Forbedring av global stabilitetsanalyse ved hjelp av FE-verktøy for prefabrikkerte betongkonstruksjoner

Abstract

Denne masteroppgaven sikter på å undersøke global analyse av prefabrikkerte betongkonstruksjoner med et mål om å kartlegge avvik mellom elementmetodeberegninger og håndberegninger. Dette krever kunnskap om hvordan de forskjellige elementene samhandler. Ved å gå i dybden på ulike FE-modeller av prefabrikkerte elementer ønskes det å komme nærmere et svar på hvordan de forskjellige elementene bør modelleres og hvordan forbindelsene som kobler sammen elementene har påvirkning på konstruksjonen som helhet.

Første del av oppgaven vil gi en beskrivelse av viktigheten ved beregninger av stabilitetsanalyse, forskjellige utfordringer knyttet til simuleringene og hvordan disse utfordringene kan overkommes. Eksemplene fra betongelementboken vil da benyttes til dette, siden de har kjente løsninger og det er ønskelig at oppgaven skal være et direkte bidrag til betongindustrien. Da er det en fordel at det er enkelt å benytte seg av resultatet i avhandlingen videre.

Deretter skal en casestudie undersøkes for å kunne trekke konklusjoner om de tidligere eksemplene samstemmer med en virkelig konstruksjon. Casen er fløy C av det nye sykehusbygget i Nord-Norge. Fløy C skal være èn uavhengig stabil konstruksjon og må kunne motstå all belastning i en global analyse. Dette skyldes at sykehusbygget bygges en del om gangen og at det vil være kostbart å ha midlertidige løsninger som sikrer global stabilitet til hele sykehuset er reist. Dette gjør at casen er egnet for å sammenlignes med eksemplene som også er selvstendige avstivningssystemer.

Eksemplene fra betongelementboken tyder på at i FE-modeller har stivheter i forbindelser stor påvirkning på lastfordelingen. Spesielt har stivhet langs fugen mellom vegger stor påvirkning og tilsvarende mellom vegger og dekker. FE-verktøy ser ut til å håndtere skjær- moment- og strekkrefter relativt likt som håndberegninger for konstruksjonene og har små avvik. Videre ble de samme variablene variert i casestudien der resultatene var som forventet; at forbindelser har stor innvirkning på lastfordeling og de bør derfor håndteres nøye.

This thesis aims at examining global analysis of prefabricated concrete structures with an end goal of identifying discrepancies between finite element calculations and calculations by hand. This requires knowledge of how the different elements interact. By extensively studying the FE-models of the prefabricated elements the thesis aspires to contribute with an answer to how the different elements should be modelled and how the connections between them affects the construction as a whole.

The first part of the thesis will describe the importance of stability analysis, the different challenges tied to the simulations and how these challenges can be conquered. Examples from betongelementboken will be used as they have known solutions. The thesis uses these examples to directly contribute to the concrete industry, it is therefore advantageous if the results are easily available.

In the next part a casestudy will be assessed to be able to draw conclusions between the accuracy of the solutions in the examples compared to a real construction. The case study is comprised of the C-wing of the new hospital in northern Norway. The C-wing is an independently stable construction and must therefore be able to withstand the loads in a global analysis. This is because the hospital will be built in sections and it would be costly to implement temporary solutions that ensure global stability until the entire hospital is erected. These requirements means the case study is suitable for comparisons with different examples as they are also independent bracing systems.

The examples from betongelementboken implies that the stiffness in connections in the FE-models has great influence on the distribution of loads, especially stiffness in the longitudal direction of joints. Shear, moment, and tensile force calculations in FE-tools suggests similarity with calculations by hand for the examples with some small discrepancies. Furthermore, the same parameters in the case study were altered and the results are as expected; modelling connections accurately yields significant influence on load distribution and must therefore be handled with precision.