Skjærkapasitet i hulldekker med utstøpte kanaler

Abstract

Masteroppgaven er et resultat av 43 fullskala prøver av hulldekkeelementer, med det formål å kontrollere om dagens beregningsmetoder i NS-EN 1168 og Betongelementboken for skjærkapasitet i hulldekker med utstøpte kanaler er tilfredsstillende. All produksjon og testing er foretatt av 4 forskjellige betongelementleverandører, og det er gjort tester på 3 ulike tverrsnittshøyder: 265 mm, 320 mm og 400 mm. 20 av testelementene er referanseprøver uten fylte kanaler, de 23 resterende elementene har 2 utstøpte kanaler ved én ende.

Produksjon av testelementer foregikk etter leverandørenes egne metoder. Utstøpingen av kanaler ble i noen tilfeller gjort rett etter ekstrudering av hulldekket, mens det i andre tilfeller ble gjort én dag senere. Elementene ble testet i henhold til prosedyren beskrevet i NS-EN 1168 Annex J, med full bredde på 1200 mm og lengder fra 4000 - 4900 mm avhengig av tverrsnitthøyde.

Prøveresultatene indikerer at elementene oppnår en betydelig økning i skjærkapasitet om to kanaler støpes ut. Økningen er imidlertid kun 75 % av beregnet verdi, og kun 67 % om resultatene justeres for standardavvik. Kun 1 av 7 testserier oppnådde tilfredsstillende økning i skjærkapasitet ved bruk av materialfaktor γc = 1,8. Videre er det stor spredning i kapasitet innad i hver testserie med et gjennomsnittlig standardavvik på 35,4 kN for prøvene med utstøpte kanaler og 19,5 kN for referanseprøvene. Det ble i all hovedsak oppnådd skjærbrudd i området med kanalstøp, et par brudd oppsto som følge av moment og en ukjent feil førte til brudd i to elementer.

Resultatene er sammenlignet med tidligere forsøk utført i utlandet for å se om funnene signaliserer det samme. Disse har bekreftet inntrykket av store variasjoner og beregningsregler som overvurderer kapasiteten. Det ble også observert at langtidseffekter som kryp og svinn muligens kan ha stor negativ påvirkning på den økte kapasiteten og at tidspunktet for utstøping kan være av vesentlig betydning. Samtidig bør det kontrolleres om kanalenes ruhet kan påvirke heftforholdene og i så måte motvirke noe av langtidseffektene. Videre indikerer de utenlandske resultatene at å øke antall utstøpte kanaler ikke nødvendigvis gir bedre kapasitet og at en lengre kanalstøp ikke alltid er fordelaktig.

Totalt sett viser undersøkelsene at dagens retningslinjer ikke er konservative og at en revisjon bør foretas. Funnene tyder på at kanalene bør støpes ut vått-i-vått på fabrikk, men med økt materialfaktor dersom beregningsmetoden skal benyttes. Selv om ønskelig effekt ikke ble oppnådd, er det liten tvil om at kapasitetsøkningen er betydelig og at metoden er gunstig i mange tilfeller. Særlig for dekker med lavere høyde. Likevel bør nok effekten av kryp og svinn undersøkes nærmere, også i sammenheng med økt ruhet i kanalene for bedre heft.

The master’s thesis is a result of 43 full-scale tests of hollow core slab elements: The purpose is to verify if the current calculation methods in NS-EN 1168 and Betongelementboken for shear capacity in hollow core slabs with filled cores are adequate. All production and testing were conducted by 4 different concrete element suppliers, and tests were performed on 3 different cross-sectional heights: 265 mm, 320 mm, and 400 mm. 20 of the test elements were reference slabs without filled cores, while the remaining 23 elements had 2 filled cores at one end.

The production of test elements took place according to the suppliers’ own methods. In some cases, the core-filling was done immediately after extrusion of the hollow core slab, while in other cases, it was done one day later. The elements were tested according to the procedure described in NS-EN 1168 Annex J, with a full width of 1200 mm and lengths ranging from 4000 - 4900 mm depending on the cross-sectional height.

The test results indicate that the elements achieve a significant increase in shear capacity with two filled cores. However, the increase is only 75 % of the calculated value, and only 67 % when the results are adjusted for standard deviation. Only 1 out of 7 test series achieved a satisfactory increase in shear capacity using a material factor γc = 1.8. Furthermore, there is a large variation in capacity within each test series, with an average standard deviation of 35.4 kN for the slabs with filled cores and 19.5 kN for the reference slabs. Shear failures were mainly observed in the area with filled cores, with a few failures occurring due to moment and an unknown error resulting in failures in two elements.

The results were compared with previous experiments conducted abroad to see if they indicate similar findings. These comparisons have confirmed the impression of significant variations and calculation rules that overestimate the capacity. It was also discovered that long-term effects such as creep and shrinkage may have a significant negative impact on the increased capacity, and the timing of casting may be essential. At the same time, the roughness of the cores should be checked to assess its effect on bond conditions and potentially counteract some of the long-term effects. Furthermore, the abroad results indicate that an increase in number of casted cores does not necessarily provide better capacity, and a bigger casting length is not always advantageous.

Overall, the research shows that current guidelines are not conservative, and a revision should be carried out. The findings suggest that the cores should be cast out immediately in the factory, but with an increased material factor if the calculation method is to be used. Although the desired effect was not achieved, there is little doubt that the increase in capacity is significant, and the method is beneficial in many cases, especially for slabs with lower heights. However, the effects of creep and shrinkage should be further examined, along with increased roughness in the cores to improve bond conditions.