lain mukainen, sillä samanlainen pysyvä ja muuttuva kuorma aiheuttaa erilaisen venymän. Suomen normin max(1.15G, 1.35G + 1.5Q) summauskaava on kaksinkertaisesti Hooken lain vastainen, sillä osa kuormasta häviää. Kaavaa 1.35G + 1.5Q voidaan pitää vääränä suunnittuekonomian kannalta. Kaava tarpeettomasti monimutkaistaa normia ja lisää laskentaa. Molemmat kuormavarmuusluvut pitäisi sovittaa ainakin samoiksi, esimerkiksi gammaG=gammaQ=1.35, mieluummin ykkösiksi gammaG=gammaQ=1.
          Eurokoodikirjallisuudesta ilmenee, että luku 1.5 on laskettu olettaen, että muuttuvan kuorman jakauma on Gumbel ja että jakauma on yhden vuoden asemassa, eli kuormana on vain yhden vuoden kuormat. Mittaushavaintoja on siitä, että muuttuvan kuorman jakauma on Gumbel. Selvää on, että laskennassa on huomioitava 50 vuoden kuormat, jolloin luku 1.5 on huomattavasti liian pieni. Kuitenkin, tiedekirjallisuudessa pidetään mahdollisena, että jakauma olisikin normaali. Jos on, luku 1.5 on oikea tai lähes oikea. Minä pidän lukua 1.5 pienenä, sillä muuttuva kuorma on osatekijä kaikissa sortumissa.
          Betonin varmuusluku 1.5 on oikea, jos betonin lujuuden variaatiokerroin on noin 35 %. Erään lähteen mukaan betonitehtaalla mitatun betonin lujuuden variaatiokerroin on noin 15 %. Tällä perusteella olen luullut, että betonin varmuusluvussa on pienentämisvaraa. Uuden tiedon mukaan, variaatiokerroin olisikin 35 %. Olen yrittänyt selvittää, mikä on betonirakenteesta mitatun betonin lujuuden variaatiokerroin. Sitä ei tunnu tietävän kukaan, joten en enää ole vakuuttunut betonin varmuusluvun pienentämisvarasta.
          Tuomo Poutanen

          Vastaa
          • Tuomo, En ole koskaan ymmärtänyt tätä Hooken laki analogiaa. Jos nyt puhutaan betonirakenteesta joka on plastinen murtorajatilassa, miksi hooken lain tulisi olla voimassa? Toisekseen teräksellä poikkileikkausluokissa 1-3 voidaan olettaa laipat plastisoituneeksi = tasajännitys murtotilassa. millä perustella pitäisi silloin olla hooken lain voimassa kuormituksissa? Hooken lain tulee olla voimassa sellaisien materiaalien käyttörajatilamitoituksessa, joiden kohdalla hooken laki on voimassa eli teräs, puu, alumiini. Sen ei tule olla voimassa edes betonirakenteen käyttötilamitoituksessa, koska betonissa tapahtuu jäykkyydenalenemaa jo käyttötilan kuormilla. Olet lienee tietoinen bransonin kaavasta. Se on hooken lain vastainen.

        • Tuomo Poutanen

          Suunnittelunormit ovat monella tavalla ristiriidassa mekaniikan lakien kanssa, mm Hooken lain kanssa. Yritin tällä perusteella saada rakenteiden mekaniikan koulukuntaa kiinnostumaan normeista. Minulla ei ole lisättävää siihen, mitä olen kirjoittanut Hooken laista. Soisin keskustelun Hooken laista loppuvan, sillä se vie huomiota pääasioista. Kuormat on yhdistettävä riippuvasti ja suunnittelunormin kuormavarmuuslukujen tulee olla samoja, mieluimmin ykkösiä.
          Tuomo Poutanen

          Vastaa
          • Tuomo, Haluatko todella lopettaa puhumisen tästä asiasta, jonka olet itse nostanut esiin muun muassa mielipidekirjoituksessa kohdassa 2? Tässäkin viestiketjussa olet viitannut hooken lakiin nyt lukuisia kertoja. Et ole myöskään vastannut nuoremman tutkijan kysymykseen, jonka toistan nyt:

            ”Miksi murtorajatilassa Hooken lain (muodonmuutos on LINEAARISESTI verrannollinen voimaan) tulisi olla voimassa, eihän juuri mikään rakennusmateriaali noudata Hooken lakia murtoon saakka? Lasi lienee materiaaleista ainoa poikkeus?”

            Dippa-inssille jää vaikutelma, että et tunne Teräksen ja Betonin murto- ja käyttörajatilamitoitusta kun arvioit sitä hooken lain kautta. Jos sen sijaan tunnet, kuulisin mielelläni vastaukset edellä mainittuun kysymykseen.

          • ”Hooke” on mainittu keskustelussa 32 kertaa (nyt 33), nytkö siitä keskustelu pitäisi lopettaa, miksi?

  • Asiasta kiinnostuneille on tällainen artikkeli saatavilla (https://www.theconcreteinitiative.eu/about-us/the-partners/publications-2):

    ”SAFETY OF STRUCTURES”
    An independent technical expert review of partial factors for actions
    and load combinations in EN 1990 ”Basis of Structural Design”

    https://www.theconcreteinitiative.eu/images/ECP_Documents/SafetyOfStructures_compress.pdf

    Tässä on asiaa perattu ja myös perusteluita Suomen valinnoille on löydettävissä. Lisäksi löysin perustelun sille, miksi teräkselle voidaan käyttää materiaalivarmuuslukua 1,0. En osaa arvioida onko perustelu oikea.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Rakenne-DI mainitsee julkaisun https://www.theconcreteinitiative.eu/images/ECP_Documents/SafetyOfStructures_compress.pdf. Toivon, että kukaan ei jatkossa kirjoita tällaista. Julkaisu on lukijan painajainen. Joutuu harjoittamaan käänteistä tiedettä. Joutuu päättelemään tuloksista, miten niihin on päädytty. Ei ole kerrottu laskenta-algoritmia, ei laskentakaavoja, ei jakaumien parametreja, ei mitoituspistettä, ei jakaumien sijoitusta mitoituspisteeseen. Lisäksi tulokset esitetään epähavainnollisessa muodossa luotettavuusindekseinä. Luotettavuusindeksi on tässä tapauksessa murtumistodennäköisyyden lyhennysmäärittely. Zurichin julkaisussani 2011 osoitin, että se on harhainen, optimaaliset varmuusluvut ja luotettavuusindeksit eivät välttämättä toteudu samanaikaisesti. Tulokset esitetään vain yhtä materiaalivarmuuslukua koskevina, yhteenvetotuloksia ei esitetä. Tuloksia materiaalivarmuuslukujen ääriarvoista VM = 10 % ja VM = 35 % ei esitetä. Kokonaisuus jää monessa suhteessa hämäräksi, sillä luotettavuusindeksin ja materiaalivarmuusluvun yhteys vaihtelee eri materiaaleilla. Kaikki tulokset perustuvat kuormien riippumattomaan eli väärään summaukseen. Muuttuvan kuorman jakauma on Gumbel, joka on laskennassa yhden vuoden asemassa eli kuormina on virheellisesti vain yhden vuoden kuormat.

      Ranta-Maunus https://www.theconcreteinitiative.eu/images/ECP_Documents/SafetyOfStructures_compress.pdf ensimmäisenä esitti luotettavuuslaskennan tulokset havainnollisessa muodossa eli niin, että tulokset esitetään vaadittuina materiaalivarmuuslukuina kuormasuhteen funktiona. Kaikki materiaalit ovat samassa kuvassa. Kokonaisuus hahmottuu hyvin. Minä olen käyttänyt samaa esitystapaa. Ranta-Maunuksen tulokset ovat oikeita, kun kuormana on vain pysyvä tai muuttuva kuorma. Väliarvot ovat vääriä, sillä Ranta-Maunus summasi kuormat riippumattomasti. Lisäksi tuloksissa on suurehko numeerinen laskutavirhe, mikä ilmeisesti johtuu liian harvasta diskretisointiverkosta. Muuttuvan kuorman luotettavuus on laskettu virheellisesti vain yhden vuoden kuormille. Ranta-Maunus esitti lähtötiedot seikkaperäisesti, mutta ei julkaissut kaavoja eikä selostanut laskenta-algoritmia.

      Minä julkaisin ensimmäisenä täsmällisen ja yleisen menetelmän varmuusluvun laskemisesta http://rmseura.tkk.fi/rmlehti/2012/nro4/RakMek_45_4_2012_2.pdf. Kirjoituksen tulokset ovat kuitenkin vääriä, sillä muuttuvan kuorman luotettavuus on laskettu vain yhden vuoden kuormille. Tältä osin laskenta on samalla tavalla väärä kuin muissakin viimeaikojen kirjoituksissa. Huomasin muuttuvan kuorma laskentavirheen vasta myöhemmin. Luulen, että luotettavuusteoriassa vieläkin muuttuvan kuorman luotettavuus lasketaan samalla tavalla väärin.

      Eurokoodiorganisaatio on parhaillaan päivittämässä varmuuslukuja. Minun kannaltani ongelma on, että eurokoodin kehitys on suljettu. Esimerkiksi, minä en saa tietoa siitä, millä menetelmillä uusia varmuuslukuja lasketaan.

      Jokainen, joka hallitsee rakenteiden mekaniikkaa, voi itsenäisesti todeta superpositioperiaatteeseen tukeutuen, että Suomen eurokoodin kuormien summaus on väärä. Kukin rakenteen kuorma aiheuttaa tästä ja vain tästä kuormasta johtuvan vaikutuksen. Suomen eurokoodissa pysyvän kuorman vaikutus on muuttuvasta kuormasta riippuva. Superpositioperiaate pätee kaikkiin materiaaleihin, betoniinkin.

      Muutoin olen sitä mieltä, että kuormat on yhdistettävä rakennesuunnittelussa riippuvasti ja että suunnittelunormit on muutettava sallittujen jännitysten normeiksi eli samanlaisiksi, jotka ovat käytössä tällä hetkellä USA:ssa.

      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Tämä hedelmätön jänkkäys Poutasen kanssa lopu koskaan. Muutoin olen sitä mieltä, että Karthago on hävitettävä.

        Vastaa
  • Hooken laista puhuminen tässä asiayhteydessä on täyttä hölynpölyä, joten siksi siitä keskusteleminen onkin aiheellista lopettaa.

    Vastaa
  • Eikös superpositio käsittele voimia yleisesti ja viittaa kintaalla mistä syystä ne vaikuttavat tai ovat muodostuneet. Murtotilan arvioiduissa voimissa ei tarvitse olla korvamerkittyjä kuormaosuuksia.
    Jos pidetään kerrointa 1.15 ”sopivana”, kuormaa ei muuttuvan kuorman osuudesta riippuen häviä vaan lisääntyy!

    Vastaa
    • Korkeinhankkija

      Superposition avulla staattisesti määräämättömissä tapauksissa voidaan hakea se sallittu taipuma poillileikkausta kasvattamalla, osavarmuusluvut ovat sitten määräyksissä.

      Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Voimia ei tarvitse korvamerkitä. Osavarmuuslukumenetelmässä kuormat kuitenkin merkitään, sillä pysyvällä ja muuttuvalla kuormalla on erilaiset varmuusluvut. On pehmeää ja kovaa kuormaa, vaikka mekaniikan mukaan ei ole, sillä kummatkin kuormat ovat samanlaisia.
      Jos eurokoodin pysyvän kuorman varmuusluku on 1.15 ja muuttuvan 1.5, summaus on oikea, sillä kuormaa ei häviä.
      Jos eurokoodin pysyvän kuorman varmuusluku on 1.15, se vastaa murtumistodennäköisyyttä 1/20, joka on 750 kertaa suurempi kuin eurokoodin vaatimus 1/15000.
      Varmuusluku 1.35 on aito tavoiteluotettavuutta vastaava varmuusluku. 1.15 on fiktiivinen. Sen tehtävä on hävittää kuormia riippumattomasta summauksesta johtuen noin 10 %.
      Varmuusluvut ja ominaisarvot ovat vastakkaisia suureita. Varmuusluvut voidaan valita millaisiksi tahansa, jos ominaisarvo valitaan varmuuslukua vastaavaksi.
      Tämän lisäksi, kuormavarmuusluvut ja materiaalivarmuusluvut ovat vastakkaisia suureita, toiset voidaan valita vapaasti.
      Yleinen käytäntö on, jota eurokoodissakin sovelletaan, että osavarmuuslukumenetelmän varmuusluvut valitaan niin, että varmuusluku vastaa kyseisen muuttujan jakaumaa eli laskentatulos on oikea, jos kaikkien muiden muuttujien vaihtelu on nolla ja niiden varmuusluvut ovat ykkösiä.
      Yksinkertaisinta ja helpointa on laskea sekä käyttötilassa että murtotilassa todellisilla kuormilla ilman kuormavarmuuslukuja niin kuin USA:ssa tällä hetkellä tehdään ja kaikkialla tehtiin muutama vuosikymmen sitten. Varmuus sisällytetään materiaalivarmuuslukuun. Kun se kerrotaan materiaalin ominaisarvolla, saadaan sallittu jännitys. Tällaisessa normissa ei ole ainuttakaan varmuuslukua. Laskentatulos on sama kuin osavarmuuslukumenetelmässä.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
  • Ketjussa on mahtavia kestoikäsuunnittelijoita, kertoimilla saadaan ikää rakenteille lisättyä roimasti ja Konginkangas laulaa.

    Vastaa
  • Tuomo on oikeassa, että omalla painolla voi olla vain yksi kappale ykköstä suurempia osavarmuuslukuja. Tämä on asia on osoitettu yksinkertaisesti päätymällä samaan suunnittelukuormaan kahdella eri kuormasuhteella, joista toisessa on muuttuvaa kuormaa lisätty oman painon lisäksi. Tästä seurauksena on se, että normin ’tavoiteluotettavuus(taso)’ riippuu kuormasuhteesta.

    Rakenneanalyysi tehdän useimmiten normaalissa suunnitteluhankkeessa kimmosalla alueella, jossa siis rakenteille tulevat rasitukset lasketaan kuormitusyhdistelmistä. Näin menetellään siksi, että superpositioperiaate olisi voimassa. Rakenteiden mitoitus voidaan silti tehdä vaikkapa sitten plastisuusteorian tai jonkin muun epälineaarisen tavan mukaan, ehtojen täyttyessä. Hooken-lain on siis sinällään perustapauksissa oltava voimassa rakenneanalyysissä vaikka murtorajatilassa mitoitus tehdäänkin.

    Keskustelussa ei myöskään nähdäkseni oteta kantaa siihen, mikä tulisi olla pysyvän kuorman osavarmuusluku yhdistelmässä 1,15 ; 1,35 vai jotain muuta?

    Sortumista keskusteltaessa vedotaan helposti, siihen seikkaan, että ne johtuisivat muista tekijöistä kuin kuorman ylittymisestä. Näin varmaan onkin, matemaattisesti suunnittelukuorman ylittyminen on hyvin harvinainen tapahtuma. Virheet toteutuksessa ja käytössä sen sijaan ovat useimmiten mielletty ja osoitettu onnettomuuden syiksi. Huomionarvoisena asiana kuitenkin on nostettava esille, että normin antama varmuustaso taklaa tehokkaasti näitä virheitä antamalla rakenteelle vaurionsietokykyä ja ylimääräistä kapasiteettia poikkeustilanteita, toteutuspoikkeamia ja näiden vaikutuksia vastaan. Siten valittu tavoiteluotettavuustaso ei ole pelkästään matemaattisesti mallinnettuja kuormia vastaan vaan empiirisesti riittäväksi todettu varmuustaso, vaikka vauriot johtuisivat täysin muista syistä kuin mallinnetuista kuormista.

    Käytännössä siis mallintamalla kuormat riittäviksi ja suunnittelemalla rakenne siten että sen matemaattisen mallin vaurioitumistaso vastaa normin luotettavuustasoon, saavutetaan tilanne että rakenne katsotaan turvalliseksi vaikka todellista luotettavuustasoa ei tunnetakaan tarkasti vaan empiirisesti todetaan, että todelliset sortumat (johtuivat ne mistä syistä tahansa) ovat ’riittävän’ harvinaisia tällä tasolla. Koko tavoiteluotettavuus on siten kokemuksen, poliittisen päätöksenteon ja yleisen mielipiteen myötä muokkautunut turvallisuustaso.

    Vastaa
    • Tuomo Poutanen

      Suomen eurokoodissa on kaksi pysyvän kuorman varmuuslukua 1.15 ja 1.35. Aspin ja minunkin mielestä, ei voi olla kuin yksi. Asp ei tiedä, kumpi on oikea vai onko kumpikaan. Joka tapauksessa 1.35 vastaa eurokoodin tavoiteluotettavuutta beta50 = 3.8, 1.15 vastaa beta50 = 1.6 ja 1.25 vastaa beta50 = 2.7. Aspin mukaan virhe voidaan päätellä kuormasuhteesta riippuvalla luotettavuudella. Ei Asp eikä kukaan muukaan ole pannut merkille blogiani 18.8.2017, jossa osoitin, että Suomen eurokoodissa pysyvän G ja muuttuvan Q kuorman G = Q =1000 summa on 1860? Tämä on mielestäni riittävä osoitus siitä, että kuormaa häviää ja että kuormia ei voi hävitä. Hallitsevan luotettavuusteorian näkemyksen mukaan tällä tavalla kuormia pitääkin hävitä. Asp päättelee Suomen eurokoodin vääräksi luotettavuusteoriaan tukeutuen. Luotettavuusteoriaan ei tarvitse tukeutua, kuormia ei häviä summauksessa ja pysyvän kuorman varmuuslukuja voi olla vain yksi, mikä voidaan todistaa pelkästään mekaniikkaan tukeutuen:
      Muutetaan muuttuvan kuorman ominaisarvo Q, joka on 50 vuoden toistumisajan kuorma 11 % (1.5/1.35) suuremmaksi Qu:ksi, jolloin siitä tulee 100 vuoden toistumisajan kuorma. Varmuusluku pienenee vastaavasti 1.5:sta 1.35:een. Tämä muunnos voidaan tehdä aina. Muunnoksella ei ole vaikutusta laskentatulokseen.
      Muunnetut summausyhtälöt ovat siten max(1.35G, 1.15G + 1.35Qu) ja 1.35G + 1.35Qu.
      Olkoon sekä pysyvä, että muuttuva kuorma G = Qu = 1. Aiheuttakoon pysyvä kuorma G = 1, murtotilassa G = 1.35, rakenteessa vaikutuksen (jännityksen, venymän, taipuman tms.) a. Selvää on, että myös muuttuva kuorma Wu = 1, aiheuttaa rakenteessa saman vaikutuksen a. Aiheuttakoon pysyvä kuorma G = 2, murtotilassa G = 2.7, vaikutuksen A, selvää on, että muuttuva kuorma Qu = 2, aiheuttaa murtotilassa saman vaikutuksen A. Kuormat G ja Qu ovat identtiset, joten kuormasta Qu = 2 puolikas voidaan vaihtaa kuormaan G = 1 ja tulos ei muutu eli vaikutus on A ja kuormien G ja Q summa on edelleen 2.7. Tämä vastaa riippuvaa kuormien summausta. Suomen eurokoodissa kuitenkin kuormien summa pienenee. Kaavalla maa(1.35G, 1.15G + 1.35Qu) laskettu vaikutus on pienempi, sillä kuormaa häviää 7 % (1-(1.15+1.35)/(1.35+1.35)).
      Asp kirjoittaa ”tavoiteluotettavuus on siten kokemuksen, poliittisen päätöksenteon ja yleisen mielipiteen myötä muokkautunut turvallisuustaso.” Eurokoodin kuormavarmuusluvuissa ei ole kokemusta, poliittista päätöksentekoa eikä yleistä mielipidettä, vaan luvut on johdettu jakaumista pelkän matematiikan perusteella, valitettavasti väärän matematiikan perusteella. Eurokoodin kirjoittajat nimenomaisesti kehuivat ”the first reliability based design code”. Materiaalivarmuusluvuissa voi kuitenkin olla politiikkaa, mutta teräksen materiaalivarmuusluvun pienentäminen Suomessa 1.1:sta 1:een johtui pelkästään väärästä matematiikasta. Suomen teräseurokoodissa kuormia häviää jopa noin 20 %, sillä kuormat summataan riippumattomasti kaksi kertaa.
      Tuomo Poutanen

      Vastaa
      • Poutasen mallissa koko kuormien summaus eurokoodisssa on virheellinen, joten tuntuu hieman keinotekoiselta näpertelyltä erittäin harvoin tässä mitassa toteutuvan kuormien summauspoikkeaman 1000+1000=1860 painottaminen. Lujuusopin eikä edes eurokoodin perusteita tämä kuormien yhdistelyesimerkki ei ainakaan minun mielestäni horjuta ja lienee kyllä laajalti pienen hymähdyksenkin saattelemana pantu merkille. Pysyvän kuorman kertoimia on joka tapauksessa jo puoli vuosisataa ollut käytössä vähintään kaksi.
        Tarkoittaisiko Poutasen mallissa kuormien yhdistely sitä, että esimerkiksi lumi- ja tuulikuormat yhdistettäisiin laskennassa maksimiarvoissaan, entä miten kerros- ja pinta-alavähennysten laita?

        Vastaa
        • Tuomo Poutanen

          En ole sanonut ”kuormien summaus eurokoodisssa on virheellinen” vaan, että eurokoodissa on kolme kuormien summausta, kuormien häviämisen osalta yksi oikea ja kaksi väärää. Suurin osa eurokoodimaista noudattaa oikeaa summausta. Suomi noudattaa väärintä vääristä. Suomen eurokoodin virhe 1000 + 1000 = 1860 ei ole harvinainen vaan tyypillinen, teräsnormissa virhe on kuitenkin lähes kaksinkertainen. Riippumaton summaus monimutkaistaa normia ja lisää laskentatyötä. Minä olen ehdottamassa, että väärä ja monimutkainen vaihdetaan oikeaan ja yksinkertaiseen.

          Kehotan Närhiä lukemaan todistuksen kuormien riippuvasta summauksesta blogissani 27.9.2017. Normeissa ei ole ollut kahta (ykköstä suurempaa) pysyvän kuorman varmuuslukua puolta vuosisataa vaan kymmenkunta vuotta vain muutamissa maissa (mm. Suomi, Ruotsi, Tanska, UK, Hollanti, Kanada). Pysyvän ja muuttuvan kuorman oikea summaus on tälläkin hetkellä hallitseva.

          Muuttuvat kuormat summataan riippuvasti, mutta niihin sovelletaan kuormien eriaikaisuudesta johtuvia yhdistelykertoimia (kts plogini 15.9.2017). Eurokoodin muuttuvien kuormien käsittely on jäykkä, sillä ominaisarvot ovat 0.98-fraktiileja ja varmuuslukuja on vain yksi, 1.5. Variaatiokertoimet kuitenkin vaihtelevat 20…40 %, mistä seuraa, että eräät kuormat ovat ylivarmoja, toiset alivarmoja. Olen kirjoituksessani http://rmseura.tkk.fi/rmlehti/2012/nro4/RakMek_45_4_2012_2.pdf käsitellyt tätä ongelmaa. Virhe voidaan poistaa monimutkaistamatta normia asettamalla ominaisarvo muuttuvaksi. Vain normin kirjoittajan on nähtävä hieman vaivaa ja valittava sopiva ominaisarvo kullekin kuormalle. Yhdistelykertoimien suuruutta voidaan säätää samalla periaatteella.

          Kun hyötykuormia summataan keskenään, yhdistelykerrointa ei sovelleta, mutta sovelletaan kuormitusalasta johtuvia vähennyksiä, jotka ovat samoja riippumatta siitä, onko kuormitusala yhdessä vai useammassa kerroksessa.

          Tuomo Poutanen

          Vastaa
          • Kerroin 0.9 mukaan lukien pysyvän kuorman osavarmuuskertoimia on siis osavarmuusmenetelmissä 2 kpl.
            1000+1000 esimerkki on tietysti tyypillinen. Sotkin aiemmin esillä olleeseen esimerkkiin 1000+100. Pohjimmiltaanhan tässä vertailussa on kysymys vain siitä kumpi on ”oikea”, 1.15 vai 1.35.
            Arvostan Tuomo Poutasen asiantuntevuutta ja sitkeyttä tässä asiassa ja tässä keskustelussa. Osaltani on aika jäädä vain mielenkiinnolla odottelemaan kuinka asiat etenevät.

Vastaa

Rakennuslehden pääuutisia