Tillgången av skog har gjort att vi i Sverige har en god tradition av att bygga med trä. 1994 blev det igen tillåtet att bygga hus högre än två våningar vilket lett till att intresset för trä som konstruktionsmaterial har ökat på senare år. Trä är ett förnybart material vilket gör det till ett högst intressant material i klimatomställningen. Dock har trä sina begränsningar i sina akustiska, brand- och fukttekniska egenskaper. Trä som stommaterial till bjälklag har heller inte setts som tillräckligt starkt för att kunna byggas med längre spännvidder då det oftast är nedböjningen som blir begränsande. I det här examensarbetet kommer samverkansbjälklag med KL-trä och betong att studeras för att hitta dess för- och nackdelar samt kontrollera om det är möjligt att nå längre spännvidder. För att åstadkomma samverkan mellan KL-träskivan och betongen används skjuvförbindare. I analysen har en typ av skruvförbindare använts; SFS Intec VB screw. Sexton olika bjälklagskombinationer med olika dimensioner och kvaliteter beräknats för hand och sedan kontrollerats i finita element-program, FEM-design. Vid handberäkningar har 𝛾 -metoden från Eurokod 5 använts för att beräkna samverkansgraden mellan materialen. Studien visar att samverkansbjälklag med KL-trä och betong har goda egenskaper för att klara akustiska och brandtekniska krav och är även lämpligt för längre spännvidder i jämförelse med bjälklag i endast KL-trä. / The availability of forest has meant that we in Sweden have a good tradition of building with wood. In 1994, there was allowed again to build houses higher than two floors, which has in recent years led to an increase of interest in wood as a construction material. Wood is a renewable material, which makes it a highly interesting material in climate change. However, wood has its limitations in its acoustic, fire- and moisture technical properties. Wood as a frame material for joists has also not been seen as strong enough to be able to be built with longer spans, as it is usually the deflection that becomes limiting. In this degree project composite joist with CLT (Cross Laminated Timber) and concrete will be studied to find its advantages, disadvantages and check if it is possible to reach longer spans. To achieve cooperation between the CLT and the concrete, shear connectors are used. In the analysis, one type of screw connector has been used; SFS Intec VB screw. Sixteen different joist combinations with different dimensions and qualities calculated by hand and then checked in finite element software, FEM design. In hand calculations, the 𝛾-method from Eurocode 5 has been used to calculate the degree of interaction between the materials. The study shows that composite joist with CLT andconcrete have good properties to meet acoustic and fire engineering requirements and are also suitable for longer spans in comparison with joists made only from CLT. / <p>2023-07-11</p>

The increased amount of traffic combined with higher traffic loads leads to many existing bridges needing strengthening in the future to ensure their expected lifespan. This means the bridge owners will be focusing more on strengthening projects and smart solutions will be crucial for preserving a healthy bridge stock. When strengthening existing non-composite bridges (with steel girder and concrete deck) one potential method is to achieve composite action by installing shear connectors. The post-installed shear connectors prevent slip between the steel girders and the concrete. The composite action will reduce bending stresses and deflection of the bridge, due to the increase in moment of inertia and relocation of the neutral axis. Different types of shear connectors can be used for achieving composite action and each type of connector has its own installation method. The biggest distinction between the methods is how the connectors gain access to the steel girder for installation and what technique is used when installing them. This thesis presents the theory behind composite action, the current methods used for achieving composite action on existing bridges and to what extent a bridge can be strengthened by composite action. The thesis also provides a status of the existing road bridge stock around the world. The four case studies examined in this thesis have used different post-installed shear connectors to manage different strengthening problems like weight restriction, fatigue life of shear connectors and a unique problem on the Pitsund Bridge where loud bangs appeared from the bridge when truck passed in the morning. For the case study on the Pitsund Bridge an interview was conducted that explains the entire procedure of the project, from the noise problem to how the installation of coiled spring pins was performed. The bridge over Lule River at Akkatsfallen consists of two steel girders and a concrete deck. This bridge is chosen as a real case study to determine to what extent a bridge can increase its capacity by achieving composite action. The calculations are performed in accordance with the Eurocodes on both non- and full-composite action and the result is compared to the other case studies.

Byggbranschen har som alla branscher en önskan att minska sin klimatpåverkan. Genom att ersätta betongbjälklag med samverkansbjälklag kan cementanvändningen minskas. För att kunna ha stora spännvidder är det nödvändigt att de ingående materialen samverkar i så stor grad som möjligt. Här är förbindaren en viktig komponent då styvheten i förbindaren är en viktig faktor för att öka graden av samverkan. Syftet med denna rapport är att undersöka deformationsegenskaperna hos förbindare i trä och betong. Ökad kunskap inom detta område kan leda till bättre förutsättningar att dimensionera samverkansbjälklag samt andra trä- och betongkonstruktioner. Beräkningsmodeller för flytledens läge baserades på Johansens teorier samt teorierna för balk på elastiskt underlag. Tryckprover utfördes med flera olika förbindare i både trä och betong för att ta reda på bäddmodul och bäddhållfasthet. Dragprover utfördes på samtliga av dessa förbindare för att fastställa sträckgränsen av varje enskild förbindare. För att styrka omberäkningsmodellerna uppvisade korrekta resultat böjdeformerades förbindare förankrade i provkroppar av betong och trä. Provkropparna delades och en flytled mättes ut på två olika sätt för varje provkropp. De nödvändiga materialparametrarna tillämpades sedan i beräkningsmodellerna och kontrollerades med de utmätta flytlederna. Resultaten från provningar och beräkningar tyder på att Johansens teorier fungerar bra i brottgränstillstånd samt att spänningsfördelningen då ter sig som en jämnt utbredd fördelning. Då materialen fortfarande är elastiska fungerar teorin om elastiskt underlag bra och spänningsfördelningen ter sig då triangulärt. Proverna tyder även på att träets bäddhållfasthet och bäddmodul påverkas beroende på om förbindaren är spetsig eller trubbig. / Just as other industries, the construction industry wishes to reduce its climate impact. By replacing traditional concrete flooring with composite action flooring, the used amount of cement can be reduced. To be able to reach longer spans it is necessary that the composite action between the components is as high as possible. The stiffness of the fastener is one crucial factor that has a large impact on the composite action. The purpose of this report is to examine the deformation properties of the connectors when fastened in wood and concrete, respectively. Increased knowledge in this area may lead to more efficient ways of designing composite action constructions. In this report, the location of the yield hinge was determined with models based on Johansens theories for nails in wooden structures as well as the theory of beams on elastic foundations. Compression tests were performed on several different connectors in concrete and wood to determine the foundation modulus and embedment strength. Tensile tests were performed on the same type of fasteners to determine the yield strength of each connector. Bending-tests on specimens made of wood and concrete with connectors anchored to them was used to verify if the calculation-models displayed a correct result. The specimens were then split in half and the location of the yield hinge was measured in two different ways. The necessary characteristics acquired from the tests were afterwards used in the calculations and compared to the obtained yield hinge. The results from the performed tests and calculations show that Johansens theories are applicable in ultimate limit state. They also show that when within ultimate limit state, the stress distribution in the material tends to be evenly distributed. The theory of beam on elastic foundation tends to work well when all materials are still acting linear-elastic. When this is the case, the stress distribution seems to be triangular. The results also show that whether the fastener is sharpened or not has an influence on the embedment strength as well as the foundation modulus of the wood.

For bridges to cope with increased requirements such as increased loads, strengthening work can be carried out. In cases where older steel-concrete bridges do not have a composite action, an alternative is to create composite-action to achieve a higher flexural strength. It is introduced by post-installing shear connectors. There are many different alternatives of shear connectors that can be used, hence a number that can be installed from below the bridge to minimize the impact on the traffic. Coiled Spring Pins are of the interference fit type connector and are put in place from below the bridge by first drilling a hole upward through the upper steel flange and then into the concrete slab. Then, the spiral bolt is pushed up into the drilled hole by means of a hydraulic hammer. Using data from push-out tests and non-linear material models for steel and concrete, a non-linear finite element analysis was created using the commercial finite element software Abaqus. The analysis is based on dimensions and load cases that will mimic a planned full-scale beam test that will be carried out later in 2019. To verify that the material and the model behave in a realistic manner, an analysis was initially performed on a beam without composite-action, and a full-composite action beam with infinitely rigid connectors. These were then compared with hand calculations according to Eurocode. When the material models were verified, it is seen that the materials steel and concrete work for themselves in the analysis without composite-action and together in the analysis with full composite-action. The data for the spiral bolts is than defined instead of infinitely rigid connectors and new analyzes were performed to see the effect of the coiled spring pins properties. The results show that a significant increase in the point load in the middle of the beam can take place before failure occurs after installation of this type of shear connector. Already at a low number of connectors and a low shear connection-ratio, a significant increase in the flexural strength is seen in the beam. By using partial-composite action, with a lower number of spiral bolts, a significant higher flexural strength can be achieved in an economical way. / När kraven på att broar ska klara av ökade laster, kan förstärkningsarbeten utföras. I de fall där äldre stål-betongbroar saknar samverkanseffekt, är det ett alternativ att inför samverkan för att uppnå en högre böj-hållfastighet. Det införs genom att man installerar skjuvförbindare i efterhand. Det finns många olika alternativ av skjuvförbindare som kan användas, därav ett antal som går att installera underifrån bron för att minimera påverkan på trafiken. Spiralbultar (Coiled Spring Pins) är av typen presspassnings-förbindare och sätts på plats underifrån bron genom att det först borras ett hål uppåt genom övre stålflänsen och sedan upp i betongplattan. Därefter pressas spiralbulten upp i det borrade hålet med hjälp av en hydraulisk hammare. Med hjälp av data ifrån push-out-tester samt icke-linjära material modeller för stål och betong, skapades en icke-linjär analys i det finita element metods programmet Abaqus. Analysen är uppbyggd med dimensioner och lastfall som ska efterlikna ett planerat full-skaligt balktest som kommer utföras under 2019. För att verifiera att materialet och modellen beter sig realistiskt, utförs en analys på en balk utan samverkan, samt en full-samverkans balk med oändligt styva förbindare. Dessa jämförs sedan med handberäkningar enligt Eurokod. När materialmodellerna var verifierade sågs det att materialen stål och betong arbetar för sig själva i analysen utan samverkan och tillsammans i analysen med full-samverkan. Data för spiralbultarna lades sedan in istället för oändligt styva förbindare och nya analyser utförs för att se påverkan av spiralbultarnas egenskaper. Resultaten visade att en betydande ökning av punklasten i mitten av balken kan ske innan brott uppstår vid installation i efterhand av denna typen skjuvförbindare. Redan vid ett lågt antal förbindare och ett lågt skjuv-förhållande ses en betydande ökning av böj-hållfastigheten i balken. Genom att använda delvis-samverkan med ett lägre antal spiralbultar kan man på ett ekonomiskt sätt uppnå en betydligt högre böj-hållfasthet.

Purpose: The purpose of this study was to investigate whether timber-concrete composite (TCC) floors made of a CLT-deck and casted concrete could be used as a method for increasing the use of wood as a building material. Method: The methods used in this degree project were a literature study, in which a number of laws of construction and different connector systems were studied, as well as an experiment consisting of bending tests on CLT-decks with casted concrete where SFS VB-screws were used as shear connectors. Results: The TCC-beams in the experiment behaved as expected and went to bending failure. The beams displayed an almost invisible slip between the materials despite the low composite action of 40,2 %. In addition, the beams had a higher bending stiffness on average than CLT-beams of the same height would have. Conclusions: Compared to floors made entirely of wood, TCC-floors with CLT add extra mass, stiffness, and better acoustic properties to the construction while maintaining a low floor height. The three main types of connectors used in TCC floors are mechanical, notched and glued-in connectors, where the latter two generates higher composite action and stiffness. Adhesive connection is another method with great potential, but there is still more research needed for this type of connection to be used.

No description available.