Hollow-Core Floors’ Resistance Against Falling Elements in the Construction Phase

Abstract

Oppgaven tar for seg om ett utstøpt og samvirkende hulldekkegulv tåler at ett hulldekke faller ned fra en etasje over under bygging. Tre fullskala tester ble gjennomført hos Contiga AS i Stjørdalen, der tre dekker ble støpt sammen som et gulv. Ett element hang i vaiere over gulvene i en gjennomsnittlig etasjehøyde og en ende av elementet ble sluppet ned mot gulvet om gangen. Etter det første fallet, ble nærmest ingen skader funnet på gulvet. Etter det andre fallet fikk gulvet varierende skader i de tre testene. De største skadene som ble observert var skjærbrudd ved ett av opplagerne og longitudinale skader langs hullene ved fugene. Ettersom ingen av de tre hulldekkene kollapset, kan det derfor konkluderes med at for ett oppsett som er likt som i denne masteroppgaven, tåler ett utstøpt hulldekkegulv at ett element faller ned på det fra etasjen over.

I tillegg ble det utført materialtester, og kvasistatiske- og dynamiske tester på et element laget av en del av ett hulldekke. I de kvasistatiske testene varierte bruddmekanismene mellom skjær- og momentbrudd, men begge bruddene skjedde rundt dobbelt av den kapasiteten som ble beregnet for hånd. I de dynamiske testene var skjærbrudd den dominerende bruddmekanismen for de testene med høyest hastighet, mens de mest langsomme gikk til momentbrudd. Lasten var mer enn fire ganger så høy i de dynamiske testene sammenlignet med de kvasistatiske. FEA modeller ble laget for materialtestene, de kvasistatiske og dynamiske testene. Modellene for materialtestene og de kvasistatiske forsøkene klarte å gjenskape lignende spennings-tøyningskurver, forutse bruddlast og nedbøyning med bra nøyaktighet frem til brudd. Den dynamiske modellen var langt stivere enn forsøkene og fikk langt større deformasjon. Modellen utelukker mange faktorer som gjør at energien fra vogna gjør andre ting enn å deformere elementet. Ved å redusere farten, og dermed energien, i modellen kan den forutse deformasjonene til de elementene som blir truffet av vogna med litt høyere hastighet.

The main objective of the thesis was to see if a cast hollow-core floor would withstand the impact of a hollow-core element falling from one storey above. Three full-scale tests were performed at Contiga AS in Stjørdalen, where a floor was made of three hollow-core elements grouted together. One element was hanging above at an average storey height, dropping one end at a time. After the first fall, little or no damage was found on the floor and therefore it is not probable that it would collapse from this fall. After the second fall, various damages were observed. Most of it is a shear failure at the support closest to the centre of the impact (opposite of the first fall) or going longitudinally close to the grouting. None of the floors in the three tests collapsed after the second fall. Therefore, for the setup presented in this thesis the floor has sufficient capacity to withstand one hollow-core element falling on it.

In addition, material tests, and quasi-static and dynamic tests on elements made from a part of a hollow-core element were performed. In the quasi-static tests, the failure mechanisms varied between shear and moment failure, though both failure loads happened at loads about twice as high as calculations by hand predicted. In the dynamic testing, shear failures were the dominant failure mechanism at the highest loading rates, while the slower ones failed by moment. The loads in the dynamic tests were more than four times as high as for the static tests. FEA models were made for the material, quasi-static and dynamic tests. The material and the quasi-static models accurately predicted the stress-strain curves, failure loads and deformations until cracking occurred. The dynamic model was far stiffer than reality. However, the models exclude many factors where energy could dissipate, so when reducing the speed of the loading plate, the model could better predict the deformation of the tests at higher speeds.