Post-tensioned stress ribbon systems in long-span roofs : Case study: Västerås Travel Center

• Main Authors: Ahmed, Samih, Minchot, Guayente
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Betongbyggnad 2018
• Subjects: cable suspended; stress ribbon; roof structure; post-tensioned concrete; SAP2000; Civil Engineering; Samhällsbyggnadsteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-230898

The stress ribbon system has numerous advantages, that includes but are not limitedto: increasing overall stiffness, control deflections and reduction of materialsconsumption, which in turn, reduces the load and the cost. Nevertheless, its use isusually limited to bridges, in particular, pedestrian bridges; this can be attributedto the insufficient space that buildings’ usually have for end supports, or/and backstayedcables, that can accommodate the expected high pull-out forces occuring atthe cables’ ends. In this work, the roof of Västerås Travel Center, which will become one of the longestcable suspended roofs in the world, was chosen as a case study. The aim was toinvestigate the optimal technique to model the post-tensioned stress ribbon systemfor the roof structure using SAP2000, and to assess any possible reduction in thepull-out forces, deflections and concrete stresses. Subsequently, a conventional cablesuspended roof was simulated, using SAP2000, and compared to the post-tensionstress ribbon system in order to examine the potential of the latter. Moreover,the effects of temperature loads and support movements on the final design loadswere examined. Based on the study, a few practical recommendations concerningthe construction method and the iterative design process, required to meet thearchitectural geometrical demands, are stated by the authors. The results showed that the post-tensioned stress ribbon system reduces the concretestresses, overall deflections, and more importantly, reduces the pull-out forces by upto 16%, which substantially reduces the design forces for the support structures.The magnitude of these reductions was found to be highly correlated to the appliedprestressing force, making the size of the prestressing force a key factor in the design. === Konstruktioner med spännbandsystem bestående av bärande huvudkablar medpålagda plattor, ofta av betong, har många fördelar. Dessa fördelar inkluderarmen begränsas inte till ökad totalt styvhet, kontrollerade nedböjningar och reduceradmaterialförbrukning, vilket minskar lasten och kostnaden. Deras användningär dock vanligen begränsad till broar, särskilt gång- och cykelbroar, där det finnsutrymme för att förankra de höga utdragskrafterna från huvudkablarna. Motsvarandeutrymme finns sällan i byggnader. I det föreliggande arbetet har taket till Västerås Resecentrum valts ut som studieobjekt.Taket kommer att bli ett av väldens längsta kabelburna takkonstruktion.Syftet är att undersöka den optimala tekniken för att modellera ett efterspänt spännbandsystemför taket med hjälp av FE-programmet SAP2000 och att bedöma eventuellaminskningar på utdragskrafter, nedböjningar och betongspänningar. Däreftermodellerades en konventionell kabelburen takkonstruktion med SAP2000, och detjämfördes med det efterspända spännbandsystemet för att undersöka fördelarna avdet sistnämnda. Dessutom har effekten av temperaturlasten och upplagsrörelserundersökts på den slutliga modellen. Slutligen ges några praktiska rekommendationerom byggteknik och en iterativ dimensioneringsprocess som är nödvändig förarkitekturgestaltning och dess krav på geometri. Resultaten visar att det efterspända spännbandsystemet gav lägre betongspänningar,mindre totaltnedböjning, och ännu viktigare, mindre utdragskrafter. Krafterna minskade16%, vilket gav en minskning av konstruktionens horisontella upplagsreaktion.Storleken på reduktionen var direkt proportionell mot spännkraften, så förspänningär en nyckelfaktor vid dimensioneringen.