Masteroppgaven er skrevet i samarbeid med Norsk Treteknisk Institutt og er en del av forskningsprosjekt WEEE – Wood, Energy, Emissions and Experience. Den første delen av oppgaven er en vitenskapelig artikkel som ble levert inn til Den Internasjonale Bygningsfysikk Konferansen som ble holdt i Kyoto i mai 2012. Artikkelen ble fagfellevurdert og godkjent til konferansen. Den andre delen er en studie av det bygningsfysiske grunnlaget bak fukt- og varmetransport i innvendige overflater. Formålet med artikkelen var å undersøke i hvilken grad man kan benytte eksponerte treoverflater til å forbedre inneklimaet og samtidig spare energi ved å utnytte fuktbufring og effekten av latent varme. Formålet med den andre delen av oppgaven var å gi en innføring i det bygningsfysiske grunnlaget som inngår i beregninger av fukt- og varmeutveksling i en innvendig overflate, samt å bidra til økt forståelse for transportmekanismene og parameterne som inngår i beregningene i artikkelen.

This thesis is a feasibility study, with regards to aerodynamic stability, about the possibility of constructing a suspension bridge with a main span of 3700m over the Sogne Fjord in Norway. The design wind velocity for the Sogne Bridge is 64.2 m/s. A preliminary design is conducted to find the approximate dimensions for the bridge models with different cross sections. These bridges are then modeled in Abaqus in order to find the natural frequencies, vibration modes and mass properties. The key to calculating the critical velocity of the models is to include the aerodynamic derivatives of the cross sections. A Matlab program has the aerodynamic derivatives, natural frequencies, vibration modes and mass properties as input. With this information the program is able to calculate the multimode flutter velocity of the models. Also, a response calculation is executed in order to see how the different models behave under serviceability wind velocity. This gives a better picture of which models are most applicable. The results show that to apply a slotted box girder improves the flutter velocity, and all the models with this type of cross-section have a stability limit above the design velocity. For a single box girder, the structural measure of using a mono-cable instead of the traditional two-cable bridge geometry increases the critical wind velocity to above the design velocity. All the models satisfy the serviceability response requirements.

SammendragDeler av Sandnes sentrum hviler i dag på det som en gang var langfjære innerst i Gandsfjorden på sørvest- landet. Utfyllingshøyden er enkelte steder under én meter over dagens havnivå. På grunn av det lave bakkenivået er det ønskelig å se hvordan klimaforandringer med medfølgende økning i havnivå og regnintensitet påvirker Sandnes sentrum. I forbindelse med dette arbeidet er det utført beregninger og analyser med modelleringsprogrammet MIKE URBAN.Det var først nødvendig å beskrive hvilke faktorer som er bestemmende for klimaet i fremtiden. Ved å se på og sammenligne eksisterende litteratur på fagfeltet, ble det funnet at en fremtidig regnintensitetsøkning mellom 20 % og 60 %, samt en framtidig havnivåøkning på 78 cm, ikke er usannsynlig for år 2100. Det ble i tillegg tatt høyde for 20 cm middel spring høyvann i beregningene. Litteraturen viste en fremtidig stormfloøkning på 204 cm i Sandnes. Det ble så utviklet fire ulike scenarioer for å beskrive virkningene av klimaendringene. Først var det nødvendig å definere dagens situasjon for å få et sammenlikningsgrunnlag. Deretter ble det utarbeidet to fremtidsscenarioer for å beskrive år 2100. Begge har nedbør med returperiode på 20 år og havnivå på 98 cm, forskjellen er klimafaktorene på henholdsvis 1,2 og 1,6. Klimafaktorvalgene begrunnes ut fra ”beste” og ”verste” tilfelle for år 2100. Til slutt ble det tatt med et stormfloscenario for år 2100. Resultatet fra flomanalysen viser at det i dagens situasjon og fremtidsscenarioene oppstår oversvømmelser i Sandnes sentrum. Forskjellen mellom dagens situasjon og fremtidsscenarioene er likevel betydelig. Resultatene viser at havnivåstigningen vil gi en kapasitetsreduksjon på det eksisterende nettverket, spesielt nedstrøms i systemet. Det hydrauliske mottrykket som oppstår på grunn av økt havnivå i kombinasjon med økt regnintensitet, vil gi et økt i flomvolum. Kulverten nederst i Julie Eges gate viste eksempelvis en kapasitetsreduksjon på 25 % i fremtidsscenarioet med klimafaktor 1,6. Simuleringer utført i MIKE URBAN viste 217 kummer med oversvømmelse i dagens scenario, 318 og 399 kummer i fremtidens scenario med henholdsvis klimafaktor 1,2 og 1,6. Under stormfloscenariet var Sandnes sentrum helt oversvømt. Det ble også utført en overløpsanalyse for å kartlegge økningen i overløpsutslipp fra fellessystemer. To utvalgte overløp viste en økning på 103 % og 137 % ved en 60 % regnintensitetsøkning, men med samme regnvarighet som i førsituasjonen. I Julie Eges gate ble det utarbeidet et forslag til et gruntliggende overvannssystem. Det nye overvannssystemet skal supplere og avlaste det eksisterende systemet. Gaten er tiltenkt hevet til kt. 1,65 m, men det vil fortsatt eksistere et lavbrekk ved jernbaneundergangen i Julie Eges gate. Undergangen ligger på kt. 1,3 m. Det ble utarbeidet flere beregningseksempler med ulike dimensjoner og helninger. Resultatene viste at det nye systemet i kombinasjon med det eksiterende systemet hadde en kapasitet fra 266,5 l/s ved et rør på 400 mm og 1 ‰ til 406 l/s ved et rør på 800 mm og 1 ‰ før det oppstod oversvømmelse i lavbrekket. Beregningene ble utført for fremtidsscenarioet med klimafaktor 1,6. Dimensjonerende vannmengder for år 2100 ble beregnet til 1927 l/s. Ved å tillate en flom på 35 cm i lavbrekket økte kapasiteten til 742 l/s med et 800 mm rør og 1 ‰. På grunn av den lave helningen ble det vanskelig å innfri kravet om selvrens på selvfallssystemet, selv med eggeformede rørtverrsnitt. Da det ikke var mulig å håndtere de dimensjonerende vannmengdene med et selvfallssystem alene, ble det sett på muligheter for fordrøyning. Nødvendig fordrøyningsvolum ble beregnet til 1089 m3 for år 2100. Det ble det sett på muligheter for pumping fra lavbrekket i Julie Eges gate, direkte til sjøen. Det lar seg gjennomføre ved å tillate en liten flom i lavbrekket og betrakte lavbrekket som et fordrøyningsbasseng. Fra et beregningseksempel med pumping ble oversvømmelsen i lavbrekket kalkulert til 26 m3. Det tilsvarer en flom på 2,6 cm over 1000m2. Det siste tiltak er et isolert selvfallssystem som er dimensjonert for å håndtere vannmengdene nedfor Jernbanen i Julie Eges gate. De dimensjonerende vannmengdene ble beregnet til 598 l/s for år 2100. Et 800 mm rør med fall på 3 ‰ gir kapasitet på 751 l/s. Forutsetningen for dette tiltaket er at gateplanet må heves.Ved å anlegge grønne tak på byggene med flate tak i nedslagsfeltet til Julie Eges gate, vil man i følge beregningene redusere avrenningen med 14,4 %. Det er også sett på andre bærekraftige tiltak for å redusere og dempe vannmengdene. Tiltakene er hentet fra Peter Stahres bok ”Sustainability in Urban Storm Drainage” (Stahre 2006). Utfordringen for Sandnes kommune er infiltrasjonsmulighetene. Sandes sentrum ligger på utfyllingsmasser, mens områdene rundt ligger på tykke morenemasser. Disse sonene er ikke kartlagt, slik at muligheten for tiltak basert på infiltrasjon er usikre.

Hovedformålet med denne masteroppgaven er å finne hvilke(t) kritiske fuktforhold i treverk som er akseptable, ved lukking av høyisolerte bindingsverksvegger av tre. Dette er hovedsakelig undersøkt ved hjelp av to-dimensjonale fuktberegninger og et laboratorieforsøk. Det er også utført en litteraturstudie, der det er søkt å avdekke hva som er gjort av tidligere forskning på det aktuelle temaet. Det er i en svensk studie undersøkt hvilket fuktinnhold trestendere i yttervegger bør bygges inn med. Dette er undersøkt ved hjelp av to-dimensjonale fuktberegninger. Studien anbefaler generelt et fuktinnhold i treverk på 12,5 - 18,5 vekt-%, avhengig av veggens oppbygning. I en annen svensk studie ble det utført et laboratorieforsøk der bunnsviller og stendere ble oppfuktet. Det ble konkludert med at det er stor muggvekstrisiko knyttet til monterte bunnsviller og stendere, som blir utsatt for vannbad og/ eller regnpåvirkning. Ved kortvarig regn som tørker i løpet av en dag, vil det ikke være risiko for muggvekst. I andre publikasjoner fra Sverige er det blant annet funnet at type vindsperre har stor betydning for fuktnivået. Treverk i prefabrikkerte trehus, selv med raskt oppføring, blir utsatt for nedbør og temperaturforhold som kan medføre muggvekst.Fuktberegningene i denne masteroppgaven er uført som en parameterstudie. De ulike inngangsparameterne var startfuktinnhold, start beregning, uteklima, isolasjonstykkelse og vindsperreprodukt. Kritisk fuktforhold er videre vurdert ut fra når muggvekst eventuelt oppstår. Etter startfuktinnhold, er det type uteklima og start beregning som har størst betydning for fuktforholdene i bunnsvillene. Det kaldeste uteklimaet (Karasjok) og start beregning på vinteren (1. januar), gir de tregeste uttørkingsforholdene. Ut fra muggvekstanalysen gir de derimot de tryggeste forholdene med tanke på muggvekstrisiko. Det kan derfor tyde på at et høyere startfuktinnhold ved kaldt uteklima og bygging på vinteren kan være akseptabelt. Treverket nær vindsperren vil tørke raskere ved bruk av gipsplate sammenlignet med trefiberplate. Ved 150 mm isolasjon tørker bunnsvillene generelt raskere enn ved 400 mm. Ulike vindsperrer og isolasjonstykkelser gir likevel marginal forskjell i muggvekstanalysen. Ved høye startfuktinnhold, som 25 og 30 vekt-%, oppstår det muggvekst etter henholdsvis åtte og to uker med gunstige vekstforhold i de fleste beregningstilfellene. Det oppstår ikke muggvekst etter åtte uker ved lavere startfuktinnhold, som 18 og 20 vekt-%. I laboratorieforsøket i masteroppgaven er det studert fem bunnsviller med ulik oppfukting. Bunnsvillene ble bygget inn i en vegg med hel høyde. Fuktpåvirkningene etterlignet realistiske tilfeller fra byggeplass, og bunnsvillene ble derfor utsatt for vannbad og/ eller regnpåvirkning. Bunnsvillene tørket i fem dager etter de ble bygd inn i forsøksveggen. Deretter ble veggen isolert og lukket. Det ble foretatt målinger av fuktinnholdet i bunn- og toppsvillene i fire uker. Resultatene viser at bunnsviller som blir utsatt for simulert regn og vannbad i tre eller sju dager, er kritisk med tanke på muggvekst. Dette tilsvarer henholdsvis et startfuktinnhold på ca. 25 og 30 vekt-%, og muggvekst oppstår etter to uker med gunstige temperatur- og RF-forhold. Det oppstår ikke muggvekst i løpet av fire uker for bunnsviller som blir utsatt for lett regn i tre dager, eller som kun blir hygroskopisk oppfuktet. Slike vannpåvirkninger tilsvarer henholdsvis et startfuktinnhold på ca. 20 vekt-% og lavere enn 18 vekt-%. Det oppstår konveksjon i samtlige veggelementer, da toppsvillene får økt fuktinnhold etter lukking. På bakgrunn av resultatene er kritisk fuktinnhold i høyisolerte bindingsverksvegger ved isolering og lukking, anbefalt å være 20 vekt-% eller lavere. Det er imidlertid behov for å gjennomføre flere forsøk og beregninger, for å vurdere om en kan øke det anbefalte fuktinnholdet ved bygging på vinteren, samt i kalde uteklima. En kan i tillegg vurdere å senke kritisk fuktinnhold ved bruk av doble bunnsviller, men en bør i så fall utføre flere forsøk og beregninger.

Det er benyttet systemidentifikasjon for å verifisere Svinesundsbroas dynamiske egenskaper. Ti tøyningsinduserte tidsmålinger har blitt analysert for å kunne si noe om broas fire første egenfrekvenser, egenmoder og demping. resultatene for egenfrekvensene viste seg å være veldig stabile, mens for demping var usikkerheten stor. Samtidig ble det også modellert opp en elementmodell. Målet med denne modellen var å danne et best mulig bilde av den ekte broa. Måten det ble gjort på var å kalibrere modellen opp mot resultater fra analyse av tidsmålingene. Med de forenklinger som ble gjort, og de antagelsene som ble tatt, kom modellen akseptabelt nær den ekte broa.

SummaryRock Bolts, improved design and possibilitiesMaster thesis NTNU 2012Student : Capucine Thomas-LepineSupervisor : Leif LiaKey words : rock foundation, small concrete dam, rock mass classification, rock joints, shear strength of rock discontinuities, fully grouted passive rock bolts designMasters Thesis : “Rock bolts, improved design and possibilities” is a continuation from the Masters Thesis NTNU 2011 “Rock bolts in dams, expected capacity” by Lars Kristian Neby. Internationally, dam engineering focuses mainly on pre-stressed anchors in rehabilitation and improvement of stability of large dams, which is undergoing constant research in North America. Passive rock bolts are used in small concrete dam foundations to ensure sufficient stability against overturning moment from ice loads. This concerns the majority of dams in Norway, over 98% of whose electricity comes from hydropower developed over the last 100 years and still developing. Design is ruled by regulation from NVE (Norwegian water resources and energy directorate) published first in the 1980s, and regularly revised until the retroactive “Retningslinjer for betongdammer” in 2005. This design method for passive rock bolts is conservative with regards to rock capacity, as it is worldwide. The model, developed in the early age of rock bolt development in 1977 by Littlejohn and Bruce, considers the rock resistance as equivalent to the weight of the cone of rock around the bolt. Rock engineering has improved since, often with regards to underground engineering, which is not necessarily transposable to dam engineering. The inherent uncertainty in rock mass characterization slowed development of new design method for passive rock bolts. This is however of great interest in the Norwegian hydropower industry, and for applications to other civil engineering structural foundations. This thesis is meant to develop knowledge of qualitative and quantitative rock mechanisms in passive rock bolts in order to improve their design.The work is composed of three parts, as follows :A study on rock mass capacity and mechanisms in dam foundations, comes first. An empirical and quantitative estimation of rock mass strength with regards to recognized classification Q, RMR or GSI is proposed, based on Wyllie (1992) and results from Lars K. Neby. Full scale tests are then performed to the assess validity of empirical relationships developed in the first part between rock mass quality and rock bolt capacity (maximal tension load in pull out tests). 50 steel bolts with diameter 25mm and mortar grouted length 0.4m were pulled out with logging of strength and deformation in a rock quarry presenting various degrees of rock quality (RMR 40 to 80), representative of expected conditions for dam foundations. Rock quality was assessed for each bolt by laboratory testing (intact material properties) and rock mass characterization on site supplemented by core drilling or video inside hammer drilled holes. This program of tests was an improvement on the protocol developed and performed by Lars K. Neby on 18 bolts, whose results give the first relevant clues on parameters such as limit range of quality of rock (RMR>40), length of bolt (0.4m), maximal capacity (more than 20 tons, when conservative calculations assessed 0.2 tons). The results of testing confirm the relationships developed in a more statistical approach.Conclusions from these two parts lead to a proposition for a new design model, with a higher resistance contribution from the rock. The three modes of failure (rock, steel, grouting) are considered for ensuring resistance of a maximal stress of 180MPa (to avoid important deformations in the structure). Factors of safety and the range of validity in the rock mass condition for the proposed design are also considered. The thesis concludes with propositions for further works in order to :- Further extend the domain of validity of the proposed design.- Review methods of control of installed passive rock bolts.- Document and improve knowledge of load transfer mechanisms in passive rock bolts in dams.

Rapporten er en videreføring av en tidligere studentoppgave. I videreføring av arbeidet, er det sett på bakgrunnen for regler som gjelder for forankringsstenger med og uten fot. Forbindelser og bjelkeinnfestninger i betongkonstruksjoner utføres ofte med innstøpte forankringsstenger av stålbolter, armeringsstenger eller dybler påsveist eller boltet til en stålplate. Det er utført undersøkelse for stålinnstøpningsdetaljer i betong, i form av litteraturundersøkelse, oppstilling av beregningseksempler, sammenligning av regler, deltakelse i laboratorieforsøk, FE analyser og sammenligning av utvalgt geometrier og forbindelsesløsninger. Det er tatt utgangspunkt i tekniske spesifikasjonen CEN/TS i forbindelses med kapasitetsberegning. Det viser seg at CCD-metoden er mest korrekt for dybler med fot, men det er manglende regler for forankringsstenger uten fot. FE analysen gir en indikasjon på hvordan normal- og skjærkreftene fordeler seg i stålplaten og ut i betongen, og ser ut til å stemme godt overends med antatte teorier etter CEN/TS. Resultatene fra laboratorieforsøket med eksentrisk skjærbelastning av innstøpt stålplate med forankringsstenger uten fot viser at det er betongens strekkapasitet som er avgjørende for den totale kapasiteten til knutepunktet. Bruddet som oppstår er en kombinasjon av heft- og spaltebrudd i betong. Betongens kapasitetsformler i CEN/TS er konservative.

This master's thesis contains studies on moment capacity of fibre reinforced concrete in load-bearing structures. The primary focus has been testing of full scale beams with steel fibres, both with and without additional reinforcing bars. The properties of both the fresh and hardened concrete have also been studied and measured in accordance with current standards and regulations.The concrete used in the experiments was self compacting with a fibre content of 80 kg/m3 corresponding to 1 vol-% of the concrete.In addition to laboratory experiments, calculations were performed according to current guidelines for design of fibre reinforced structures to estimate the expected behaviour of the beams.The thesis also includes literature study focusing on the use of fibres in concrete, material composition, moment capacity and crack development of fibre reinforced concrete.

Oppgaven tar for seg Alabasterhallen i det nye Nasjonalmuseet på Vestbanen i Oslo. Dette er en utstillingshall som per dags dato er under prosjektering. Det er undersøkt hvordan en alternativ røykventilasjonsløsning vil fungere. Løsningen er arkitektønsket og består av 20 cm brede slisser i himling nær yttervegg som røyken skal bevege seg gjennom for deretter å trekkes videre ut av avtrekksluker eller -vifter i tak. Den alternative løsningen er vurdert opp mot en tradisjonell termisk røykventilasjonsløsning dimensjonert etter Melding HO-3/2000 Temaveiledning Røykventilasjon. Den tradisjonelle løsningen består kun av avtrekks- og tilluftsluker. Rapporten består av et litteraturstudie, en kvalitativ- og en kvantitativ analyse. Litteraturstudiet inkluderer teori om brannprosjektering, regelverk, røyk, røykventilasjon og CFD-simulering.I den kvalitative analysen er brannscenarioer fastsatt på bakgrunn av befaringer på museer, informasjon funnet gjennom litteraturstudiet og brann¬statistikk. To brann-scenarioer ble valgt for videre kvantitativ analyse.I den kvantitative analysen er den alternative røykventilasjonsløsningen vurdert ved bruk av CFD-programmet FDS. Det er også foretatt en evakueringssimulering i Pathfinder. Dette er gjort for å kunne sammenligne nødvendig rømningstid, funnet i Pathfinder, med tilgjengelig rømningstid funnet fra brannsimuleringene.De ulike røykventilasjonsløsningene er sammenlignet med hverandre, og i tillegg vurdert opp mot tålegrenser for evakuering gitt i NS 3901:1998 Risikoanalyse av brann i byggverk og HO-meldingen.Følgende anbefalinger er gitt i oppgaven:- Alternativ røykventilasjonsløsning med slisser, avtrekksvifter i tak og tilluftsvifter i fasade bør benyttes i Alabasterhallen.- Det bør benyttes røykskjermer som er dimensjonert for å hindre at røyken synker og spres på undersiden av skjermene, og som kan aktiveres avhengig av brannens plassering.- Det bør benyttes røykseksjonering over himling for å unngå at røyken sprer seg på oversiden og trekker ned i de andre delene av hallen. Dette vil også kunne hindre sotlegging av hele himlingen.

Reforcetech AS is about to develop, and has just started, the manufacturing of basalt fibres for reinforcing concrete structures. Contrary to steel bars, the basalt reinforcement is non-corrosive, non-conductive, and non-magnetic. Basalt fibres can be delivered both as reinforcement bars and as fibre reinforcement, known as Minibars. This report evaluates the use of both basalt rods and basalt fibres in load carrying concrete beams. As a part of this report, six beams were tested; three pairs with different reinforcement setup. The first pair was lightly reinforced with three Ø10,1 bars as longitudinal reinforcement. The second pair was similar to the first, but with 0,75 vol% added basalt fibres. The third, and last pair, was more heavily reinforced; seven reinforcement bars and 0,75 vol% added basalt fibres. All beams had dimensions of 200x300x4000 mm. With this setup, the effects of basalt fibres could be examined as well as the influence of an increased reinforcement area. The test results were compared to available design rules.