Fatigue of Concrete

Abstract

Stadige fremskritt innenfor betongteknologi muliggjør bygging av slankere og mer materialeffektive konstruksjoner enn tidligere. Ved økt slankhet blir også påvirkningen fra sykliske laster viktigere og utmattingskapasiteter kan bli dimensjonerende. Å kunne dimensjonere med minst mulig feilmargin blir da viktig for å unngå at utmatting forhindrer full utnyttelse. For å oppnå dette behøves det ytterligere fremskritt innenfor utmattingsfenomenet. Ny kunnskap på dette feltet er også av stor interesse for å forlenge levetiden til eksisterende konstruksjoner, for eksempel offshore konstruksjoner som allerede har passert sin dimensjonerte levetid.

Denne masteroppgaven består av et litteraturstudium hvor dagens kunnskap rundt temaet ''Utmatting av Betong'' belyses. Det er spesielt lagt vekt på hva som påvirker utmattingskapasiteten til ''ordinær'' betong. En kort gjennomgang av dagens regelverk er gitt og sammenlignet med litteraturens standpunkt. Påvirkningsfaktorer funnet i litteraturen er inndelt 15 faktorer.

På grunn av mange forskjellige testparametre er det vanskelig å fastslå påvirkningen fra hver faktor. Dette forklarer delvis hvorfor Eurokoden forenkler behandlingen av utmatting. Eurokoden tar kun eksplisitt hensyn til spenningsnivå og amplitude, mens øvrige faktorer håndteres ved ytterligere reduksjon av dimensjonerende fasthet. Til tross for utfordringene med å fastslå hvor mye hver faktor påvirker, er det likevel noen faktorer som viser stort potensial for forbedring av dimensjoneringsregler. Dette gjelder spesielt ved håndtering av skadeakkumulering, hvor det er stor usikkerhet knyttet til hva som ansees som en konservativ tilnærming.

The continuous improvement of concrete as a material, combined with an increasing desire to construct material efficient structures, lead to slender structures. This slenderness tends to increase the importance of cyclic loading, and possibly make fatigue the governing design criterion. Further development of fatigue design is needed to avoid this restraining the structure from reaching its potential. The fatigue phenomenon is also of great interest with respect to prolongation of existing structures, such as offshore structures already exceeding their intended service life.

This thesis highlights the knowledge concerning concrete fatigue available through the literature. Hence, it will serve as a summary of the current state of knowledge, but also reveal the areas needing further attention. This is achieved by reviewing different factors influencing the fatigue performance of concrete. The contrast between design rules and the knowledge available through literature is also highlighted to some extent. The influencing effects found in plain concrete are presented through 15 factors.

Due to the wide variety of testing setups, a quantification of the degree of influence for the different factors is difficult. This partly explains the simplifications of fatigue treatment done by the Eurocode. The Eurocode only explicitly accounts for stress level and amplitude, while the remnant factors are conservatively treated by a further reduction of strength compared to the "normal" design strength. Despite the difficulty of determining the most influencing factors, there are certain clearly visible discrepancies between design and test results. The treatment of damage accumulation is especially in need of further investigations due to the large uncertainty of what constitutes a safe approach.