Vid grundläggning av medelhöga hus på friktionsjord kan i många fall grundläggningen genomföras med betongfundament. I dessa fall är jordens kompressionsegenskaper av mycket stor betydelse. Jordars materialkurvor visar att elasticitetsmodulen för avlastning är större än den för pålastning. För ett momentbelastat fundament kommer ena sidan utsättas för pålastning och den andra för avlastning. Vanligen beräknas dock grundens rotationsstyvhet endast med hjälp av modulen för pålastning vilket leder till att rotationsstyvheten underskattas. Ytterligare antas även ofta att ett fundaments rotationsstyvhet kan beräknas med hjälp av jordens bäddmodul av centrisk last. Denna beräkning är baserad på en lastspridning i djupet och underskattar rotationsstyvheten jämfört med en beräkning baserad på plattans vinkeländring och tröghetsmoment. Denna underskattning beror på att spänningar i jorden avtar långsammare vid centrisk belastning än vid momentbelastning. En ökning av grundens rotationsstyvhet medför en ökning av byggnadens globala knäcklast. Momentbelastade fundament riskerar att lätta från marken då momentets dragspänningar når upp till normalspänningarna av byggnadens tyngd. Då fundamentet lättar från marken kan inte längre hela fundamentets yta utnyttjas. Risken för att detta sker kan minskas genom att använda sig av en platta med elastiskt mellanlägg i dess centrala delar I denna studie visas hur grundläggningens rotationsstyvhet förändras dels beroende på beräkningsmetod samt om hänsyn tas till skillnaden mellan jordens på- och avlastningsmodul. Det visas även hur rotationsstyvheten förändras beroende på hur stor skillnaden mellan på- och avlastningsmodul är. Rotationsstyvheter har framtagits för fem olika plattor varav två är kvadratiska och två rektangulära med konstant tjocklek samt en rektangulär med elastiskt mellanlägg. För att utföra studien har såväl handberäkning som finita element beräkningar genomförts. De mjukvaror som använts är Mathcad för handberäkningen samt Plaxis 2D och Ansys APDL för den finita element beräkningen. Den fullständiga analysen är dock genomförd i Ansys APDL och Plaxis 2D har endast använts för att verifiera att den modell som skapats är tillförlitlig. Resultaten av denna studie visar att rotationsstyvheten blir mycket bättre om beräkningen baseras på plattans vinkeländring till följd av momentbelastning istället för den bäddmodul som avser fundamentets egenskaper vid centrisk belastning. Resultaten visar också att rotationsstyvheten blir bättre ju större avlastningsmodulen är i förhållande till pålastningsmodulen. Den finita elementberäkningen ger en ökning av rotationsstyvheten med en faktor 1.75 – 3.85 för det fall med en relativ styvhetsfaktor 4. Motsvarande handberäkning ger en ökning med en faktor 1.45 – 2.85. Resultaten visar också att rotationsstyvheten för en grundplatta som förses med elastiskt mellanlägg endast blir något lägre än motsvarande grundplatta utan elastiskt mellanlägg. Samtidigt visade sig grundplattan med elastiskt mellanlägg klara ett väsentligt högre moment innan den lättar från jordytan på avlastad sida av fundamentet. Resultaten från knäckningsberäkningen visar att antalet våningar för en byggnad grundlagt med betongfundament på friktionsjord kan höjas från 8 till som mest 12 för det fallet då en relativ styvhetsfaktor är 4 och då skivans längd är 8 meter. Antalet våningar för en stabiliserande skiva med längden 4 meter kan höjas som mest till 9. / When founding medium high buildings on friction soil, the foundation is often carried out as a concrete footing. In these cases the earth compression characteristics are of very great importance. The material curve for soils shows that the elastic modulus of unloading is greater than that of loading. In a moment-loaded foundation, one side will be subjected to loading and the other to unloading. The rotational stiffness is however usually calculated only based on the elastic modulus of loading which result in an underestimation of the rotational stiffness. The rotational stiffness is also often calculated based on the bedding modulus due to centric loading. This calculation is based on an increasing area of the stress distribution by the depth and is underestimating the rotational stiffness compared to a calculation based on the angular change of the slab and its moment of inertia. This underestimation is due to that the stresses caused by centric loading decreases less rapidly than those caused by moment loading. An increase of the foundations rotational stiffness leads to an increase of the buildings global buckling load. Moment-loaded foundations are likely to ease off the ground at high moments. This occurs when the tensile stress caused by the moment reaches the normal stress due to the building's weight. When the foundation is lifted from the ground, the entire foundation surface can no longer be utilized. The risk for this to occur can be reduced by using a slab with elastic inserts. In this thesis, it is shown how the rotational stiffness of the foundation changes depending on the calculation method as well as if the difference in loading and unloading modulus is taken into account. It is also shown how the rotational stiffness changes depending on the relation between the loading and unloading modulus. Rotational stiffness has been evaluated for five different slabs of which two are square and two rectangular with constant thickness and one rectangular with elastic inserts. In order to perform the study, both hand calculation as well as finite element calculations are carried out. The used software are Mathcad for the hand calculation and Plaxis 2D as well as Ansys APDL for the finite element calculation. The full analysis is, however, performed in Ansys APDL and Plaxis 2D has only been used to verify that the model created is reliable. The results shows that the rotational stiffness of the foundation with the elastic inserts only reduces a small amount compared with the corresponding foundation without elastic inserts. The results also shows that the foundation with the elastic inserts resists a substantially higher moment-load before it eases off the ground on the unloaded side of the foundation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-188671 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Holst Nywertz, Daniel, Livfors, Mattias |
| Publisher | KTH, Bro- och stålbyggnad, KTH, KTH |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-BKN-Examensarbete, 1103-4297 ; 488 |
Page generated in 0.0029 seconds