Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Probabilistic analyses of crack propagation in concrete dams: Part II
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Concrete Structures.ORCID iD: 0000-0002-8000-6781
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Concrete Structures.ORCID iD: 0000-0003-3586-8988
Vattenfall Engineering .
Vattenfall Engineering .
2013 (English)Report (Other academic)
Abstract [en]

Several concrete buttress dams in northern Sweden have been found to be subjected to, more or less severe, cracks according to recent assessments and investigations. Theoretical analyses and field measurements have shown that most of these cracks have developed or propagated as a result of the seasonal temperature variations. Most dams in Sweden were built for more than 50 years ago and it is therefore important to also consider the influence of long-term effects and degradation to assess the dam. The ordinary sliding and overturning stability analyses may not be sufficient when the supporting structure is cracked, since the cracks may comprise the integrity and the homogeneity of the structure.

The work presented in this report is a continuation of the work on advanced numerical methods for studying crack propagation in concrete dams presented in Björnström et al. (2006), Ansell et al. (2008), Ansell et al. (2010) and Malm et al. (2013). In the latter parts of the project the main focus has been on the development of probabilistic analysis methods for studying crack propagation, mainly with respect to the stochastic variation of material properties of concrete but also with regard to loading conditions. The concepts of the used probabilistic analysis methods were introduced in a previous part of the project, (Malm et al. 2013).  In the previous part, stochastic spatial distribution of material properties was only studied within local areas where a crack was expected to be developed. In the work presented in this report, this concept has been expanded to cover stochastic spatial distribution of material properties within an entire buttress wall of one monolith. A sensitivity study is also presented regarding variations in the assumed temperatures of the seasonal temperature loading.

To increase the accuracy of the numerical model a new FE-model was developed with a refined mesh compared to previously used meshes. The new mesh size was chosen with respect to the smallest characteristic crack length of a concrete sample in the stochastic population. All other aspects of the model were defined equally as in previous models.

The results of the probabilistic analyses with respect to variation in material properties showed a significant increase in developed cracks, compared to a deterministic analysis. The main crack patterns were, however, similar, but additional cracks were developed adjacent to previous cracks and the inclination of some cracks was changed. These findings should be included when assessing different dam stability failure modes of buttress dams. The sensitivity study of the assumed temperatures showed that it was mainly the low temperatures in combination with temperature differences that initiate cracking in the monolith.

Abstract [sv]

På flera betonglamelldammar i norra Sverige har det observerats, mer eller mindre, omfattande grad av uppsprickning vid tillståndsbedömningar och inspektioner. Genomförda analyser och fältmätningar har påvisat att de flesta av dessa sprickor har initierats eller propagerat som ett resultat av årliga temperaturvariationer. De flesta Svenska dammarna byggdes för mer än 50 år sedan och det är därför även viktigt att beakta inverkan av långtidseffekter och nedbrytning av betongen vid en tillståndsbedömning av dammarna. De konventionella brottmoderna så som stjälpning och glidning är inte alltid tillräckliga, då sprickor i betongdammen kan leda till nya brottmoder och därmed påverka dess strukturella integritet och homogenitet.

Arbete som presenteras i denna rapport är en fortsättning på ett projekt, presenterat i Björnström et al. (2006), Ansell et al. (2008), Ansell et al. (2010) och Malm et al. (2013), där avancerade numeriska metoder för beräkning av spricktillväxt i betongdammar har studerats. I de senare delarna av detta projekt har huvuddelen av arbetet fokuserats på att utveckla probabilistiska analysmetoder för beräkning av spricktillväxt. Huvudsakligen har dessa utvecklats med avseende på betongens stokastiska material­egenskaper men även med avseende på dammens lastförutsättningar. Olika koncept för dessa probabilistiska analysmetoder introducerades i Malm et al. (2013). I denna föregående del av projektet studerades den stokastiska rumsliga fördelning av betongens materialegenskaper endast för lokala områden där det förväntades att sprickor skulle utveckals. I arbetet som presenteras i denna rapport har detta koncept utvecklats och applicerats på en hel lamellvägg i en av dammens monliter. I rapporten presenteras även en känslighetsstudie där variationer i de antagna temperaturerna i den cykliska temperaturbelastningen har studerats.

För att öka noggrannheten i den numeriska modellen har en ny FE-modell utvecklats med ett nytt förfinat elementnät jämfört med tidigare modeller. Den nya elementstorleken har baserats på den minsta karakteristiska spricklängden för ett materialprov i den stokastiska populationen av betongmaterial. Alla andra aspekter av modellen har definierats på samma sätt som i de föregående modellerna.

Resultaten från de probabilistiska analyserna med avseende på variationer i betongegenskaperna visar en betydande ökning i antalet utvecklade sprickor jämfört med en deterministisk analys. Det huvudsakliga sprickmönstret är dock liknande, men ett flertal nya sprickor kan observeras kring det tidigare observerade sprickorna och lutningen för vissa sprickor kan ändras. Dessa observationer bör inkluderas när olika stabilitets brottmoder utvärderas för lamelldammar. Känslighetsstudien av de antagna temperaturerna visade att det huvudsakligen är låga temperaturer i kombination med temperatur­skillnader som orsakar spricktillväxt i monoliten.

Place, publisher, year, edition, pages
Elforsk , 2013. , 53 p.
Series
Elforsk rapport, 13:66
National Category
Infrastructure Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-129554OAI: oai:DiVA.org:kth-129554DiVA: diva2:652902
Note

QC 20140203

Available from: 2013-10-02 Created: 2013-10-02 Last updated: 2016-04-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publication at Elforsk

Authority records BETA

Gasch, Tobias

Search in DiVA

By author/editor
Gasch, TobiasMalm, RichardHassanzadeh, Manouchehr
By organisation
Concrete Structures
Infrastructure Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 489 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf