Effect of fiber and post-tensioned reinforcement on pile supported ground slabs

Abstract

En peleunderstøttet fundamentplate oppfører seg på samme måte som flatdekke i ULS, der gjennomlokking og bøyemomentbrudd er hovedproblemene. I SLS er det derimot forskjell, der sprekkdannelse ofte er hovedutfordringen for fundamentplater. Ved å benytte fiber og etteroppspent armering, kan disse utfordringene unngås. Ulike kombinasjoner av konvensjonell, etteroppspent og fiberarmering er derfor undersøkt i denne oppgaven. ULS er i hovedfokus, men egenskaper knyttet til SLS og utførelse er også undersøkt.

En peleunderstøttet fundamentplate fra et byggeprosjekt i Trondheim blir brukt som grunnlag for å prosjektere ulike armeringsløsninger i denne oppgaven. Denne platen er analysert med hensyn til ULS, og metodene som er brukt er ekvivalent rammemetode og bruddlinjeteori. Til tross for flere fordeler, er bruddlinjeteori benyttet i liten grad, blant annet i Norge. I denne oppgaven er rammemetoden basert på lineær elementanalyse og NB 33. Bruddlinjeteori viser seg å være en effektiv metode for å redusere armeringsmengden. Den lineære elementanalysen gir også aksialkrefter i pelene, som brukes til å regne ut gjennomlokking. For å kunne inkludere fiberarmering i disse beregningene, er den foreslåtte nye Eurokoden benyttet. Den nåværende Eurokoden er også benyttet, og disse to Eurokodene er sammenlignet. Alle de undersøkte armeringsløsningene har tilstrekkelig gjennomlokkingskapasitet ifølge Eurokodene. Løsningene som innebærer fiberarmering, gir de høyeste kapasitetene.

Etteroppspent armering viser seg å være effektivt til å redusere nødvendig armeringsmengde, selv ved redusert platetykkelse. Løsningene med fiberarmering oppnår tilstrekkelig kapasitet, og gir svært god kapasitet i skjær. Disse løsningene fører riktignok til det største forbruket av armering. Resultatene viser at løsningen med kun fiber er en mulig og svært tidseffektiv løsning. En kombinasjon av etteroppspent og fiberarmering er fordelaktig for både ULS og SLS. En slik armeringsløsning vil også være tidseffektiv.

A pile supported ground slab behaves similarly in ULS as flat slabs, with punching shear failure and flexural failure as the main problems. In SLS however, cracking is the main challenge. By including fiber and post-tensioned reinforcement, these issues can be avoided. Different combinations of conventional, PT and fiber reinforcement are therefore investigated in this thesis. ULS is the main emphasis, but SLS performances and aspects during execution are also discussed.

A real pile supported ground slab from a construction site in Trondheim serves as a basis for designing several different reinforcement solutions in this thesis. This slab is analyzed regarding to ULS, and the methods used are equivalent frame method and yield line theory. Yield line theory is used to a small extent in several countries but serves many advantages. Therefore, to better evaluate if yield line theory is a suitable method, it is compared to EFM. EFM is in this thesis based on an LFEA and NB 33. Yield line proves to be an effective method to reduce the reinforcement amount. The LFEA gives axial forces in the piles and serves as a basis for the punching shear calculations. To include fiber reinforcement, it is necessary to apply the proposed new Eurocode. The current Eurocode is also used, and the two Eurocodes are compared. All the investigated reinforcement solutions have sufficient punching shear capacity according to both Eurocodes. The solutions including fibers have the highest capacity.

PT reinforcement is found to be efficient for reducing the necessary reinforcement amount, even when reducing the slab thickness. The fiber reinforced solutions achieve sufficient capacity, especially in shear, but require the largest amount of steel. The results show that a fiber only solution is feasible and would be a time effective solution. A combination of PT and fiber reinforcement is beneficial for ULS and SLS performance. Furthermore, such a reinforcement solution will also be time-efficient to produce.