Bacheloroppgave 2016 Samvirkeanalyser av pelefundamenterte konstruksjoner Analysis of Soil-Structure Interactions on Piles in Constructions

Transkript

1 Avdeling for ingeniørfag FORPROSJEKT 1 Prosjektkategori: Bacheloroppgave Fritt tilgjengelig x Omfang i studiepoeng: 20p Fritt tilgjengelig etter: Fagområde: Konstruksjonsteknikk, Geoteknikk Rapporttittel: Tilgjengelig etter avtale med samarbeidspartner Dato: Antall sider: 16 Antall vedlegg: 6 Forfattere: Karl-Jørgen Kristiansen Martine Elise Olsen Avdeling / linje: Ingeniørfag - Bygg Utført i samarbeid med: Multiconsult Christer Svendsen Kristoffer Fron Veileder: Geir Flote Prosjektnummer: B16B06 Kontaktperson hos samarbeidspartner: Joachim Z. Helgesen Ekstrakt: Bacheloroppgaven består av å utvikle verktøy og metode for å estimere lastvirkningene i pelene for en pelefundamentert konstruksjon. Dette er et forprosjekt som definerer arbeidsfordeling og oppgaver. 3 emneord: Samvirkeanalyser Interaksjon med jord Deformasjonslast fra temperatur

2 Forord Denne rapporten er utarbeidet av en gruppe på fire studenter ved Høgskolen i Østfold, avdeling for ingeniørfag, bygg. I faget konstruksjonsteknikk skal det skrives bacheloroppgave som omhandler samvirkeanalyser av pelefundamenterte konstruksjoner. Høgskolen har leid inn Multiconsult AS til å gjennomføre faget konstruksjonsteknikk 3. Joachim Z. Helgesen har stått for mye av undervisningen i faget og har gjort oppgaven tilgjengelig for gruppen. Multiconsult er dermed oppdragsgiver og J.Z.H. er veileder. 2 Prosjektet er siste del av ingeniørstudiet til gruppen og skal bygge dypere kunnskap og forståelse av emnet. Denne forprosjektrapporten gir en foreløpig oversikt over veien videre med prosjektet og viser arbeidsfordeling og oppgaver. Gruppen ønsker på forhånd å takke oppdragsgiver Multiconsult AS ved Joachim Z. Helgesen og veileder ved Høgskolen i Østfold, Geir Flote. Fredrikstad Karl-Jørgen Kristiansen Christer Svendsen Martine Elise Olsen Kristoffer Fron

3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. PROSJEKTINFORMASJON BAKGRUNN PROSJEKTMÅL PROBLEMSTILLING RAMMER OG AVGRENSNINGER PROSJEKTPLAN MED TIDSDIAGRAM SAMMENFATTET BESKRIVELSE AV LØSNINGSMETODIKK KODER OG STANDARDER ANNEN LITTERATUR KONTAKTINFORMASJON VEDLEGG... 16

4 1. PROSJEKTINFORMASJON Tittel på hovedoppgave:. Deltagere: Christer Svendsen, Kristoffer Fron, Martine E. Olsen og Karl-Jørgen Kristiansen Oppdragsgiver: Multiconsult AS 4 Kontaktperson: Joachim Z. Helgesen, faglig leder konstruksjonsteknikk, Multiconsult AS Veileder: Geir Flote, Høgskolelektor

5 2. BAKGRUNN Lastvirkningene som faktisk virker i pelene på en pelefundamentert konstruksjon er en komplisert prosess. Konstruktør og geotekniker må samarbeide mye for å komme frem til resultater basert på samvirke mellom konstruksjonen, pelene og grunnen de står i. Det mangler et forenklet verktøy som kan gi gode nok estimater for konstruktøren i fasen frem til teknisk delgodkjenning. Rapporten skal utarbeides av en gruppe på fire studenter ved Høgskolen i Østfold, avdeling for ingeniørfag, bygg. Problemet ønskes belyst i samarbeid med Joachim Z. Helgesen hos Multiconsult AS avd. Fredrikstad. 5

6 3. PROSJEKTMÅL Effektmål Hensikten med prosjektet er å belyse viktigheten av beregninger og analyser av pelefundamenterte konstruksjoner tidlig i prosjekteringsfasen. Ved å se på hvordan den laterale forskyvningen påvirker lastvirkningene i pelen, vil vi utvikle en metode og et verktøy som konstruktøren kan bruke til å estimere resultater i fasen frem til teknisk delgodkjenning. 6 Bachelorgruppen vil bidra til at flere personer i bransjen blir gjort oppmerksom på problemstillingen. Resultatmål Det skal utvikles et verktøy som estimerer lastvirkninger i pelefundamenterte konstruksjoner. Bachelorgruppen vil sitte igjen med videreutviklet kompetanse på dette fagområdet. Prosessmål I prosjektprosessen vil bachelorgruppen ha kompetanseoppbygging som mål for å få størst mulig utbytte av arbeidet med prosjektet. I denne prosessen vil også gruppen tilegne seg kunnskaper om et godt teamarbeid, oppfølging av fremdriftsplan, adferdsregler, målstyrt arbeidsinnsats, konfliktløsning, møtevirksomhet, læringsmål, samt det å benytte relevante standarder og litteratur. Dette er også viktige forutsetninger som gjør det mulig å gjennomføre effekt- og resultatmål. Arbeidsoppgavene er lagt opp ved felles og individuelt arbeid. Suksesskriterier i prosjektet vil være at gruppen innhenter nødvendig dokumentasjon og informasjon, samt at oppdragsgiver og studenter viser engasjement.

7 4. PROBLEMSTILLING Utvikle verktøy og metode for å estimere lastvirkningene i pelene for en pelefundamentert konstruksjon. Hvordan ta hensyn til interaksjonen med jorden? Hvor komplekst må dette arbeidet gjøres? 7

8 5. RAMMER OG AVGRENSNINGER På grunn av tid til rådighet med prosjektet har vi valgt følgende rammer og avgrensninger: Utgangspunktet for prosjektet er ifb. med utbygging av en fugefri brokonstruksjon på Seut i Fredrikstad kommune. Jordparametere som skal brukes i oppgaven er gitt av Multiconsult og er hentet fra akse 2 og 3. Det benyttes 813mm sirkulære betongpeler med 25mm fôringsrør av stål. Det antas konservativt at stålet har rustet bort, slik at pelens stivhet beregnes kun med et betongtverrsnitt på 788mm. Det ses forenklet bort fra armeringens bidrag. Pelene står til fjell med en dybde på 30m. Jorden rundt pelene består av homogene leirmasser under vann til fjell. 8 Videre ses det forenklet bort fra broens akseskjevheter. Andre parametere og empiriske formler blir benyttet fra kilder i litteraturlisten. Oppgaven skal løses i hovedsak innenfor peleveiledningen 2012 Kap og Kap Det vil si at det benyttes forenklede løsningsmetoder med separate analyser for konstruksjon og peler i to dimensjoner (2D). Oppgaven består i hovedsak av å se på lastvirkningene i en enkeltpel fra et egenutviklet beregningsverktøy, når det kun innføres en deformasjonslast fra temperatur på en enkel ramme som er fast innspent i to opplager. Rammen skal ha en lengde på 20m og høyde på 5m. Enkeltpelanalysen skal i hovedsak løses innenfor Kap i peleveiledningen 2012 og Kap i SVV HB-V220. Statikk programmet G-Prog Ramme skal benyttes for å løse det statisk ubestemte systemet og Geosuite Peler skal benyttes for å sammenligne resultater med tilnærmede løsningsmetoder i Excel.

9 6. PROSJEKTPLAN MED TIDSDIAGRAM 9

10 Organsisasjonskart 10

11 7. SAMMENFATTET BESKRIVELSE AV LØSNINGSMETODIKK Forprosjekt Forprosjektet skal definere bakgrunn, mål og om prosjektet skal igangsettes. Følgende blir definert i denne fasen: 11 Prosjektinformasjon: tittel, deltakere, oppdragsgiver, veiledere Bakgrunn: beskrive bakgrunnen for prosjektet Prosjektmål: beskrive resultatmål og effektmål Problemstilling: definere problemstillingen(e) Rammer og avgrensninger: beskrive forutsetninger og rammer Fremdriftsplan: Ganttdiagram, org.kart, ressursallokering, CTR, timeregnskap/ budsjett Sammenfattet beskrivelse av løsningsmetodikk: oppsummert aktivitetsbeskrivelse og litteraturstudie Koder og standarder: litteratur som ligger til grunnlag for prosjektet Kontaktinformasjon: E-post, telefonnummer til alle medvirkende parter i prosjektet Prosjektrapport Prosjektrapporten skal i hovedsak utarbeides etter Høgskolen sine retningslinjer og skal inneholde: innledning, metode, teoridel, resultatdel, diskusjon og konklusjon. Rapporten starter med et forord, sammendrag og en generell del med termer og definisjoner, symboler og figurer benyttet i oppgaven. a) Innledende arbeid med teoridel og resultatdel for å utarbeide et utkast til beregningsstruktur og forslag til modell. Utarbeide en 2D modell basert på en innledende separat systemanalyse for konstruksjonen i form av matrisestatikk (innføre horisontale enhetsforskyvninger Fx = 1 og My = 1 i ett av knutepunktene, der de andre opplagerne er fastholdt) eller innføre en horisontal deformasjonslast i form av temperaturkoeffisienter for å anta en representativ forskyvning påført opplageret. Modellen kan være en enkel ramme som er fast innspent i opplagerne. Ved å benytte Hook`s lov kan en representativ stivhet kx = F/x og km = M/θ bestemmes.

12 Den laterale stivheten er deformasjonsavhengig da jordmaterialet er ikke-lineært. Deformasjonene er ikke kjent og derfor må det gjennomføres en iterasjonsprosess for å få tilstrekkelig god nok nøyaktighet på deformasjon og stivhet. 1. Antar deformasjon i jorda langs pelen. 2. Beregner tilhørende stivheter langs pelen i jorda. 3. Kjører systemanalyse av rammen med de beregnede stivhetene fra punkt Sammenligner antatt deformasjon fra punkt 1. med deformasjonen i punkt Dersom avviket er for stort oppdateres den antatte deformasjonen i punkt Punkt 2 5 gjentas inntil tilstrekkelig overenstemmelse mellom antatt og beregnet 12 b) Innledning og metode. Utdype postene fra forprosjektet og beskrive metoden basert på innledende litteraturstudie og erfaringsinnhenting. c) Midtveisrapport Første utkaste av rapporten lages og leveres med hovedfokus på faglig stoff. d) Ferdigstilling av teoridel og resultatdel. Utvikle beregningsverktøy i Excel og kjøre beregninger med deformasjonslaster fra temperatur. Utføre en separat peleanalyse i Geosuite Peler. e) Diskusjon og konklusjon Vurdere resultatene gitt av Geosuite Peler med Excel arket og konkludere.

13 Viktige hendelser Opprettelse av hjemmeside: Beskrivelse til EXPO katalog: Midtveisrapport: Pressemelding: Ferdigstillelse av hjemmeside: Registrering av tittel i studentweb: EXPO: Oppsummering av litteraturstudiet i forkant Det er gjort et omfattende litteraturstudie i forkant av prosjektet, der NGF peleveiledningen 2012 er den mest sentrale kilden til dette prosjektet. Modellene lagt til grunn i dette prosjektet er tolkninger fra forenklet løsningsmetode i peleveiledningen Kap og samvirke mellom enkeltpel og jord Kap Statens vegvesen HB V220 Geoteknikk i vegbygging har modeller og eksempler som er relevante når dybelteorien skal benyttes. Disse modellene er også beskrevet i peleveiledningen Kap Norske standarder for lastkombinasjoner, betong og geoteknikk vil ha en mer sentral rolle etter forprosjektet.

14 8. KODER OG STANDARDER NS-EN 1990:2002+NA:2008 NS-EN 1990:2002/A1:2005+NA:2010 NS-EN :2004+NA:2008 NS-EN :2004+NA: ANNEN LITTERATUR HB-N400-Bruprosjektering HB-V220-Geoteknikk i vegbygging Peleveiledningen (2012) - NGF

15 10. KONTAKTINFORMASJON Oppdragsgiver: Styringsgruppens representant: Prosjektleder: Prosjektdeltaker: Prosjektdeltaker: Prosjektdeltaker: Joachim Z. Helgesen Multiconsult AS Epost: Tlf: Geir Flote Høgskolen i Østfold Epost: geir.flote@hiof.no Tlf: Christer Svendsen Epost: christer.svendsen@hiof.no Tlf: Kristoffer Fron Epost: kristoffer.fron@hiof.no Tlf: Martine E. Olsen Epost: martine.e.olsen@hiof.no Tlf: Karl-Jørgen Kristiansen Epost: karl.j.kristiansen@hiof.no Tlf:

16 11. VEDLEGG Framdriftsplan CTR Aktivitetsbeskrivelser Timebudsjett Samarbeidsavtale Standardavtaler Fortrolighetsavtale 16