Beregning og dimensjonering av flatdekker: Fordeler med etteroppspent armering framfor tradisjonell slakkarmering ved store spenn
Abstract
Denne rapporten omhandler spennarmerte konstruksjoner, med hovedfokuset på etteroppspente flatdekker. Teoristudiet tar for seg flatdekker som konstruksjonsdel og virkemåten tilspennarmering i et dekke. Kapittelet gir også en innføring i beregningsmetoder og dimensjonering av flatdekker og spennarmering.
For flatdekker er det mest gunstig å benytte etteroppspenning uten heft, da dette er tidsbesparende i sammenligning med heftede kabler. For konstruksjonsdeler med uheftedespennkabler må det av ulike grunner innføres noe heftet armering, og tradisjonell slakkarmeringblir ofte benyttet. Fiberarmering er relativt nytt og lite utprøvd i denne sammenhengen. Temaet er derfor blitt studert og diskutert rent teoretisk.
Et flatdekke av betong på et 37,2m£35,2m, opplagt på peler over fire spenn i hver retning er beregnet og dimensjonert. Dekket er en del av et større dekke på 13 500m2, som utgjør bunnplaten i et idrettsanlegg. Først har flatdekket blitt betraktet med kun tradisjonell slakkarmering, derettermed etteroppspente kabler. Beregningene er utført både ved hjelp av forenklede håndberegningerog igjennom elementmetodeprogrammet ADAPT. Kontroller er utført i henhold til Eurokode 2, og dekket er dimensjonert for momentvirkningen og skjærkrefter rundt konsentrerte laster fra pelene. I tillegg er nedbøyning av dekket beregnet og kontrollert.
For slakkarmerte dekker med lange spenn er nedbøyningen en kritisk faktor, og det må høye dekketykkelser til for å unngå for store deformasjoner. Det fører til et høyt betongforbruk, i tillegg til store laster på dekket og underliggende konstruksjonsdeler. I tillegg må relativt mye armeringlegges inn for å ta opp momentstrekket i de lange spennene.For slakkarmerte dekker med lange spenn er nedbøyningen en kritisk faktor, og det må høye dekketykkelser til for å unngå for store deformasjoner. Det fører til et høyt betongforbruk, i tillegg til store laster på dekket og underliggende konstruksjonsdeler. I tillegg må relativt mye armeringlegges inn for å ta opp momentstrekket i de lange spennene.
Oppspenning av kabler i betong fører til horisontale trykkspenninger, som reduserer mengden nødvendig strekkarmering. Ved etteroppspenning legges kablene i parabelformede baner, og dekrumme kabler gir vertikale krefter på betongen, som veier opp noe av lastene på dekket. Mengden spennkabler bestemmes ut i fra hvor stor andel av lasten det er ønskelig å balansere med disse vertikale kreftene. Litteraturen forslår en balansering av mellom 80-100%, men for så store spenn som9m gir det over 6m spennkabler per 1m2 dekke. Mest økonomisk er det med en spennarmeringsmengde under 3m/m2.
Spennkraften i en oppspent stålkabel vil tape seg noe rett etter oppspenning, i tillegg reduseres strekket i kablene over tid. For de aktuelle kablene er tapet i spennkraft beregnet til å være på omtrent 18%.
Resultatene viser at det er fullt mulig å gjennomføre det aktuelle dekket med begge armeringstypene, men spennarmering viser seg mest gunstig. Bruk av spennarmering fram forslakkarmering tillater bortimot halvering av dekkehøyden, og samtidig mer enn halvering av nedbøyningen. I tillegg til betydelig reduksjon i betongmengden kreves mindre slakkarmering, og de totale materialkostnadene reduseres. Etter oppspenning av kabler er tids- og energikrevende, og spennkabler og anker er kostbare materialer. Den økonomiske lønnsomheten av å spennarmere må derfor vurderes i hvert enkelt tilfelle. I det analyserte tilfellet viser overslagsmessige økonomiske beregninger at slakkarmering av dekket koster 22% mer enn spennarmering.
Konklusjonen er at flatdekker med spenn på rundt 9m bør konstrueres med parabelformede etteroppspente kabler, som balanserer 40% av egenvekten.