Lic.-avh. Luleå : Luleå tekniska univ., 2008. / Härtill 4 uppsatser.

This report is about the shear force design of reinforced concrete according to Europe’s common dimension rules, Eurocode. The purpose is to describe the calculation procedure and the background to the formulas and expressions that occurs. Furthermore results from different calculation methods (hand calculations and computer calculations) will be compared to see how they differ. The goal with this is to go through the parts of Eurocode dealing with shear force and that this will lead to a clear review of these. You should also be able to see how results and the calculation procedure differ between different calculation methods. The reason of that is to see if it, in some cases, can be worth to spend some more time on calculations by hand. By the report you can see that, in many cases, the calculations made by hand leads to a smaller amount of shear reinforcement than the calculations in the computer programs. It may therefore be worth to calculate some designs by hand, especially since there was quite a difference in some cases. This is of course a judgment that has to be made for every single case by its own, since it takes considerably longer time to calculate a construction by hand than in a computer program.

Byggnader uppförda i armerad betong har en lång livslängd, vilket kan medföra att samhället ställer andra krav på utformning och användning under byggnadens livslängd. Detta medför att håltagningar kan krävas för att uppfylla samhällets behov, då det inte är hållbart att riva och bygga nytt. Vid en håltagning minskar dock elementets bärförmåga, vilket medför att sprickor kan uppstå som kan leda till brott i konstruktionen. För att undvika brott i konstruktionen kan den behöva förstärkas. Syftet med arbetet är att, med hjälp av StruSoft FEM-Design 3D Structure (FEM), undersöka om en befintlig vägg i armerad betong behöver förstärkas vid håltagning, samt undersöka hur väggen reagerar vid olika förstärkningar i stål med avseende på utnyttjandegrad, nedböjning och spänning. Arbetet omfattade en given byggnad, kallad “referensbyggnaden”, från ett projekt ägt av Byggkonstruktören AB. Den bärande väggen som i det här arbetet har studerats, vilar på två stöd, vilket innebär att väggen betraktas som en hög balk. Förstärkningsmetoderna för sådana öppningar omfattar vanligen ramförstärkning eller ökning av väggens tvärsnitt. Detta arbete har riktat in sig på förstärkning med stål eftersom det är en beprövad metod. Metoden för arbetet var modellering i FEM. FEM är ett program som används för modellering, analys samt dimensionering av bärande element i byggnader. I FEM baseras dimensionering på Eurokod med nationella tillägg. En modell modellerades utifrån referensbyggnaden, analyserades samt dimensionerades. Väggen fick en utnyttjandegrad på 97% innan håltagning och en utnyttjandegrad på 223% efter håltagning. Väggen behövde därmed förstärkas. Arbetet resulterade i fem förstärkningslösningar i stål med en utnyttjandegrad mellan 81–97%. Skillnaden i nedböjning och spänning för förstärkningslösningarna var små och bör därför inte påverka valet av förstärkningslösning. Den största skillnaden mellan de olika förstärkningslösningar är vikten av stålet som omfattar förstärkningen, vilken varierar mellan 337–1305 kg, detta bör beaktas vid val av förstärkning för ett hållbart byggande.

Fyrpålsfundament har traditionellt utförts med uppbockad jämnt fördelad rutarmering. Efter införandet av de europeiska konstruktionsreglerna, Eurokoderna, rekommenderas att en fackverksmodell tillämpas vid dimensionering av pålfundament. Normalt appliceras en fackverksmodell med trycksträvor som går från pelare ut till respektive påle och med dragband mellan pålarna. Armeringen utförs som slutna slingor koncentrerat mellan pålarna. Entreprenör föredrar den jämnt fördelade rutarmeringen då utförandet av den armerade betongplattan underlättas. I det här examensarbetet undersöks en alternativ fackverksmodell som förväntas ge en spänningsbild som motiverar en jämnare utbredd armering i betongplattans underkant samtidigt som alla dimensioneringskrav i brottgränstillstånd är uppfyllda. Vidare jämförs den upprättade fackverksmodellen med traditionellt använda beräkningsmodeller. Studien innefattar en FE-analys av ett fyrpålsfundament som modelleras med olika armeringsfördelning. Fördelningen av armeringen är framtagen ur analytiska beräkningar baserade på tre olika beräkningsmodeller: ny upprättad fackverksmodell, traditionell fackverksmodell och modell baserad på klassisk balkteori. Erhållna resultat visar på att alla tre beräkningsmodellerna kan med framgång tillämpas vid dimensionering av pålfundament i brottgränstillstånd. Studien bör betraktas som en initial undersökning där nästa steg är att verifiera erhållna resultat från FE-analys med provningar på pålfundamentet.

I Stockholm har det byggts busshållplatser med betongbeläggning sedan 1990-talet. Olika typer av betongbeläggning har använts. Då brister eller skador har uppstått har nya konstruktionslösningar testats. Därför förekommer olika lösningar i Stockholm idag. Målet med detta examensarbete är att identifiera de vanligaste förekommande skadorna på busshållplatser med betongbeläggning samt orsaker bakom skadorna. En skadeinventering genomfördes inom ett avgränsat geografiskt område. Skadeinventeringen utfördes genom en okulär kontroll av olika hållplatser. Även kontroll av trafikmängd och geologin i området utfördes, för att se om det finns något samband med skadorna. Efter skadeinventering har busshållplatserna kategoriserats efter beläggningarnas yttre utseende: Betongbeläggning med eller utan fogar och cementstabiliserad asfalt. Resultaten visade att den vanligaste skadan på både betongbeläggning med och utan fogar var fogskador. På cementstabiliserad asfalt var den vanligaste skadan kantsprickor. Vid jämförelse av jordart mot antal skador visade att betongbeläggning med fogar, utan fogar och cementstabiliserad asfalt har flest skador vid lera. Inga klara samband har kunnat kopplas till antalet skador och trafikmängd på hållplatserna. Slutsatsen är att det behövs en grundligare undersökning exempelvis där en skadad hållplats rivs och analyseras mer noggrant för att undersöka vad skadorna kan bero på.

The purpose of this study was to investigate the properties of steel fibre reinforced concrete and its design models in relation to conventional reinforced concrete from a mechanical, economical and ergonomic perspective. Design examples were also presented for beams and slabs-on-ground for their shear and moment capacity. For this reason, both bending tests and design calculations were performed to help compare the different reinforcing methods. The bending tests were performed on seven beams where three were conventional and four were reinforced with steel fibre. Half of the steel fibre beams were reinforced with 1 % of the volume amount while the other half contained 1.5 %. The design examples were all according to the new Swedish standard for fibre concrete, SS 812310: 2014 and the European standard for concrete structures, Eurocode 2. Examples of shear capacity in relation to the bending tests were given. This thesis also included design examples of moment capacity for slab-on-ground to show its wide area of use. According to the performed bending tests, it showed that beams reinforced with 1% and 1.5% steel fibres could effectively handle shear forces. In comparison to the conventional reinforced beams, the steel fibre beams had an increased shear capacity with a minimum of 20%.  The bending tests and the design calculations showed that steel fibres can replace stirrups as shear reinforcement. Clear ergonomic and economic benefits of reinforcing with steel fibres were shown. Handling of conventional reinforcement was physically stressful as opposed to the shorter casting process that came with steel fibre reinforcement which contributed to a better working environment.

Klimatförändringarna påverkar världen negativt. År 2015 togs Parisavtalet fram för att bekämpa klimatkrisen, vilket resulterade i större krav på byggnadssektorn. Byggnadssektorn står för en stor del av både den totala energianvändningen och energirelaterade utsläpp av växthusgaser. Dessa måste minskas för att kunna uppnå de miljökrav som definieras i Parisavtalet. Korslimmat trä, även kallat KL-trä, är ett konstruktionsmaterial på marknaden som främjar för ett hållbart byggande jämfört med det nuvarande dominerande materialet betong.  Syftet med forskningen är att redogöra för skillnaden mellan väggar av armerad betong och KL-trä. Studien har framtagits genom ett experiment där modelleringsprogrammet StruSoft FEM-design användes för att modellera, dimensionera och analysera en referensbyggnad placerad på Gävle Strand i Gävle. Fokuset ligger på hur materialen förhåller sig som ett bärande material och dess skillnad. Forskningen tar inte hänsyn till energi, fukt-, ljud- eller brandkrav. Analys av de båda materialen visar att betongen har fördelar, speciellt gällande nedböjning och tjocklek. Resultatet för KL-trä visar att det är möjligt att bygga ett flervåningshus. Däremot kan det kräva högre dimensioner och ger större nedböjning jämfört med betong. Resultatet visar att ytterväggarna av KL-trä behöver vara 80 mm tjockare än betongväggarna och nedböjningen är i det värsta fallet 4,8 mm för KL-trä respektive 1,8 mm för betong. Resultatet visar att den totala vikten för byggnaden med väggar av KL-trä är 74 % av den totala vikten för byggnaden med betongväggar. Vikten för en byggnad med väggar av KL-trä har stora fördelar och gynnar miljön och är tack vare av dess låga vikt enklare att arbete med. Då KL-trä är det bättre alternativet för miljön bör fler byggherrar ha i åtanke att använda lösningar med trä som stomme för att främja ett hållbart byggande. / Climate change has a negative impact on the world. In the year 2015, the Paris agreement was presented to fight the climate crisis, which put greater demands on the construction sector. The construction sector accounts for a large part of both total energy use and energy-related greenhouse gas emissions, which must be reduced to meet the environmental requirements defined in the Paris Agreement. Cross-laminated timber, also known as CLT, is a construction material on the market that promotes sustainable construction compared to the currently dominating material concrete since the climate footprint for wood materials is less. The purpose of this research is to specify the difference between CLT and concrete walls. The study was developed through an experiment where the modeling program StruSoft FEM design was used to model, design, and analyze a reference building located at Gävle strand in Gävle. The focus is on how these structural materials behave as load-carrying elements and their differences. The research does not take energy, moisture, sound, or fire requirements into account. Analysis of both materials shows that concrete has advantages, especially regarding deflection and thickness. The results of CLT show that it is possible to build a multi-story house. However, CLT requires larger dimensions and gives greater deflections compared to concrete. The results show that the external walls need an 80 mm greater thickness than the concrete walls and the translational displacement is in the worst case 4,8 mm for CLT respective 1,8 mm for concrete. The results show that the total weight of the building with walls of CLT is 74 % of the total weight of the building with concrete walls. The weight of a building with CLT walls has great advantages and benefits both the environment and because of the lighter weight easier to work with. Since CLT is the better alternative for the environment, more builders should keep in mind to look at solutions with wood as a skeleton to promote sustainable construction.

Introduktion (och syfte) – Klimatfrågan har den senaste tiden blivit större ochviktigare att belysa än någonsin. KL-trä har inte använts som konstruktionsmaterial likalänge som betong och är också mindre använt idag. Forskning visar att framställningenav betong bidrar till mer utsläpp av växthusgaser och vidare mer koldioxidekvivalenterän den av KL-trä. Det ställs allt högre krav på byggföretagen när det kommer tillklimatfrågan, någonting som i framtiden kan få dem att tänka annorlunda kring val avkonstruktionsmaterial. Rapporten syftar till att öka kunskapen om skillnader i kostnad,monteringstid och utsläpp av koldioxidekvivalenter för att byggaktörer ska få en bättrehelhetsbild över för- och nackdelar med de båda konstruktionsmaterialen. Metod – Studiens mål uppnås genom en kvantitativ fallstudie. Den metod som använtsär dokumentstudie där referensobjekt analyseras. Erhållen empiri analyseras och ställssedan mellan de två konstruktionsmaterialen för att besvara studiens frågeställningar. Resultat – Resultatet i fallstudien visar att armerad betong bidrar till mer utsläpp avväxthusgaser och ungefär 125 ton mer koldioxidekvivalenter än KL-trä. Beräknatexklusive klimatnyttan i LCA modulens produktionsskede, A1-A3. Om klimatnyttantas i beaktning släpper konstruktionen i betong ut 408 ton mer CO2e. Det tar 2 gångerså lång tid att uppföra ett bärande system i KL-trä än armerad betong. För ett jämförbartoch generaliserat resultat av utsläppen av koldioxidekvivalenter beräknades dessa till47 kg CO2e per kvadratmeter boarea för KL-trä, respektive 208 kg CO2e perkvadratmeter boarea för armerad betong. Den totala kostnaden för en bärande stommeav armerad betong uppgår till 2 714 000 kronor och en bärande stomme av KL-trä blir3 850 000 kronor, i det studerade fallet. Analys – Beroende på om företaget prioriterar klimatpåverkan vid uppförande avstommen främjar KL-träet användandet. Om prioriteringarna i stället ligger kringkostnad och livslängd för ett projekt, blir betong det mer fördelaktigakonstruktionsmaterialet. Efter dessa grundvärderingar bör företag välja sitt material. Diskussion – De flesta inom byggbranschen tror att betong som konstruktionsmaterialär prismässigt mer fördelaktigt. Efter undersökning av priset visar det sig vara sant.Armerad betong är billigare, har kortare monteringstid och har en längre livslängd,däremot har trä andra fördelar som mindre klimatpåverkan.

Buried pipelines are tubular structures that are used for transportation of important liquid materials and gas in order to provide safety for human life. During an earthquake, imposed loads from soil deformations on concrete pipelines may cause severe damages, possibly causing disturbance in vital systems, such as cooling of nuclear power facilities. The high level of safety has caused a demand for reliable seismic analyses, also for structures built in the regions that have not traditionally been considered as highly seismically active. The focus in this study is on areas with seismic and geological conditions corresponding to those in Sweden and Northern Europe. Earthquakes in Sweden for regions with hard rock dominated by high-frequency ground vibrations, Propagation of such high-frequency waves through the rock mass and soil medium affect underground structures such as pipelines. The aim of this project is investigating parameters that affect response of buried pipelines due to high-frequency seismic excitations. The main focus of the study is on reinforced concrete pipelines. Steel pipelines are also studied for comparison purposes. The effects of water mass, burial depth, soil layer thickness and non-uniform ground thickness caused by inclined bedrock are studied. The results are compared to those obtained for low-frequency earthquakes and the relationship between strong ground motion parameters and pipelines response is investigated. It is shown that, especially for high frequency earthquake excitations, non-uniform ground thickness due to inclined bedrock significantly increase stresses in the pipelines. For the conditions studied, it is clear that high-frequency seismic excitation is less likely to cause damage to buried concrete pipelines. However, the main conclusion is that seismic analysis is motivated also for pipelines in high-frequency earthquake areas since local variation in the ground conditions can have a significant effect on the safety. / Nedgrävda rörledningar (pipelines) är rörformiga strukturer som används för transport av viktiga flytande material och gas för att säkerhetsställa samhälleliga funktioner. Denna typ av infrastruktursystem korsar stora områden med olika geologiska förhållanden. Under en jordbävning kan markdeformationer påverka rörledningar av betong vilka kan få allvarliga skador som i sin tur kan leda till störningar i vitala system, såsom till exempel kylning av kärnkraftsanläggningar. Den höga säkerhetsnivå som eftersträvas ger upphov till ett behov av tillförlitliga seismiska analyser, även för strukturer som byggs i regioner som traditionellt inte har ansetts som seismiskt aktiva. Fokus i denna licentiatuppsats ligger på områden med seismiska och geologiska villkor som motsvarar de i Sverige och norra Europa. Jordbävningar i Sverige klassas som händelser inom en tektonisk platta som för regioner med hårt berg kan resultera i jordbävningar som domineras av högfrekventa markvibrationer. Sådana högfrekventa vågor propagerar genom bergmassa och jordmaterial och kan där påverka underjordiska strukturer såsom rörledningar. Syftet med detta projekt är att undersöka vilka parametrar som har stor påverkan på nedgrävda rörledningar som utsätts för högfrekventa seismiska vibrationer. Tyngdpunkten i studien är på rörledningar av armerad betong men stålledningar studeras också i jämförande syfte. Två-dimensionella finita elementmodeller används, utvecklade för dynamisk analys av rörledningar belastas av seismiska vågor som propagerar från berggrunden genom jorden. Modellerna beskriver båda längsgående och tvärgående snitt av rörledningar. Samspelet mellan rörledningar och omgivande jord beskrivs av en icke-linjär modell. De studerade rörledningarna antas vara omgivna av friktionsjord med stor, medel eller liten styvhet. Effekterna av vattenmassa i rören, grundläggningsdjup, jordlagrens tjocklek och varierande jordtjocklek på grund av lutande berggrund studeras. Det visas hur två-dimensionella modellerbaserade på plan töjning kan användas för seismisk analys av rörledningar med cirkulära tvärsnitt. Resultaten jämförs med de som erhållits för lågfrekventa jordbävningar och förhållandet mellan markrörelseparametrar och responsen hos rörledningar undersöks. Det visas att den naturliga frekvensen för modellerna beror av jordtyp, tjocklek och variation hos jordlagret. Det visas att, särskilt för högfrekventa jordbävningar, olikformigt varierande markdjup på grund av lutande berggrund avsevärt ökar spänningarna i rörledningarna. För de förhållanden som studerats är det klart att det är mindre sannolikt att högfrekvent seismisk belastning ska orsaka skador på nedgrävda rörledningar av betong. Dock är den viktigaste slutsatsen att seismisk analys ändå motiveras, även för rörledningar i områden där jordbävningar med högt frekvensinnehåll förekommer eftersom lokala variationer i markförhållanden kan ha en betydande inverkan på säkerheten. / <p>QC 20161014</p>

A nonlinear finite element analysis was performed for an axial loaded reinforced concrete column subjected to biaxial bending taking into account second-order effects. According to Eurocode there are two ways to take second-order effects into consideration: nonlinear FE analysis and hand calculation based on the simplified methods explained in Eurocode 2. Since simulating this kind of structures in ABAQUS is difficult, several simulations were made to find the correct model with satisfying accuracy. The nonlinear analysis focused on material modelling of concrete and its nonlinear behaviour. The simulation took into consideration the inelastic behaviour of concrete along with the confinement effect from transverse reinforcement. The finite element model was verified by comparing the obtained results from FEA to the results from a benchmark experiment. The mean values needed for simulating the FE model was derived from the mean compressive strength of concrete. After verification, another FE model using design parameters was analysed and the results were compared to the results from calculations based on simplified methods according to Eurocode 2 to see how much they agreed with each other. In a parametric study, the effect of eccentricity, compressive and tensile strength of concrete, fracture energy, modulus of elasticity, column cross-section dimension and length, steel yield stress and stirrup spacing were studied. A comparison between outcomes from the simplified methods and ABAQUS, calculated with design parameters showed that the bearing capacity from FE analysis was 21-34 % higher than the one obtained with the simplified methods. It is recommended that in further studies, analyse different slender reinforced concrete column with different L/h with FE-simulation to investigate if FEA always gives a more accurate result. For this case, and probably for columns with complex geometries, a finite element analysis is a better choice. / En icke-linjär finitelementanalys för en armerad betongpelare utsatt för tvåaxlig böjning genomfördes med hänsyn till andra ordningens effekter. Enligt Eurokoder finns det två sätt att iaktta andra ordningens effekter: icke-linjär analys och handberäkning baserad på de förenklade metoderna förklarad i Eurokod 2. Eftersom det är svårt att simulera den här typen av konstruktioner i ABAQUS, så har flera simuleringar utgjorts för att finna ett modell med acceptabelt noggrannhet. Den icke-linjära analysen fokuserade på korrekt materialmodell av betong och dess icke-linjära beteende. Modellen tog hänsyn till betongens oelastiska beteenden och inkluderade fleraxiella effekten. Finitelementmodellen verifierades genom att jämföra de erhållna resultaten från FEA till resultaten från ett försök. Värden som behövdes för att simulera FE-modellen härleddes från betongens medeltryckhållfasthet. Efter att referensmodellen var verifierad, ytterligare en FE-modell, som inkluderade designparametrar, analyserades och resultaten jämfördes med resultaten från beräkningar baserade på förenklade metoderna enligt Eurokod 2 för att se hur mycket de stämde överens med varandra. I en parameterstudie har effekten av excentricitet, tryck- och draghållfasthet av betong, brottenergi, elasticitetsmodul, pelarens tvärsnittsdimension och längd, stålsträckgränsen och centrumavstånd på byglar studerat. En jämförelse mellan resultaten från de förenklade metoderna och ABAQUS, beräknade med designparametrar visade att bärighetförmågan från FE-analys var 21-34% högre än den som erhålls med de förenklade metoderna. Det rekommenderas att i fortsatta studier, analysera flera slanka armerade betongpelare med olika L/h med FE-simulering för att undersöka om FEA alltid ger ett nogrannare resultat. För denna studie, och förmodligen för pelare med komplexa geometrier, är en FE-analys ett bättre val.