Deformasjonsberegninger av slakk- og spennarmert flatdekke i henhold til revidert Eurokode 2

Abstract

Masteroppgaven undersøker hvordan revidering av Eurocode 2 påvirker deformasjonsberegninger for flatdekker, med utgangspunkt i to eksempler: Flatdekket med slakkarmering (Eksempel 1), og flatdekket med slakk- og spennarmering (Eksempel 2). Problemstillingen omhandler hvordan endringene i modellene for kryp, svinn og elastisitetsmodul i revidert Eurocode 2 påvirker deformasjon av flatdekke.

For å utføre deformasjonsberegninger for Eksempel 1 og 2 er det gjort en analyse av elastisitetsmodul, og bestemmelse av k_E. Oppgaven tar for seg en sammenligning av m ̊alt og beregnet Ecm, hvor resultatene viser til en overestimering av E-modul beregnet i henhold til EC2:2004. På bakgrunn av dette, og et ønske fra Norsk Standard presenterer oppgaven et forslag til verdi for ke i beregningsmetoden til Ecm for N.A, EC2:2022.

For å besvare problemstillingen er det utført h ̊andberegninger i Mathcad, og numerisk analyse i FEM-Design for å verifisere resultatene. Beregningene er gjort i hehold til EC2:2004 og EC2:2022 for å illustrere hvordan revisjonen påvirker den totale nedbøyningen av flatdekkene, samt de individuelle bidragene, kryp, svinn og elastisitetsmodul.

Resultatene fra analysen viser økt kryptall og svinntøyning, samt en reduksjon i Ecm og Ec.eff. Dette resulterer i økt nedbøyning for beregninger i henhold til den reviderte utgaven av Eurocode 2. Basert på resultatene er det undersøkt hvordan variasjon av ulike platetykkelser og tidspunkt for fjerning av forskaling, påvirker nedbøyningen i henhold til EC2:2004 og EC2:2022. Formålet for denne undersøkelsen er å redusere nødvendig platetykkelse for å oppnå lavere materialbruk, kostnadsbesparelser og bærekraft.

Den økte nedbøyningen indikerer at den reviderte Eurocode 2 vil stille strengere krav til nødvendig platetykkelse, som medfører høyere materialbruk og CO2-utslipp. Å finne effektive løsninger for å minimere negativ miløpåvirkning er dermed sentralt. Et tiltak som vurderes i analysen er bruk av spennarmering. For Eksempel 2 observeres det en betraktelig reduksjon i nedbøyning, sammenlignet med Eksempel 1 for både EC2:2004 og EC2:2022. Spennarmering blir derfor ansett som en løsning for å oppnå lavere nedbøyning og platetykkelse.

Oppgaven avdekker utfordringer i FEM-Design. Det oppdages at programvaren ikke støtter analyse av konstruksjoner med spennarmering. Videre arbeid bør derfor fokusere på å utvikle og forbedre programvarer som inkluderer støtte for spennarmering, slik at mer nøyaktige og omfattende analyser kan gjennomføres. Samtidig bør det utforskes andre metoder med hensyn til både konstruksjonen sine egenskaper og miljøpåvirkning.

The master’s thesis investigates how the revision of Eurocode 2 affects deformation calculations for flat slabs, using two examples: Flat slab with ordinary reinforcement (Example 1), and flat slab with both ordinary and prestressed reinforcement (Example 2). The research question addresses how changes in the models for creep, shrinkage, and the modulus of elasticity in the revised Eurocode 2 affect the deformations of flat slabs.

To perform deformation calculations for Examples 1 and 2, an analysis of the modulus of elasticity was conducted, and the determination of ke. The thesis includes a comparison of measured and calculated Ecm, where the results indicate an overestimation of the modulus of elasticity calculated according to EC2:2004. Based on this, and a request from ”Norsk Standard”, the thesis presents a proposed value for k_E in the calculation method for Ecm for N.A, EC2:2022.

To address the research question, manual calculations were performed in Mathcad, and a numerical analysis was carried out in FEM-Design to verify the results. The calculations were done according to EC2:2004 and EC2:2022 to illustrate how the revision affects the total deflection of the flat slabs, as well as the individual contributions of creep, shrinkage, and the modulus of elasticity.

The results of the analysis show an increase in creep and shrinkage strain, and a reduction in Ecm and Ec. eff. This results in increased deflection for calculations according to the revised version of Eurocode 2. Based on the results, the impact of varying slab thicknesses and the timing of formwork removal on deflection was examined according to EC2:2004 and EC2:2022. The purpose of this is to reduce the slab thickness to achieve lower material usage, cost savings, and sustainability. The increased deflection indicates that the revised Eurocode 2 will impose stricter requirements on to the slab thickness, resulting in higher material usage and CO2 emissions. Finding effective solutions to minimize the negative environmental impact is therefore crucial. One measure considered in the analysis is the use of prestressed reinforcement. For Example 2, a significant reduction in deflection is observed compared to Example 1 for both EC2:2004 and EC2:2022. Prestressed reinforcement is therefore considered a solution to achieve lower deflection and slab thickness.

The thesis uncovers challenges in FEM-Design. It was discovered that the software does not support the analysis of structures with prestressed reinforcement. Further work should therefore focus on developing and improving software that includes support for prestressed reinforcement, enabling more accurate and comprehensive analyses to be conducted. At the same time, other methods should be explored with regard to both the properties of the construction and its environmental impact.