Reunaehdoista

Laskennan antamat tulokset ovat korkeintaan yhtä hyviä kuin laskentaan syötetyt lähtötiedot ja laskentamalli. Valitettavasti lähes aina lähtötiedot ovat jossain määrin epävarmoja ja laskennan tuloksissa epävarmuus vastaavasti kertautuu. Käytännön laskennassa tämä epävarmuus on syytä huomioida kulloisessakin tilanteessa varmalla puolella olevilla oletuksilla. Tässä artikkelissa käsittelen hieman reunaehtoja ja kuinka niiden aiheuttamia epävarmuuksia voidaan hallita.

Kaksitukinen palkkirakenne

Ajatellaanpa vaikka laskentaa, jossa kahden olemassa olevan seinän väliin on tarkoitus kiinnittää tasan kuormitettu palkki. Jos palkin päät kiinnitetään seiniin momenttijäykästi, täytyisi tuntea seinien kiertymäjäykkyys kiinnityskohdilla jotta saataisiin todellisuutta vastaava laskenta. Käytännössä näin ei välttämättä tehdä (tai edes voida tehdä), vaan tarkastellaan tilannetta esimerkiksi pahimpien tapausten suhteen;

1. Palkin taivutusmomentin ja taipuman sekä seinän kiinnityskohdan kallistumakulman suhteen pahin tilanne on hyvin joustava seinäkiinnitys tai seinä, mikä voidaan approksimoida päiden niveltuennalla. 
2. Kiinnityskohdan taivutusmomentin kannalta pahin tilanne on palkin päiden hyvin jäykkä kiinnitys hyvin jäykkään seinään, joka mallinnetaan täysin jäykästi kiinnitetyillä palkin päillä. Tosimaailmassa mikään kiinnitys ei ole täysin jäykkä, mutta laskentamalleissa se on usein käyttökelpoinen approksimaatio.

Tarkastelu tehtäisiin siis kahdella eri reunaehdolla ja tarkastetaan että rakenne kestää molemmat ääritilanteet.

Samanlaisen palkin jännitykset samalla pistekuormalla mutta jäykällä ja niveltuennalla palkin päissä. Skaalaus sama taipumilla ja jännityksillä.

Kuten voi nähdä, erot voivat olla suuria ja varmalla puolella olevat oletukset voivat antaa helposti hyvinkin suuren ylimääräisen varmuuden tuloksiin. Nopeisiin tarkistuslaskentoihin tai muihin tilanteisiin joissa todellisten reunaehtojen selvittämisen aiheuttamia lisäkustannuksia ei saada korvattua esimerkiksi materiaalin säästöjen kautta, menettely on kuitenkin täysin asiallinen. Vasta jos varmalla puolella olevilla laskennoilla saadaan tulos, joka ei täytä kriteerejä, kannattaa laskentamallin tarkkuutta asteittain parantaa esimerkiksi lisäämällä ulokepään malliin päätykiinnitysten detaljimalli.

Ulokepalkkirakenne

Toinen, paljon hankalampi tilanne on johonkin rakenteeseen kiinnitetyn ulokepalkin tai vaikkapa maan varassa seisovan maston ominaistaajuuksien laskenta. Ensimmäiseksi tulee yleensä mieleen tarkastella nämä jäykästi alustaansa kiinnitettyinä rakenteina. On kuitenkin hyvin tavallista että todellisuudessa mitatut ominaistaajuudet ovat laskentamallista saatuja taajuuksia selvästi alempia alustan jouston vuoksi; Alustan tehollinen jousto voi olla samaa suuruusluokkaa ulokepalkin tai maston jouston kanssa alimmissa taipumamuodoissa. Edellisen esimerkin tapaista niveltuentaakaan ei voi tässä käyttää alustan jäykkyyden alarajana sen aiheuttaessa ulokepalkissa saranamekanismin synnyn.


Ulokepalkkirakenteen kiinnittyessä suurempaan tukirakenteeseen on syytä mallintaa myös tukirakenne riittävissä määrin sen dynamiikan huomioimiseksi. Jos tukirakennetta tai maaperän tukiominaisuuksia maston suhteen ei pystytä luotettavasti huomioimaan mallissa etukäteen, on syytä varautua virheellisiin tuloksiin laskentamallista ja kalibroimaan laskentamallissa perustusten jäykkyyttä mittaustulosten mukaan.

  D300x3x10000 -teräsmaston alimmat ominaismuodot vasemmalla jäykällä ja oikealla joustavalla (1MNm/rad) perustuksella. Alin ominaistaajuus vastaavasti 3 Hz ja 1,6Hz.