Simulering av tvångskurvor och sprickrisker i betongkonstruktioner
2024 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE credits
Student thesisAlternative title
Simulation of Restraint Curves and Crack Risks in Concrete Structures (English)
Abstract [sv]
Betong är ett av de mest populära byggmaterial som används i dagens samhälle, detta pågrund av dess långa livslängd och naturliga material som går att återvinna. Trots attbetongen har flera fördelar så är den inte helt idealisk, detta på grund av dess lågadraghållfasthet. Vid gjutning av färsk betong genomgår betongen en hydrationsfas, därvattnet reagerar med cementet och ger upphov till en kemisk process som kallas förhydratation. Under denna fas ökar temperaturen i betongen och sjunker därefter tills denuppnår omgivningstemperaturen. Denna temperaturvariation leder till volymförändringar ibetongkonstruktionen, först genom expansion och sedan genom kontraktion. Motstånd frånmotgjuten konstruktion under dessa volymförändringar orsakar tvångskrafter, som kan ledatill spänningar och sprickbildning i betongen.Detta examensarbete fokuserar på att använda 3-stegsmetoden för att genereratvångskurvor i FE-programmet Sofistik på grund av förhindrade temperaturrörelser. Dettagörs genom att använda en spänningskvot mellan aktuell spänning och förhindrad spänning.Denna spänningskvot kallas för tvång. Tvångsvärden kan variera från 0% (fri rörlighet) till100% (fullständigt förhindrad struktur). Mer om 3-stegsmetoden beskrivs i rapporten.Genom att använda denna metod strävar forskningen efter en mer korrekt bedömning avtvånget, som förhoppningsvis kommer att minska behovet av kylningsåtgärder.I detta arbete har tre olika konstruktionstyper undersökts: en stödmur, en plattrambro och ettinslagsvalv. Resultaten som erhållits från de studerande konstruktionstyperna visade att3-stegsmetoden för simulering av tvångskurvor i FE-programmet Sofistik har en betydandeeffekt på sprickrisknivån för olika tvärsnitt.På grund av metodens noggrannhet tar processen väldigt långt tid att få fram tvångsvärdenoch sprickrisknivåer för ett specifikt typfall. Resultaten visade att temperaturlaster pånygjuten betong beror på omgivningstemperaturen och tvärsnittsarean, och att gjutning iminusgrader kräver omfattande åtgärder för att undvika frysning. Tvångsvärden visade sigvara oberoende av omgivningstemperaturen men påverkades av tvärsnittsmått ochkonstruktionens längd. Längre konstruktioner genererade högre tvångsvärden på grund avökad cementinnehåll som leder till en kraftigare hydrationsprocess. Avvikandetvångsfördelningar kunde dock uppstå, särskilt vid längre gjutetapper där nollnivån förspänningsövergången från drag till tryck hamnade utanför den förhindrade konstruktionen.Slutligen finns det ingen tydlig indikation på om av 3-stegsmetoden eller area mot areametoden ger bäst resultat. Användningen av 3-stegsmetoden ger större variation i resultatjämfört med area mot area metoden, vilket anses vara positivt då det möjliggör en merdetaljerad analys av tvånget.
Abstract [en]
Concrete is one of the most popular building materials used in today's society due to its longlifespan and the recyclability of its natural components. However, concrete is not entirelyideal because of its low tensile strength. During the casting of fresh concrete, it undergoes ahydration phase, where water reacts with cement, resulting in a chemical process calledhydration. During this phase, the temperature in the concrete increases and then decreasesuntil it reaches the ambient temperature. This temperature variation leads to volumechanges in the concrete structure, initially through expansion and then through contraction.Resistance from adjacent structures during these volume changes causes restraint forces,which can lead to stresses and cracking in the concrete.This thesis focuses on using the three-step method to generate restraint curves in theFE-program Sofistik due to prevented temperature movements. This is achieved by using astress ratio between the current stress and the prevented stress. This stress ratio is referredto as restraint. Restraint values can vary from 0% (free movement) to 100% (fully restrainedstructure). More about the three-step method is described in this report.By using this method, the research aims for a more accurate assessment of restraint, whichwill hopefully reduce the need for cooling measures.In this work, three different types of structures were examined: a retaining wall, a slab framebridge, and a segmental vault. The results obtained from the studied structures showed thatthe three-step method for simulating restraint curves in the FE-program Sofistik has asignificant effect on the cracking risk level for different cross-sections.Because of the method's accuracy, the process takes a long time to obtain restraint valuesand cracking risk levels for a specific case. The results showed that temperature loads onnewly cast concrete depend on the ambient temperature and the cross-sectional area, andthat casting in zero below freezing requires extensive measures to avoid freezing. Restraintvalues were found to be independent of ambient temperature but were affected bycross-sectional dimensions and the length of the structure. Longer structures generatedhigher restraint values due to increased cement content leading to a stronger hydrationprocess. However, deviating restraint distributions could occur, particularly in longer castingstages where the zero level for the stress transition from tension to compression was outsidethe restrained structure.Finally, there is no clear indication of which method, the three-step method or the area toarea method, provides the best results. However, the use of the three-step method offersgreater variation in results compared to the area to area method, which is consideredpositive as it allows for a more detailed analysis of restraint.
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-ABE-MBT ; 24650
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-351855OAI: oai:DiVA.org:kth-351855DiVA, id: diva2:1889649
Supervisors
Examiners
2024-08-162024-08-16