Forankring av brofundament ved bruk av gyste fjellstag for opptak av statiske og sykliske laster
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2416438Utgivelsesdato
2016Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
I løpet av de siste årene er idéen om en fergefri kystriksvei fra Kristiansand via Bergen tilTrondheim blitt en viktig politisk sak for mange av partiene på Stortinget, og Statens vegvesen har satt i gang mange tekniske undersøkelser i samarbeid med rådgivningsfirmaerfor å finne løsninger for broer og tunneler som skal erstatte fergesamband.
For flere av de aktuelle brotypene, vil fundamentering og forankring i fjell, stedvisunder dypt vann, være en sentral komponent. Broene vil være påkjent av naturlaster somvind- og bølgekrefter i tillegg til trafikklast. Alle disse vil variere syklisk med forskjellig frekvens hundretusener til millioner av ganger i løpet av levetiden. Disse sykliske lastene må tas opp av forankringene, og på grunn av broenes dimensjoner, vil kreftene bli større enn på eksisterende broer.
Etter en grundig litteraturstudie viste det seg at syklisk belastning av støpte forankringeri fjell er lite undersøkt, selv om de få undersøkelsene som er gjort, viser at kapasitetenkan brytes ned progressivt når lasten sykles opp til nivåer på omtrent halvparten av denstatiske kapasiteten.
Da jeg etter en måned hadde studert mye litteratur, gikk jeg i gang med et forsøksoppsettder jeg støpte høyfaste stålstag med 18 mm diameter inn i borede hull i en betongblokkpå én kubikkmeter, samtidig som jeg fortsatte litteraturstudiet og gikk dypere inn på denlitteraturen som er mest relevant for forsøksoppsett og teoretisk lastopptak av statiske ogsykliske laster på støpte fjellstag. Betongblokkene var støpt flere måneder tidligere. Mittforsøksoppsett repeterer og utvider et tidligere utført forsøksprogram av Brahim Benmokrane(Benmokrane et al. (1995)).
Avhengig av stag- og hullgeometrien, kan bruddet skje enten i en av heftsonene, i selvestaget eller i betongen (fjellet) rundt. Stagene ble støpt med en geometri slik at bruddeneskulle gå mellom stag og mørtel.
Etter minst 28 døgn herding av støpemørtelen ble noen stag testet ved statisk, tøyningsstyrtuttrekk, mens andre ble testet laststyrt syklisk. Til alle testene brukte jeg en hul hydraulikksylinder plassert på et stativ som hvilte på betongblokken et stykke ut fra støpehullet. Staget gikk gjennom senterhullet i sylinderen og ble festet ved hjelp av mutter og skiver på stagets grove gjenger. Hovedformålet var å studere eventuell nedbrytning av heftsonen mellom stag og mørtel ved syklisk last. Betongblokken simulerte fjellet, og staget kan for eksempel være en nedskalert forankring av strekklast fra bro.
Under forsøkene ble stagets aksielle forskyvning relativt til betongblokken målt vedhjelp av LVDT-er festet til staget. Lasten på staget ble målt med både ringformet lastcelleog trykkmåler ved tilførselsslangen på hydraulikkanlegget. Målerne hadde tidvis veldiggodt samsvar og tidvis var det store avvik. Dette gjorde testresultatene usikre. Prøvestykkerav mørtelblandingene ble testet i presse for bestemmelse av bøyestrekk- og trykkfasthet,inkludert etterfølgende sammenligning med oppgitte egenskaper i datablad. Slik kunne jegha en viss kontroll på mørtelens kvalitet.
De oppnådde kapasitetene, både statisk og syklisk, var relativt sett i samme størrelsesordensom i Benmokranes undersøkelse, i noen tilfeller litt mindre. Ut fra de tre sykliske forsøkene jeg rakk å gjøre, var det stor kapasitetsforskjell for stag som var støpt med samme geometri og mørtelblanding. Årsaken til variasjonene er mest sannsynlig litt varierende kompaktering av mørtelen, unøyaktige måleverdier for lasten og ikke minst stor innflytelseav ujevnheter i hullene nær toppen, siden stagene jeg testet hadde kort støpt lengde. Detene staget gikk til brudd for last opp til 60 % av statisk kapasitet etter bare 150 sykluser,som sammenlignet med tidligere undersøkelser er lavt. Det sterkeste staget hadde en klartstørre kapasitet enn ventet og tålte flere tusen sykluser til en høyere last enn den statiskekapasiteten til tilsvarende stag. Det tredje staget tålte flere tusen sykluser på lavere lasttrinn før det gikk til brudd etter omtrent 1000 sykluser opp til 70 % av statisk kapasitet av tilsvarende stag, i godt samsvar med Benmokranes resultater.
Mange flere stag ble støpt og gjort klare for testing, og resultatene fra disse vil væreavgjørende for hvilke konklusjoner man kan trekke. Ikke minst vil resultatene få redusertusikkerhet etter at de fleste svakheter ved forsøksoppsettet og instrumenteringen nå eravdekket og utbedret for fremtidige forsøk. En naturlig videreføring av arbeidet vil væreå teste stag med større gyst lengde, slik at svakheter nær toppen av hullet vil få mindrebetydning. I tillegg vil det være interessant å teste med forskjellige bindemidler for å finne hvordan kapasiteten avhenger av bindemiddeltypen og -sammensetningen.