Ikke-lineær tverrsnittskontroll av skallkonstruksjoner i betong

Abstract

Iterasjonsmetoden for skallkonstruksjoner er en numerisk beregningsmetode som kan brukes til å kontrollere kapasiteten til armerte betongskall, der geometri, armeringsmengde og dimensjonerende krefter er kjent. Beregningsmetoden er imidlertid krevende å utføre med håndberegninger, både med hensyn på tidsbruk og nøyaktighet. Hensikten med oppgaven er av den grunn å utvikle et brukervennlig beregningsprogram basert på iterasjonsmetoden for skallkonstruksjoner, som er både effektiv i bruk og som gir pålitelige resultater.

Oppgaven baserer seg på en kvalitativ litteraturstudie tilknyttet iterasjonsmetoden for skallkonstruksjoner og materialmodeller for betong og armering, ved bruk av lærebøker og relevant støttelitteratur fra Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). Iterasjonsmetoden er implementert i programmeringsspråket Python, og det er utviklet et grafisk brukergrensesnitt for beregningsprogrammet. Videre er det utviklet mulighet for autogenerering av en dokumentasjonsfil for lagring og videresending av resultater, samt en komprimert nedlastningsfil for produktet. Resultatene er i tillegg kontrollert og verifisert opp mot Multicon Design, som er Multiconsult sitt beregningsprogram på tilsvarende problemstillinger, samt beregningseksempler fra andre kilder og nærliggende metoder.

Beregningsprogrammet som er utviklet bærer preg av å ha fokus på en brukervennlig framstilling, som gir brukeren mulighet for å utføre beregninger på en intuitiv og effektiv måte. Resultatene av verifikasjonsprosessen indikerer at det utviklede beregningsprogrammet regner med stor nøyaktighet, og avvikene fra sammenligningsgrunnlaget er tilnærmet neglisjerbare. Imidlertid for særtilfeller med visse membrankrefter er metoden uegnet og beregningsprogrammet vil ikke oppnå et endelig resultat.

Basert på funnene i denne oppgaven synes det utviklede beregningsprogrammet fornuftig å benytte som beregningsverktøy for tverrsnittskontroll av armerte skallkonstruksjoner i betong. Til tross for at programmet regner korrekt for de implementerte beregningsvalgene, er det muligheter for å videreutvikle programmet ytterligere. Av hensyn til oppgavens omfang er dette begrenset.

The iteration method for concrete shells is a numerical calculation method that can be used to verify the capacity of reinforced concrete shells with known geometry, amount of reinforcement and design loads. However, the calculation method is demanding to perform with manual calculations, both in terms of time consumption and accuracy. The purpose of this thesis is to develop a user-friendly calculation program based on the iteration method for shell structures, which is both efficient to use and gives reliable results.

The thesis is based on a qualitative literature study related to the iteration method for shell constructions and material models for concrete and reinforcement, using textbooks and relevant supporting literature from the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). The iteration method is implemented in the programming language Python, and a graphical user interface has been developed for the calculation program. Furthermore, there has been developed an opportunity to auto-generate a documentation file for storage and forwarding of results, as well as a compressed download file for the product. The results are also checked and verified against MultiCon Design, which is Multiconsult's calculation program on similar issues, as well as calculation examples from other sources and comparable methods.

The developed calculation program is characterized by a focus on a user-friendly presentation, which allows the user to perform calculations in an intuitive and efficient way. The results of the verification process indicate that the developed calculation program has great accuracy, and the deviations from the basis of comparison are almost negligible. However, for special cases with certain membrane forces, the method is unsuitable, and the calculation program will not achieve a final result.

Based on the findings in this thesis, the developed calculation program seems reasonable to use as a calculation tool for cross-sectional analysis of reinforced shell structures in concrete. Even though the program calculates correctly for the implemented calculation options, there are opportunities to further develop the program. Due to the scope of the thesis, this is limited.