Restraint Effects in Concrete Bridges: A Study of Cracking due to Thermal Actions and Shrinkage in Portal Frame Bridges

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (sammanläggning)

Abstract

Temperaturändringar och krympning påverkar betongkonstruktioners volym, och i konstruktioner som hindras från av röra sig kan sådana volymändringar leda till så kallade tvångseffekter, som i sin tur kan orsaka sprickbildning. När detta sker kan emellertid konstruktionen deformeras till viss del, vilket gör att tvångsspänningarna och därmed också sprickvidderna minskar. Uppsprickningsförloppet är svårt att förutsäga, och därför blir också tvångskrafterna och sprickvidderna svåra att uppskatta på förhand. Detta gör det svårt att fastslå vilken armeringsmängd som krävs för att begränsa sprickvidderna till acceptabla värden, och i dagens dimensioneringsmetod finns det inget etablerat sätt för hur en minskning av tvångskrafter på grund av uppsprickning ska göras. Kombinerat med en otydlig formulering i lastfall för temperaturskillnader i broar kan detta göra att armeringen i broarna inte utnyttjas optimalt.

I den här studien undersöktes temperaturskillnader mellan konstruktionsdelar i plattrambroar, för att ett mer detaljerat lastfall skulle kunna föreslås för den aktuella konstruktionstypen. Temperatursimuleringar gjordes med en finita-elementmodell av plattrambroar samt intilliggande jord och fyllnadsmaterial. Modellen validerades genom att temperaturen mättes och simulerades i ett givet brotvärsnitt under ett års tid. Därefter användes modellen för att ta fram nya lastvärden med klimatdata från olika platser i Sverige. Dessutom undersöktes sprickvidder orsakade av tvångseffekter med en finita-elementmodell med ett olinjärt materialsamband för dragen betong. Modellen kan beskriva den minskning av tvång som uppsprickningen ger upphov till, och har validerats med hjälp av försök som genomförts i tidigare forskning.

Det temperaturlastfall som föreslås i denna studie beskriver temperaturfördelningen i plattrambroar på ett mer detaljerat sätt än vad som görs i det nuvarande lastfallet, och lastvärden föreslås för både kvasipermanent och karakteristisk lastkombination. De olinjära finita element-analyserna visade att uppsprickning på grund av de undersökta tvångseffekterna är osannolik i broarnas farbaneplattor, men att sprickor däremot kan uppstå både i rambenens ovankant och i nederkant. De största sprickvidderna påträffades vid rambenets nederkant, eftersom effekterna av temperaturlasten och krympningen sammanfaller i detta område.

När resultaten från de olinjära analyserna jämfördes med resultat som togs fram utan hänsyn till den spänningsminskning som uppstår vid uppsprickning sågs stora skillnader i sprickvidd, där sprickvidderna i de olinjära analyserna blev betydligt mindre. Samtidigt var minimiarmeringsmängden otillräcklig för att begränsa sprickvidderna även i de olinjära beräkningarna. Då resultaten också visade att armeringsmängden har en liten påverkan på sprickvidderna i tvångssituationer, kan det vara mer effektivt att minska den ursprungliga tvångsgraden genom att t.ex. ändra brons geometri, än att lägga in extra armering.

Detaljer

Författare
Enheter & grupper
Forskningsområden

Ämnesklassifikation (UKÄ) – OBLIGATORISK

  • Infrastrukturteknik

Nyckelord

  • Tvång, Betong, Uppsprickning, Temperaturlast, Plattrambro, FE-analys
Originalspråkengelska
Handledare/Biträdande handledare
Tilldelningsdatum2019 nov 29
UtgivningsortLund
Förlag
  • Lunds University, Building Construction
Tryckta ISBN978-91-87993-14-5
StatusPublished - 2019 okt 25
PublikationskategoriForskning

Nedladdningar

Ingen tillgänglig data

Relaterad forskningsoutput

Erik Gottsäter, Johansson, M., Plos, M. & Oskar Larsson Ivanov, 2019, I : Engineering Structures. 189, s. 272-285 14 s.

Forskningsoutput: TidskriftsbidragArtikel i vetenskaplig tidskrift

Erik Gottsäter, Oskar Larsson Ivanov, Miklós Molnár & Plos, M., 2018 aug 8, I : Structures. 15, s. 341-348

Forskningsoutput: TidskriftsbidragArtikel i vetenskaplig tidskrift

Visa alla (5)