FE-analys av sprickvidder i ung betong på grund av tvång

• Main Authors: Lagesson, Martin, Hägerstrand, Anton
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Byggteknik och design 2017
• Subjects: Temperature cracking; Early age concrete; restraint; Finite Element Modelling; Atena; Temperatursprickor; Ung betong; Tvång; FE-modellering; Construction Management; Byggproduktion
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-215104

Betong är ett av våra idag absolut viktigaste och vanligaste byggnadsmaterial. Betong har väldigt låg draghållfasthet och på grund av detta spricker betongkonstruktioner oftast. Att helt förhindra att betong spricker är svårt och ofta kostsamt istället ställs krav för hur vida sprickorna får vara. Sprickviddsbegränsning görs genom att konstruktionerna armeras. Detta examensarbete granskar uppkomsten av sprickor i ung betong (ålder lägre än 28 dygn) som orsakas av förhindrad rörelse. Rörelser som förhindras kallas för tvång. När betongkonstruktioner utsätts för tvång uppstår spänningar i betongen. Dessa spänningar kan leda till sprickor. Tvångsfallet som studerats är när en ny betongvägg gjuts mot en platta av betong som redan uppnått dimensionerad hållfasthet. Examensarbetet fokuserar på tvångsspänningar som uppstår på grund av den värmeutveckling som sker när betong hårdnar samt uttorkningen som sker efter formrivning. I arbetet har 3D modeller i FE-programmet Atena arbetats fram. Dessa modeller simulerar fuktutvecklingen, värmeutvecklingen och avkylningen som sker under betongens hårdnande. De beräknar även de spänningar och sprickor som uppstår på grund av tvånget som uppstår mellan den nygjutna väggen och den befintliga plattan. Det finns sedan tidigare arbeten som studerat dessa fenomen men de har enbart modellerats som 2D problem. Ett antal fall med olika randvillkor har upprättats för att jämföras och nå en sprickbild som stämmer med verkligheten. Att begränsa sprickvidder är viktigt eftersom de påverkar betongens hållfasthet och livslängd. Hur breda sprickor blir är extra viktigt i täta konstruktioner, som exempelvis vattenmagasin. Vida sprickor leder till läckage, försämrad hållfasthet och livslängd. Rapporten tar upp regler från Eurokod gällande hur täta konstruktioner ska konstrueras. En handberäkningsmall för beräkning av sprickvidder orsakade av tvång har skapats. Denna mall har baserats på Eurokods regelverk. Då Eurokod saknar metod för att beräkna värmeutveckling har detta gjorts separat i FE-programmet ConTeSt R&D, som är utvecklat för att specifikt beräkna värme i ett 2D-tvärsnitt. Syftet med arbetet är att ta fram en fungerande metod för att modellera uppkomsten av sprickbildning orsakad av tvångsspänningar. Resultaten från FE-modelleringen ska jämföras med de resultat som fås från handberäkningar enligt eurokodmetoden. Rapporten visar att det är möjligt att simulera en förväntad utveckling i spänningar och sprickor, men åstadkommer ingen generell modell då rapportens lösningen är fallspecifik. Eftersom vi enbart nått fallspecifika lösningar och inga generella metoder har det inte gått att göra någon jämförelse mellan handberäkningar och sprickmodellering i Atena. === Concrete is one of the most important and common building materials today. Concrete has very low tensile strength and because of this some amount of cracking is to be expected. Completely preventing cracking in concrete is complicated and costly. This report examines cracks in concrete caused by restraint. When the natural movement in a construction is restrained this will cause stress. This stress might lead to cracking. This report examines cracks that appear in concrete that has yet to reach its full tensile strength. The case that is being studied is that of a new wall that is cast on a slab that has reached full maturity. The report focuses on stresses that appear because of the heat production during hardening, as well as the drying that occurs after the cast is removed. For this purpose 3D models in the finite element software application Atena have been developed. These models simulate the heat and moisture development as well as the cooling that will occur during the hardening of the concrete. These models are also used to simulate the stress and cracking that will occur because of the relationship between the newly cast wall and the slab in place. Studies have previously been published based on this subject, but only in a 2D context where the shrinkage is applied as a boundary condition. A number of cases with varying boundary conditions have been compared in order to reach a crack pattern that corresponds to actual behavior. Reducing crack widths is important as they affect the strength as well as the lifetime of the concrete. The width of cracks that appear is even more important in constructions that need to be impermeable, for example water containers. Wide cracks are a cause of leakage, as well as reduced strength and longevity. The study looks at rules from Eurocode for designing impermeable structures. A template for calculating crack widths has been produced. This template is based on the Eurocode rule set. Since Eurocode is lacking any formulas to calculate heat development this has been done in the FE-software ConTeSt R&D, which is specifically designed to calculate heat development in a 2D section. The purpose of the study is to achieve a working model for the simulation of crack widths due to restraint. These results are to be compared to the results of the Eurocode calculations. The study shows that we are able to simulate an expected development in stresses and cracks, but does not result in a general model as the solution becomes specific to the case. As we have only achieved case specific solutions and no general method we have been unable to compare modelled results with manually calculated results.