ALLE skal levere dette skjema selv om de fortsetter innen samme tema og med samme veileder som for prosjektoppgaven!

Transkript

1 Norges teknisknaturvitenskapelige universitet NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk MASTEROPPGAVER 2013 Denne oversikten inneholder årets forslag til masteroppgaver. Disse oppgavene er først og fremst et tilbud til studenter som ikke fortsetter med masteroppgaven innen samme tema og med samme veileder som for prosjektoppgaven høsten ALLE skal levere dette skjema selv om de fortsetter innen samme tema og med samme veileder som for prosjektoppgaven! Det forutsettes at studentene tar kontakt med de oppgitte kontaktpersonene for å få mer informasjon om de enkelte oppgavene. VALG AV OPPGAVE Svarslippen nedenfor fylles ut med tre ønsker om oppgaver i prioritert rekkefølge og leveres til: Institutt for konstruksjonsteknikk i Ekspedisjonen innen mandag 10 desember Student:... Ønsker masteroppgave (i prioritert rekkefølge): 1) nr... evt i samarbeid med student... 2) nr...evt i samarbeid med student... 3) nr......evt i samarbeid med student... 4) Fortsettelse fra prosjektoppgave til masteroppgave, oppgi faglærers navn: 5) Annen oppgave avtalt med faglærer:... Oppgaven tas ut : Produktutvikling og produksjon: 14 januar 2013 Bygg- og miljøteknikk: 14. januar 2013 Ingeniørvitenskap og IKT: 14. januar Underskrift

2 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK OVERSIKT OVER ALLE FAGGRUPPENE 1 STÅLKONSTRUKSJONERKONSTRUKSJONER SIMLAB TREKONSTRUKSJONER BETONGKONSTRUKSJONER BETONGTEKNOLOGI KONSTRUKSJONSMEKANIKK PROGRAMUTVIKLING BIOMEKANIKK 50 9 FORNYBAR ENERGI: Offshore vind turbiner 57 K:\Administrasjon\Studenter\Masteroppgforslag

3 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 1 av 77 STÅLKONSTRUKSJONER Levetid/Utmatting (For konstruksjonsoppgaver se SIMLab oppgaver) STÅLKONSTRUKSJONER Levetid/Utmatting 1.1 Fortøyningssystemer for plattformer - utmatting. Fortøyningssystemer er kritiske for sikker drift av flytende plattformer. Kjettinger som er mest brukt for permanente systemer er tunge og kostbare å håndtere. Bruk av høyfast stål er derfor ønskelig for å spare vekt. Det er imidlertid usikkert om utmattingsegenskapene øker i takt med statisk styrke og det skal gjøres litteraturundersøkelser og forsøk i laboratoriet for å kartlegge egenskapene til høyfaste kjettinger ved samme miljøforhold som i Nordsjøen. Spesielle spenningsforhold ved innfestingene skal undersøkes med elementanalyser. Samarbeid: Statoil Type oppgave: FEM-analyse, bruddmekanisk modellering og testing i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktpersoner A. Aalberg, P. J. Haagensen 1.2 Utmattingsegenskaper til sveiste høyfaste stål ved stokastisk belastning. Høyere utmattingsstyrke kan oppnås for høyfaste stål ved etterbehandling av sveisene eller ved bruk av spesielle tilsatsmaterialer (se neste oppgave). I de tilfeller der høyere fasthet oppnås ved påføring av trykkrestspenninger kan effekten være avhengig av lastforløpet. Det skal derfor undersøkes ved litteraturstudier og ved forsøk i laboratoriet. Virkningen på skadeakkumulering ved forskjellige typer stokastiske lastforløp skal undersøkes. Nye prinsipper til forbedring av utmattingsegenskapene til sveiste forbindelser er lansert de siste årene. En metode er basert på lavere sprekkveksthastighet i stål med ferrittisk/bainittisk mikrostruktur som gir en båndstruktur som gjør at sprekkveksten hemmes. I et annet tilfelle er lavere restspenninger og mindre defekter i nikkelbaserte sveiser sannsynlig årsak til lengere levetid (se oppg.1.2). I et litteraturtstudie skal potensialet for en kombinasjon undersøkes. Samarbeid: Statoil Type oppgave: Evaluering av litteraturdata, FEM-analyse, bruddmekanisk modellering og testing i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktpersoner A. Aalberg, P. J. Haagensen. 1.3 Utmatting av stigerør med nikkelbaserte buttsveiser. I fullskala forsøk på stigerør med Inconel sveiser er det påvist meget høy utmattingskapasitet. I en litteraturstudie skal mulige årsaker kartlegges, spesielt med hensyn til betydningen av sveisedefekter og sveisespenninger. Betydningen av store plastiske deformasjoner Spesielt skal sammenheng mellom småskala og fullskala forsøk evalueres. I et testprogram skal det utføres restspenningsmålinger på sveiser fra rør med nikkelsveiser og det skal kjøres utmattingsforsøk på utkapp av rør. Industrisamarbeid: Statoil Type oppgave: Evaluering av litteraturdata, bruddmekanisk analyse og testing i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktpersoner A. Aalberg, P. J. Haagensen

4 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 2 av 77 2 SIMLAB 2.1 Kombinert aksiallast og moment på rør med og uten indre overtrykk Litteraturen inneholder mange studier på rør utsatt for støt eller bøying både med og uten indre overtrykk, men mindre om kombinasjonen av alle faktorene. I realiteten vil et rør eksponert for slike laster ikke oppleve bare bøying eller bare støt; etter hvert som røret forflyttes ut av posisjon vil store aksialkrefter settes opp som følge av denne deformasjonen. Forsøk med kombinert bøying og aksiallast på trykksatte rør vil gjennomføres i ny rigg i laboratoriet, kombinert med numeriske analyser av røret oppførsel. Dette vil kunne være et viktig bidrag til å forstå rørkonstruksjoner under slike laster. Oppgaven er en del av et pågående forskningsarbeid ved SFI SIMLab. Type oppgave: Antall studenter: Kontaktpersoner: Litteraturstudium, forsøk, modellering og analyse. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Statoil. 1-2 (helst 2 som jobber sammen) M. Kristoffersen, T. Børvik, M. Langseth 2.2 Fleksible konstruksjoner utsatt for eksplosjonslast Arbeidet vil være knyttet til eksperimentelle og numeriske simuleringer av fleksible konstruksjoner utsatt for eksplosjonslast. Eksempler på slike laster kan være ulykker eller terrorhandlinger. Fokuset på å beskrive eksplosjonslast og dens innvirkning på respons har de siste 10 årene økt i takt med trusselen for terrorhandlinger, og interaksjonen mellom last og respons for eksplosjoner står derfor sentralt. Hovedhensikten med oppgaven er å undersøke denne effekten ved bruk av komponentforsøk og avanserte numeriske beregninger. Oppgaven vil bestå av et litteraturstudium, samt numerisk og analytisk modellering av problemet. Hvordan responsen til platen avhenger av randbetingelser, materiale, geometri, mulige brudd og eventuelle hull vil være sentrale tema. Deformasjoner vil bli målt med høyhastighetskamera i kombinasjon med Digital Image Correlation (DIC). Type oppgave: Litteraturstudium, komponent- og materialforsøk, numeriske beregninger og analytisk modellering. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Forsvarsbygg. Antall studenter: 2 (helst 2 som jobber sammen) Kontaktpersoner: V. Aune, T. Børvik, M. Langseth

5 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 3 av Penetrasjon av høyfaste aluminiumslegeringer Det er et ønske å bruke høyfast aluminium i beskyttelseskonstruksjoner for å spare vekt. Hydro Aluminium Rolled Products har utviklet legeringer som i så måte kan være attraktive. I denne oppgaven skal man vurdere ulike material-forsøk og/eller beregninger vha den mikromekaniske modellen NaMo for å karakterisere ulike tilstander av noen legeringer, samt å kalibrere materialmodeller for numerisk analyse. I tillegg skal det gjøres fullskala penetrasjonsforsøk i laboratoriet for å se på penetrasjonsmotstanden til noen av materialene. Til slutt skal det gjennomføres numeriske simuleringer av penetrasjonsprosessen, og resultatene skal sammenlignes med egne forsøk. I denne sammenhengen står modellering av brudd og fragmentering sentralt. Type oppgave: Litteraturstudium, materialforsøk, komponentforsøk, numeriske beregninger. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Hydro Aluminium og Forsvarsbygg. Antall studenter: 1-2 (helst 2 som jobber sammen) Kontaktpersoner: T. Børvik, O.S. Hopperstad 2.4 Modellering av tofasestål med elementmetoden Stål med mikrostruktur bestående av martensitt og ferritt kalles tofasestål. Dette er i dag en veldig viktig type (avansert) stål for bilindustrien, og andre områder følger etter. Fordelene med denne typen stål er lav flytespenning (før kaldbearbeiding), høy initiell fastning og stor bruddforlengelse. Til sammen gir dette utmerkede formbarhetsegenskaper. Kilden til disse gode egenskapene ligger i den spesielle mikro-strukturen til materialet og denne skal undersøkes nærmere ved hjelp av elementmetoden (Abaqus). Ved å modellere et representativt materialelement (på mikronivå; se figuren) og simulere forskjellige typer deformasjon kan man undersøke hvordan forskjellige parametere påvirker materialoppførselen (typisk flytekurven). Eksempler på parametere kan være volumfraksjon, romlig fordeling og egenskaper av de to fasene. Type oppgave: Litteraturstudium, numeriske beregninger og laboratorietester. Antall studenter: 1 2 Kontaktpersoner: E Myklebust, M Langseth, OS Hopperstad

6 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 4 av Mikromekanisk modellering av brudd i aluminium Aluminiumlegeringer benyttes blant annet i sikkerhets-komponenter i biler. I en krasjsimulering er det viktig å kunne beregne hvor mye energi som absorberes i en aluminiumskomponent før brudd inntreffer og hvordan sprekken propagerer i materialet. Dette problemet kan studeres ved å benytte mikromekaniske modeller der mikrostrukturen til materialet modelleres detaljert. En elementmodell av materialets kornstruktur lages basert på mikroskopibilder. Kornene modelleres med elasto-plastiske isoparametriske elementer og brudd beskrives med en skade- og bruddmodell. I tillegg er korngrensene ofte myke soner der tøyning lokaliseres og det er partikler inne i kornene og langs korngrensene som må tas hensyn til i modelleringen. Oppgaven går ut på å utvikle en slik mikromekanisk modell for aluminiums-legeringer, og deretter utføre et parameterstudium for å undersøke effekten av f eks fastheten til korn og korngrenser, orientering av korn, samt bruddseigheten til korn og korngrenser. Simuleringene utføres med Abaqus eller LS-DYNA. Type oppgave: Litteraturstudium, modellering, numerisk analyse. Antall studenter: 1 2 Kontaktpersoner: M Fourmeau, T Børvik, OS Hopperstad 2.6 Støt mot rørkonstruksjoner Støtlaster fra blant annet trål og fallende gjenstander kan føre til kritiske skader på rørkonstruksjoner og en komplisert tøyningshistorikk. Metallurgiske undersøkelser har vist at et slikt støt kan føre til innvendig brudd i rørveggens støtsone, noe som kan være meget vanskelig å oppdage. Dersom dette får utvikle seg kan det få store økonomiske og miljømessige konsekvenser. Oppgaven går ut på å modellere materialets mikrostruktur og utsette denne for ulike laster, og dermed få innsikt i hvordan et brudd kan initiere og utvikle seg. Dette er en del av et pågående forskningsarbeid ved SFI SIMLab. Type oppgave: Litteraturstudium, modellering og analyse. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Statoil. Antall studenter: 1-2 Kontaktpersoner: M Kristoffersen, OS Hopperstad, T Børvik

7 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 5 av Prosjektering av aluminiumkonstruksjoner Aluminium som konstruksjonsmateriale har i dag stor anvendelse innen en rekke områder som for eksempel transport, offshore samt innen tradisjonelle bygg. Dette har sammenheng med materialets lave vekt i forhold til styrke samt at materialet i mange sammenhenger ikke trenger overflatebeskyttelse mot korrosjon. Prosjektering og dimensjonering av aluminiums-konstruksjoner skjer i dag med bakgrunn i et regelverk utgitt av Standard Norge og er basert på det de regler som er utarbeidet av den Europeiske standardiseringsorganisasjon CEN. Dette regelverket er nå under revidering og det er da av interesse å få foreta en sammenligning mellom en del av de beregnings-metoder som foreligger i aluminiumstandarden og avanserte numeriske analyser. SIMLab har de siste årene utarbeidet materialmodeller for aluminium og disse er tenkt brukt i dette prosjektet til å studere oppførselen til aluminiumsøyler med tversgående sveis med variabel global og lokal slankhet. Resultatene fra analysene skal sammenlignes med de regler som er angitt i Eurokode 9: Prosjektering av aluminiumkonstruksjoner (Del1-1: Almene regler). I tillegg så er det ønskelig å angi retningslinjer for hvordan numeriske beregninger kan/skal brukes til å bestemme kapasiteten til denne type konstruksjoner. Denne oppgaven er en del av SFI-SIMLab og vil bli gjennomført i nært samarbeid med Hydro Aluminium. Forkunnskaper: Kjennskap til dimensjonering av stål eller aluminiumkonstruksjoner og ha tatt kursene Materialmekanikk samt Ikkelineære elementanalyser. Type oppgave: Litteratursøk, regelverk, modellering og numerisk analyse Antall studenter: 1-2 Kontaktpersoner: M Langseth, OS Hopperstad 2.8 Kapasitet til skrueforbindelser Ved en eventuell kollisjon er det et krav at bilkonstruksjonen skal beholde sin integritet slik at minimale krefter overføres til fører og passasjerer. Dette betyr at de enkelte elementene i konstruksjonen samt forbindelsene mellom disse må oppføre seg på en foreskrevet og kontrollert måte. Ved bruk av aluminium og stål i ramme-konstruksjonen til en bil så er de enkelte elementene sammenføyd med blant annet selvgjengende skruer. I forbindelse med en storskala krasjanalyse med skallelementer så må en modell brukes som beskriver oppførselen til forbindelsen under ulike typer av belastning (strekk, skjær og en kombinasjon av strekk og skjær). For å etablere et grunnlag for en slik modellering så skal det i dette prosjektet gjennomføres et eksperimentelt studium av typiske skrueforbindelser. Disse tester skal så brukes til å kalibrere en eksisterende modell eller danne basis for en ny og forbedret modell for skallanalyser. Denne oppgaven er en del av SFI-SIMLab og vil bli gjennomført i nært samarbeid med Audi i Neckarsulm i Tyskland.

8 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 6 av 77 Forkunnskaper: Kjennskap til dimensjonering av stål eller aluminiumkonstruksjoner og ha tatt kursene Materialmekanikk samt Ikkelineære elementanalyser. Type oppgave: Litteratursøk, forsøk, modellering og numerisk analyse. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Audi. Antall studenter: 2 Kontaktpersoner: D Morin, M Langseth 2.9 Fragmentering av tolags vinduer med sjikt av PVB Mange av personskadene etter bomben i regjeringskvartalet 22. juli 2011 var relatert til splinter og fragmenter av knust glass. I et noe videre samfunnssikkerhets-perspektiv er vinduer ofte et sårt punkt: Glass er et sprøtt materiale, og man ønsker å redusere risikoen for skader ved eventuelt brudd. Men det er også et alternativ å benytte materialer som har høyere seighet. «Skuddsikre glass» er et typisk eksempel. Denne oppgaven, som utføres i samarbeid med Forsvarsbygg, skal se på et laminert vindu hvor det er to lag med glass og et tynt sjikt av plastmaterialet PVB mellom disse lagene. Type oppgave: Litteratur, forsøk, numeriske beregninger. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Forsvarsbygg. Forkunnskaper: TKT4135 Materialmekanikk, TKT4197 Ikkelin. elementanalyser Antall studenter: 2 Kontaktpersoner: AH Clausen, T Børvik 2.10 Deformasjonsmekanismer i polymerer Materialmodeller for metaller begynner nå å få et solid teoretisk grunnlag basert på fysiske mekanismer. Dette er ikke situasjonen for polymermodeller. Det er enda stor usikkerhet knyttet til de underlig-gende deformasjonsmekanismene i polymerer, noe som gjenspeiles i mengden fundamentalt forskjellige modeller som blir brukt. I denne sammenhengen trengs det data og analyse av grunnleggende mekanismer. For eksempel er det interessant å se nærmere på porevekst noe som igjen er relatert til brudd. Et annet tema er å avgjøre om en gitt deformasjon er elastisk, viskoelastisk eller plastisk. Koblingen mellom deformasjon og temperaturendring er et tredje stikkord. Type oppgave: Litteratur, numeriske beregninger, forsøk. Forkunnskaper: TKT4135 Materialmekanikk, TKT4197 Ikkelin. elementanalyser Antall studenter: Inntil 4 Kontaktpersoner: M Andersen, AS Ognedal, AH Clausen, OS Hopperstad

9 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 7 av Materialmodeller for polymerer Ved SIMLab er det utviklet en materialmodell for duktile plastmaterialer. Det vil si at de plastiske deformasjonene er et sentralt element i responsen. Denne modellen er i ferd med å bli tatt i bruk av SIMLabs industripartnere. Men modellen dekker ikke alle situasjoner. I løpet av det siste året er det derfor implementert en ny modell som ivaretar den viskoelastiske responsen, som bl.a. innebærer en hastighetsavhengig E-modul. A B Det foreligger også en ny modell for fiberarmerte materialer, som har en mer sprø karakter. Tanken er å «hale og dra» litt i disse modellene for å evaluere om de gir den ønskede responsen. Type oppgave: Litteratur, numeriske beregninger, muligens forsøk. Forkunnskaper: TKT4135 Materialmekanikk, TKT4197 Ikkelin. elementanalyser Antall studenter: 2 Kontaktpersoner: AS Ognedal, AH Clausen, OS Hopperstad Network stretching 2.12 Oppførsel av aluminium ved høye hastigheter og temperaturer De fleste materialer får større styrke når tøyningshastigheten øker, mens høyere temperatur har den motsatte effekten. Duktiliteten påvirkes også. Koblingen mellom høy temperatur og tøyningshastighet er relevant for flere formål. Ett eksempel er hurtig belastning, hvor det blir temperaturøkning i materialet på grunn av plastisk arbeid. Et annet eksempel er formeprosesser; ikke minst ekstrudering. SIMLab har nylig anskaffet en induksjonsoppvarmer og et infrarødt kamera (måler temperatur) som kan benyttes til å studere denne koblingen. I tillegg til forsøk er det aktuelt å se på materialmodeller som kan benyttes i numeriske simuleringer med elementmetoden. Type oppgave: Litteratur, forsøk, numeriske beregninger. Forkunnskaper: Antall studenter: 2 Kontaktpersoner: TKT4135 Materialmekanikk, TKT4197 Ikkelin. elementanalyser V Vilamosa, AH Clausen, T Børvik, OS Hopperstad 2.13 Validering av ikke-lineære numeriske modeller Validering har blitt et tema som har fått økende oppmerksomhet innen ingeniørfag og forskning de senere år. Man validerer hvorvidt numeriske modeller kan prediktere fysiske forsøk. Altså hvorvidt man løser de riktige ligningene, i kontrast til verifisering, der man undersøker om man løser ligningene riktig. En vitenskapelig

10 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 8 av 77 validering stiller store krav til forsøksdataene, man må avgjøre hvilke parametre som kan benyttes, kunne kvantifisere feilkilder og bestemme gyldighetsområde for valideringen. I dette prosjektet skal det utføres forsøk på tynne stålplater som blir utsatt for dynamisk last i sparkemaskinen. Ikke-lineære numeriske modeller av forsøkene skal simuleres i IMPETUS, en kode som innehar en unik teknologi der høyere ordens elementer kombineres med eksplisitt tidsintegrasjon. Simuleringene skal kjøres både på CPU og på GPU, for å validere implementeringen som er utført i hhv. Fortran og QUDA. Type oppgave: Forsøk, numeriske beregninger. Forkunnskaper: TKT4135 Materialmekanikk, TKT4197 Ikkelin. elementanalyser Antall studenter: 1-2 Kontaktpersoner: G Gruben, M Langset, D Morin 2.14 Krasjsimulering med SIMLab Metal Model Denne oppgaven viderefører arbeid på de 6xxxlegeringer som har blitt studert i fordypningsprosjektet. Arbeidet vil inkludere ytterligere eksperimentelle tester for å dokumentere stokastiske effekter i komponentenes respons og for å karakterisere materialets plastiske anisotropi og duktilitet. De nye eksperimentelle materialdataene vil brukes for å kalibrere en forskningsbasert materialmodell (SIMLab Metal Model) og for å utføre et parameterstudium med hjelp av ikkelineære elementmetoder. Simuleringene utføres med Abaqus eller LS-DYNA. Målet med oppgaven er å etablere en strategi for beskrivelse av brudd i storskala numeriske beregninger. Type oppgave: Antall studenter: 1 2 Kontaktpersoner: OS Hopperstad, S Dumoulin, OG Lademo Litteraturstudium, numeriske beregninger og laboratorietester Karakterisering og modellering av duktilitet av 6xxx og 7xxx aluminiumlegeringer Denne oppgaven vil utføres i samarbeid med Benteler Aluminium Systems (her forkortet til BAS). BAS vil utføre en stor eksperimentell testserie på sine 6xxx (Al-Mg-Si) og 7xxx (Al- Zn-Mg) legeringer for å karakterisere disse med hensyn til ikkelineær respons og duktilitet. Oppgaven tilbyr å delta i deler av dette eksperimentelle arbeidet på Raufoss (opphold finansiert av BAS). Utvalgte data skal behandles for å dokumentere ulike materialers respons og for å finne parametere i en forskningsbasert materialmodell (SIMLab Metal Model). Identifikasjon av bruddparametere vil baseres på numeriske simuleringer av utvalgte materialtester (spesielt skjærprøver). En industriell demonstrator vil etableres i samarbeid med BAS for å dokumentere effekter av den forskningsbaserte modellen sammenlignet med en standard materialmodell. Simuleringene utføres med Abaqus eller LS-DYNA. Målet med oppgaven er å etablere en strategi for beskrivelse av brudd i storskala numeriske beregninger.

11 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 9 av 77 Type oppgave: Litteraturstudium, numeriske beregninger og laboratorietester. Antall studenter: 1 2 Kontaktpersoner: T Tryland, OS Hopperstad, S Dumoulin, OG Lademo 2.16 Effekt av rekrystallisert overflatesjikt Noen aluminiumlegeringer gir ekstruderte profiler med et rekrystallisert overflatesjikt. Dette sjiktet kan bestå av relativt store korn, som kan påvirke responsen av profilene i både i formingsoperasjoner og krasjtilstand. Fenomenet er undersøkt eksperimentelt ved at hydroforming er brukt til å presse ut en stor bulk i et rør slik at dette omformes til et T-knutepunkt. Variasjonen i materialegenskaper er målt gjennom tykkelsen, og formeprosessen er analysert ved hjelp av skall-elementer. I denne oppgaven foreslås en videreføring der røret modelleres med flere volumelementer gjennom tykkelsen slik at enkelte elementer på overflaten gis muligheten til å deformere lokalt uten en absolutt kobling til elementene innenfor. Type oppgave: Litteraturstudium, numeriske beregninger. Antall studenter: 1 2 Kontaktpersoner: T Tryland, OS Hopperstad, S Dumoulin, OG Lademo

12 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 10 av Innmeisling av pælspisser Stålrørspæler for fundamentering brukes der grunnen består av tykke lag med løsmasser. Stålrørspæler med spiss bærer aksiallast ved at spissen bankes ned til og inn i fjellgrunnen.. Nedrammingen med lodd medfører dynamisk påkjenning på stålpælen, og for spissen er det gjerne kritisk i det den treffer fjellet.. Statens Vegvesen har foreslått oppgaven, er en stor bruker av pæler til f.eks fundamenter i vegbroer. I tidligere masteroppgaver for pæler med standardiserte pælspisser er det gjort fullskalaforsøk og databeregninger, en serie modellforsøk i laboratoriet. Oppgaven denne gangen medfører nye laboratorieforsøk og beregninger for å finne massive og hule pælspissers nedtrengning i betong og fjell, for å finne hva som er den mest gunstige og økonomiske utførelsen av spissen. Type oppgave: Laboratorieforsøk, analyse, modellering Antall studenter: 1 Kontakt person: Arne Aalberg 2.18 Kapasitet og stivhet til skjøter Bjelke-søyle-knutepunkter, rammehjørner, skjøter og søylefotforbindelser i bygningsrammer kan utføres leddet, delvis stive eller stive (kontinuerlige). Reglene for dette finner vi bl.a. i Eurokode for stål og for aluminium. Korrekt beskrivelse av knutepunktsoppførselen er viktig for å kunne gjøre riktig konstruksjonsdesign, spesielt når vi benytter oss av dataprogrammer for dette. Det er fortsatt en rekke konstruksjonsdetaljer og skjøtevarianter som ikke er dekket av reglene, eksempler er strekkskjøter i hulprofiler (kvadratiske og sirkulære). I oppgaven skal det gjøres håndberegninger og datamaskinanalyser for å bestemme stivhet og kapasitet i strekkskjøter av hulprofiler, og designes og utføres laboratorieforsøk for noen utvalgte geometrier. Målet er å etabler kapasitets og stivhetsformler for slike detaljer. Type oppgave: Forsøk, modellering, analyse Antall studenter: 2 Kontaktpersoner: A Aalberg, PK Larsen

13 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 11 av Kapasitet til plater med stivere Plater med stivere inngår i store bjelker, broer, beholdere, skip og andre større konstruksjoner. Omfattende beregningsregler er gitt stål- og aluminiumsstandarden. Problemet med plater med stivere er godt egnet for etteregning med datamaskinprogrammer, og beregningsresultater herfra kan gi god støtte til den eksisterende erfaringen på området og forståelsen av de reglene som er stilt opp. I Eurocode 3, del 1-5, er det beskrevet en alternativ metode Reduced stress method som skal undersøkes, og sammenlignes med de vanlige beregningsreglene for platefelt. Oppgaven omfatter litteraturundersøkelse, sammenligninger av regler, og numeriske simuleringer for utvalgte geometrier av avstivede plater. Type oppgave: Litteratur, analyse, modellering Antall studenter: 2 Kontaktpersoner: A Aalberg, PK Larsen 2.20 Kapasitet til stålinnstøpingsdetaljer i betong Forbindelser i betongkonstruksjoner utføres ofte med plater og bolter av stål. I en hovedoppgave er det utført forsøk med innstøpte ståldetaljer, med forankring i form av armeringsstenger eller med standardiserte ståldybler med boltehode. Denne oppgaven skal videreføre dette arbeidet, og arbeidet omfatter litteraturundersøkelse, oppstilling av beregningseksempler, sammenligninger av regler, deltakelse i laboratorieforsøk og sammenligninger for utvalgte geometrier og forbindelsesløsninger. Type oppgave: Litteratur, beregning, forsøk. Antall studenter: 2 Kontaktpersoner: A Aalberg, J.A. Øverli

14 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 12 av TREKONSTRUKSJONER 3.1 Høyere Tre Hus Basert på dagens teknikk innen produksjon av limtre og massivtre, ønsker vi å undersøke om disse elementene sammen kan utnyttes bedre til å danne stammen for høyere hus med tre som bærende system. Det er også ønskelig at dette kan gjennomføres på en måte som enten viser bæresystemet på utvendig, eller innvendig side. Det tas sikte på systemer som kan passe i urbane strøk hvor antall etasjer kan være opptil 20. Hovedtyngden vil nok allikevel være på bygg mellom 5 og 12 etasjer. Det må i tillegg til bruddgrensebetrakninger knyttet stabilitet og bæreevne, også bli lagt tilstrekkelig vekt på bruksgrensekrav som fleksibilitet av både komponenter og bygningene som helhet (forskyvninger, stivhet), nedbøyninger og vibrasjonsegenskaper. Oppgaven fokuserer primært på tekniske aspekter ved bæresystemer. Aktuell belastning vil enten være jordskjelv eller vind. Stikkord: Utforming av bæresystem Momentstive rammer Skiveløsninger Alternative avstivningssystemer Vibrasjoner og svingninger pga vind Fleksibilitet i forbindelser Type oppgave: Analytiske/numeriske modeller, beregninger Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo, Haris Stamatopoulos

15 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 13 av Vibrasjoner i etasje-skiller av tre Tre er et lett byggemateriale og det kan settes i svingninger både av rytmisk menneskelig aktivitet som gange og dans, så vel som av vindbelastning. I denne oppgaven vil vi benytte etasjeskillere sammensatt hovedsakelig av trebaserte materialer som studieobjekt. Tradisjonelt har utviklingen av etasjeskillere vært basert på bygging av en eller flere prototyper som prøves både i laboratorium og i felten. Ønskede egenskaper til etasjeskiller er mest knyttet til vibrasjoner forårsaket av bevegelse av personer eller maskiner og lydskillende egenskaper primært mellom forskjellige boenheter. Som et bidrag til utvikling av bedre etasjeskillere basert på bruk av tre og trekonstruksjoner i samvirke med andre materialer, gjennomføres det prosjekter hvor med både eksperimentelle forsøk og numeriske simuleringer med elementmetoden (Abaqus) inngår. Hensikten med dette arbeidet er å se på muligheten for å benytte lengre spennvidder ved å introdusere momentinnspenning ved endene og noe mere dempning. Numeriske simuleringer og eksperimentelle resultater benyttes i parallell for å klarlegge hvordan slike etasjeskillere bør konstrueres for å gi gode resultater. Type oppgave: Eksperimentell undersøkelse og eventuelt numerisk simulering Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo

16 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 14 av Multi-skala modellering av mekanisk oppførsel av trematerialer Ingen av de etablerte materialmodellene på makronivå, som brukes i for eksempel elementmetoden, representerer mekanisk oppførsel til materialet tre når man overskrider grensen for ren elastisk oppførsel. Det er gjort noen studier og undersøkelser som tyder på at det er mye å hente på dette området ved å benytte seg av multi-skala modellering. Oppgaven går ut på å innhente informasjon om det som er gjort på dette området og å bygge opp og prøve ut en enkel prototypmodell basert på dette konseptet. Type oppgave: Numerisk modellering Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo

17 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 15 av Lange aksialbærende skruer i trekonstruksjoner Bygging av stadig høyere trehus krever bedre forbindelser, både med tanke på styrke, stivhet og materialeffektivitet. Oppgaven vil gå ut på å utvikle beregningsmetoder for deformasjon og kapasitets beregninger av knutepunkter med mekaniske forbindelsesmidler. Spesielt interessant er utviklingen av lengre og større selvborende skruer og gjengestag. Disse bidrar til en rekke nye muligheter når det gjelder treforbindelser ved å kombinere stor styrke og stivhet, med lav pris og enkel montasje. Men det er fremdeles mye uvisst rundt oppførselen til slike forbindelser, spesielt når det kommer til bruddutvikling og samvirke mellom skrue og tre. Ved å betrakte treet som en kompositt, med utpregede ortogonale egenskaper vil en elementmetodesimulering kreve mer avanserte materialmodeller enn for metaller. Dette gjør arbeidet med treforbindelser ekstra utfordrende. Det er derfor lagt opp til at det i tillegg til numeriske simuleringer kan gjøres laboratorieforsøk. Oppgaven skal utføres i samarbeid med en PhD student som arbeider med dette temaet og oppgaven vil være er en videreføring av tidligere prosjekt og masteroppgaver Type oppgave: numeriske modeller, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / Haris Stamatopoulos

18 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 16 av Nye forbindelser og systemer for avstivning av trebruer. I dagens norske buebruer i tre tjener hengestengene ofte også som sideveis avstivning av buene. Det har vært antatt at det ikke lar seg gjøre å spenne inn limtretverrsnittene ved fundamentet tilstrekkelig mhp sideveis moment-påkjenning og torsjon. Dette er nødvendig for å sikre stabilitet mot knekning/vippings tendenser av buene. Innfesting og utforming av momentstive hengestenger medfører ekstra kostnader som kanskje er unødvendige. Det finnes i dag forbindelsesmidler som kan gi både stor stivhet og styrke, og prosjektet skal undersøke om dette er tilstrekkelig til å gi enklere utførelse av buebruene. Selve innfestingen av hengestenger i trebuene er en detalj som kan gi betydelig skjærkrefter og tverrstrekk og som lett kan bestemme dimensjonene til limtrebuene. Også her er det et potensiale for forbedringer og oppgaven åpner også for at dette kan bli et tema. Type oppgave: numeriske modeller, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo

19 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 17 av Karakterisering av brudd i trematerialer. På grunn av trematerialenes anisotrope karakter er det ikke like lett å bestemme kriterier for brudd i tre som det er for eksempel for isotrope metaller som stål. Strekk og trykkfasthet er forskjellig i de forskjellige retninger og interaksjonen mellom de forskjellige spenningskomponentene er mer komplisert. Vi har allerede en god del forsøksresultater og noen kandidater for bruddkriterier, men har ikke noe etablert og akseptert bruddkriterium for tre. Oppgaven går ut på å studere dette nærmere og se på om vi kan komme nærmere et bruddkriterium som fungerer. Stikkord vil være litteratursøk, bruk av tilgjengelige forsøksdata, supplerende eksperimentelle forsøk og enkel modellering av bruddkriterier. Type oppgave: analytisk, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo 3.7 Skjærstyrke og skjærbrudd i trematerialer. Skjærbrudd i trevirke følger sort sett fiberretningen. Det er en interaksjonsvirkning mellom spenninger som forårsakes av endringer i fukt og derav dimensjonsendringer, og spenninger som skyldes ytre last. Tidligere dimensjonsendringer og andre historieeffekter har også betydning. I tillegg kan størrelsen på selve tre-tverrsnittet ha betydning (size-effect). Eurokode 5 har innført en egen sprekkfaktor for å ta hensyn til noen av disse effektene, men den synes dårlig fundert og dokumentert. Instituttet har nylig utviklet en forholdsvis enkel metode for å gjennomføre skjærtesting av trematerialer og vi skal i denne oppgaven benytte dette til å få avklart mere av hvilke forhold som styrer skjærstyrken som kan benyttes i beregninger. På grunn av trematerialenes anisotrope karakter er det ikke like lett å bestemme kriterier for brudd i tre som det er for eksempel for isotrope metaller som stål. Strekk og trykkfasthet er forskjellig i de forskjellige retninger og interaksjonen mellom de forskjellige spenningskomponentene er mer komplisert. I denne oppgaven fokuseres det på skjær i fiberretning, men vi vil også se på små variasjoner av vinkel mellom kraft og fiberretning for å få et mål på sensibiliteter. Type oppgave: analytisk, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo

20 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 18 av The influence of grading on the reliability of timber structures. Typical problems in structural engineering such as design, assessment, inspection and maintenance planning are decision problems subject to a combination of inherent, modelling and statistical uncertainties. Recent developments in the field of structural reliability together with the formulation of probabilistic models for the structural response and for loads enable the structural engineer to quantify these uncertainties and establish his decisions on a consistent basis. The results of these advances are summarized in the Probabilistic Model Code (PMC) published by the Joint Committee on Structural Safety (JCSS) [1]. The PMC contains general guidelines for uncertainty modelling, reliability assessment and probabilistic models for loads and material resistance for building materials such as concrete and steel. Lately, also a probabilistic model code for structural timber has been developed [2], [3]. During the development it has become apparent that several fundamental issues require more research and development. In particular it has been found that the present practice in regard to strategies to quality control or grading of timber raw material introduces significant uncertainties on the performance of timber structural components. In the present Master Project existing control schemes for timber grading machines are analyzed and assessed in regard to their ability to reduce the variability of timber material properties. A benchmark study is performed on how different quality control schemes influence the reliability of timber structures. The project and the corresponding thesis are performed in English. Group work is possible. No specific requirement in reliability theory and statistics is required. The necessary tools and procedures will be introduced in a short course at the beginning of the project. Contact: Jochen Köhler, jochen.kohler@ntnu.no References [1] Joint Committee of Structural Safety (JCSS, 2001). Probabilistic Model Code, Internet Publication: [2] COST Action E 24, Reliability of timber structures. Several meetings and Publications, Internet Publication: [3] Köhler J., Sørensen J.D. and Faber M.H. (2006). Probabilistic modelling of timber structures. Journal of Structural Safety, Volume 29 (4), pp

21 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 19 av Reassessment of the integrity of a partially failed glulam structure A 4 year old large span timber structure has partially failed, i.e. a large glued laminated timber beam from the roofs secondary structure has failed in bending. On the day of failure there was negligible wind and no snow on the roof. First investigations detected a considerable overload from the earth backing on the green roof the corresponding load reached 2.4 kn/m2 instead of 0.8 kn/m2, as was considered in design. Furthermore, one single bending test on a similar glued laminated timber beam taken from the roof s secondary structure led to unexpected low strength values, i.e. only 70% from the characteristic strength of the associated strength class. The objective of the present project is the reliability based reassessment of the integrity of the structure. Probabilistic models of the loads and the resistance of the roof structure are developed and updated according to information from tests on the material strength of the glued laminated timber beam, as well as measurements and control schemes on the loading. Possible risk reducing measures are assessed and ranked in regard to their cost efficiency. The project gives the possibility to apply high level scientific methodologies to a practical engineering problem. The project and the corresponding thesis are performed in English. Group work is possible. No specific requirement in reliability theory and statistics is required. The necessary tools and procedures will be introduced in a short course at the beginning of the project. Contact: Jochen Köhler, jochen.kohler@ntnu.no

22 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 20 av Rigid and ductile joints for seismic resistant timber frames In seismic design of structures a careful balance of stiffness, strength and ductility is required in order to ensure a good structural performance in terms of serviceability and safety in case of minor and major seismic excitation respectively. Lateral stiffness, strength and ductility can be provided in timber structures by means of diagonal bracing or sheeting, but the price is the architectural restrictions they impose. On the other hand, timber moment resisting frames can provide more delicate and open architectural solutions. The overall stiffness and strength of moment-resisting frames relies significantly on the respective stiffness and strength of their joints. In addition, when it comes to seismic design, ductility is also required. Due to the generally brittle nature of wood, energy dissipation should take place in the joints. As a result, the joints in such a system are absolutely critical and governing. Apart from seismic design, stiffness of joints can contribute to control wind-induced vibrations and ductility can enhance robustness. The use of screwed-in long threaded rods, in small inclinations to the grain direction, and metallic coupling parts can be a strong alternative to the traditionally used type of fasteners for the development of timber moment resisting joints. Recently, the application of this new type of fasteners has shown great potential in terms of moment carrying ability and stiffness [1]. Moreover, pre-installation of rods in the timber elements allows for a high degree of prefabrication. When it comes to ductility, a reliable prediction of the connection capacity is required, in order to apply capacity design and avoid brittle failure of the timber elements. Ductile behavior can then be achieved through yielding of the metallic coupling parts or possibly in a smooth, un-threaded length of the rods. The lack of knowledge of proper design, documentation of mechanical behavior, design guidelines and design codes for this type of fasteners are obstacles for the development of more effective timber connections. The objective of this project is to enhance the knowledge about the mechanical behavior of screwed-in long threaded rods through experimental investigation. In particular, uniaxial withdrawal tests of single rods will be performed both in monotonic and cyclic loading. Parameters will be the length and the diameter of the rod and the angle between the rod axis and the grain. References [1] Malo, K.A. and Ellingsbø, P., On Connections for Timber bridges, International Conference Timber bridges, ICTB2010, ISBN , Lillehammer, Norway, September 12-15, Project type: Experimental Number of students: 1-2 Contact: Kjell Arne Malo / Haris Stamatopoulos

23 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 21 av Reassessment of the structural integrity of a partly deteriorated concrete structure To date the build infrastructure is rather well developed and future challenges in structural engineering will more and more shift from the design of new structures towards the reassessment of existing structures. In the present project a reinforced concrete bridge with partly corroded reinforcement is considered and several options for reassessment of the structural integrity are discussed and performed. The methods used will be on the edge what is known today. So, the project will address rather relevant and recent research challenges; at the same time it will be highly relevant for practice. It is an attempt to perform this project in close collaboration with the Norwegian road authorities. Contact: Jochen Köhler, jochen.kohler@ntnu.no 3.12 Cost efficiency and safety of structures risk based calibration of structural design codes The built environment, i.e. infrastructural elements, industrial buildings and facilities as well as residential buildings, constitutes the basis for our economy and the continuous development of our society. In this respect structures play an important role, since the primary purpose of a structure is to provide the functionality of the built environment and the safety of its users. Consequently, a large proportion of a society s economic resources are invested in the continued development, maintenance and renewal of structures. It is therefore of great importance that decisions made in connection with structures are optimal, in the sense that the benefits of structures as well as the possible adverse consequences, such as loss of lives and damage to the environment, and the direct and indirect costs are considered and optimal decisions are identified. The general purpose of modern structural design codes is to help the structural engineer in providing structures that fulfill the basic societal requirements, namely, safety for personnel, safety for the environment and cost effectiveness. The kernel of a design code is the so-called safety concept that regulates the treatment of uncertainties, e.g. related to material resistance, loads and idealized calculation models. It is of utmost importance that the safety concepts of structural codes are calibrated in order to provide an optimal balance between investments into safety and risk for the vast majority of structures. In the present project the students formulate a framework for risk and reliability based code calibration. The framework is then applied to different chosen practical design situations, and the corresponding safety concept of the design code is calibrated. Contact: Jochen Köhler, jochen.kohler@ntnu.no

24 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 22 av BETONGKONSTRUKSJONER 4.1 Beregning av betongskall Betongskall kan dimensjoneres på ulike måter. Sandwichmodeller og lamellmetode kan brukes for å ta hensyn til membran- og bøyevirkning. Oppgaven går ut på å vurdere de ulike modellene, og hvordan de tar hensyn til tverrskjær i dimensjoneringen. En del av oppgaven er en gjennomgang av litteratur på området. Det skal utarbeides et dimensjoneringsprogram for betongskall. Type oppgave: Litteratur og beregning Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: J.A. Øverli, M. Hendriks 4.2 Beregningsregler i Eurokode 2 Eurokode 2 er gjeldende Norsk Standard for prosjektering av betongkonstruksjoner. Oppgaven går ut på å se på bakgrunnen til regelverket i Eurokode 2. Aktuelle tema er skjærkraftkapasitet, konsentrerte laster, slanke søyler og forankring. En del av oppgaven er en gjennomgang av aktuell litteratur på området. Type oppgave: Litteratur og beregning Antall studenter: 3-4 Kontaktperson: J.A. Øverli 4.3 Numerisk simulering av armert og forspent betong Oppgaven går ut på numerisk simulering av forskjellige typer konstruksjoner i armert og eventuelt forspent betong med FEM-programmet DIANA. Aktuelle problemstillinger er fiberarmerte konstruksjoner, konsentrert last på plate og gulv på grunn. Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: Max 5 Kontaktperson: Max Hendriks, J.A. Øverli 4.4 Duktilitet av lettbetong På grunn av lettbetong sin lave densitet vil den i en del tilfeller være gunstig å bruke i konstruksjoner. I forhold til en normal betong har lettbetong en mye sprøere bruddoppførsel. Dette gjør at lettbetong ikke kan brukes i en del sammenhenger hvor det er krav til duktil oppførsel, for eksempel i områder med jordskjelvbelastning. I regi av instituttets deltakelse i forskningsprogrammet COIN gjennomføres det forskning innen dette fagområdet. Sentralt i denne oppgaven er prøving av bjelker av lettbetong i laboratoriet for å studere duktiliteten og effekten av ulike tiltak for å øke duktiliteten. Kværner ønsker å se på muligheten for bruk av lettbetong i sine LNG og offshore prosjekter. Sentralt i denne vurdering er derfor hvordan økt duktilitet kan gi tekniske og økonomiske mulige løsninger ved bruk av lettbetong. Denne oppgaven gjøres i samarbeid med Kværner. Type oppgave: Litteratur, testing og beregninger Antall studenter: 2-4 Kontaktperson: J.A. Øverli, Tore Myrland Jensen (SINTEF), Kjell Tore Fosså (Kværner)

25 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 23 av Beregningsmetoder for betongbruer Oppgaven(e) tar utgangspunkt i fullstendig tegningsgrunnlag for eksisterende eller prosjekterte bruer (evt også tilstandsundersøkelser for skadete bruer), og vil i utgangspunktet starte med verifikasjon av kapasitet i bruks- og bruddgrensetilstanden. I tillegg inngår en FoU-relatert del og her er mange tema aktuelle, for eksempel: -Sammenligning av resultater fra ulike beregningsmetoder (FE modeller basert på skallelement vs 3D rammeprogram) -Dimensjonering basert på resultater fra ikkelineær elementmetode. - Spesielle lasttyper (tvangskrefter fra forspenning, temperatur, og fundamentsetninger etc) - Effekter av stivhetsendring som følge av opprisset betong - Effekter av armeringskorrosjon på bære-evne -Alternative bæresystemer -Oppfølging av instrumenterte bruer Type oppgave : Litteratur- og beregningsoppgave Antall studenter: Kontaktpersoner: 2-4 studenter NTNU: T. Kanstad, J.Øverli, M. Hendriks Statens Vegvesen: Helge Brå, Håvard Johansen 4.6 Beregning og prøving av Leonardo da Vinci brua For noen år siden ble det bygd en modell av denne brua i høgfast fiberarmert betong, dvs helt uten tradisjonell armering. Brua er ei ca 4m lang buebru bygd direkte etter Da Vincis skisser mer lik «originalen» enn trebrua som er bygd på Ås. Oppgaven går ut på å beregne brua ved hjelp av håndregning og elementmetoden (lineært og/eller ikkelineært) og gjennomføre prøving til brudd i laboratoriet. Oppgaven gir konstruksjonsforståelse av bue- og skallkonstruksjoner samt erfaring og kunnskap om beregningsmetoder for bruer. Type oppgave : Eksperimentell og teoretisk Antall studenter: 2 studenter Kontaktperson: T. Kanstad, M. Hendriks og K.Høiseth

26 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 24 av Betongkonstruksjoner med fiberarmering Polymer- basalt-, eller stålfiberarmering som full eller delvis erstatning for ordinær stangarmering kombinert med selvkomprimerende betong er for tiden et aktuelt tema innen forskning og utvikling i byggebransjen. I regi av instituttets deltakelse i COIN (Senter for forskningsbasert innovasjon innen betong) gjennomføres det omfattende forskning innen dette fagområdet. Flere oppgaver er aktuelle, og kan omfatte andeler av litteraturstudium, eksperimentelt arbeid (prøving av bjelker og/eller plater i laboratoriet, oppfølging av feltforsøk), og utredning av beregningsmetoder og regelverk. For tiden arbeides det både med norsk regelverk i regi av Norsk betongforening og internasjonalt regelverk som et tillegg til Eurocode 2. Type oppgave: Eksperimentelt arbeid og beregningsmetoder Antall studenter: 2-4 Kontaktperson: T. Kanstad, Elena V Sarmiento, Giedrius Zirgulis 4.8 Betongkonstruksjoner med pålimt karbonfiberforsterkning Pålimt karbonfiberforsterkning (Mer generelt: Fibre Reinforced Polymer Composites) har blitt mye benyttet til forsterkning og reparasjon av betongkonstruksjoner i utlandet. Økt bruk forventes også i Norge, og denne oppgaven tar utgangspunkt i forsterkningsplater levert av firma Elmico AS som pt gjennomfører et FoU prosjekt hos Sintef. Slike plater bidrar med økt stivhet i bruksgrensetilstanden, økt momentkapasitet og økt skjærkapasitet. Oppgaven innebærer gjennomføring av forsøk i laboratoriet (bjelkeforsøk) og utredning og evaluering av aktuelle beregningsregler. Type oppgave: Eksperimentelt arbeid og beregningsmetoder Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: T. Kanstad, Ola Skjølsvold (Sintef)

27 MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2012 Side 25 av BETONGTEKNOLOGI Masteroppgave innen betongteknologi omhandler fire hovedtemaer: fersk betong, ung betong, herdet betong og levetid (bestandighet, nedbrytning, sustainability). Eksempler er gitt nedenfor. 5.1 Selvkomprimerende fiberbetong Fiber blir et viktig alternativ/supplement til stangarmering i fremtidens betong. I bærende konstruksjoner kreves det relativt store mengder fiber og god fordeling av denne for å oppnå tilstrekkelig bæreevne og sikkerhet. Store fibermengder bidrar imidlertid til vesentlig redusert støpelighet (redusert flyteevne), hvilket er spesielt uheldig med tanke på ønsket om å utvikle selvkomprimerende betong (SKB) som den fremtidige standardbetongen. Oppgaven går ut på å undersøke hvordan ulike typer fiber påvirker tilslagspartiklenes pakning og behovet for pasta og matrix og de tilhørende reologiske egenskaper. Type oppgave: Litteraturstudium, beregninger, lab. undersøkelse Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: S. Jacobsen, M. Geiker Samarbeid med: COIN Foto: Busterud et al, / Akselerasjon av bindemiddelets reaksjon Bruk av bindemidler med flygeaske øker behov for akselerasjon av bindemidlets reaksjon med vann. Kjemiske tilsetningsstoffer kan brukes, men også små partikler (filler) kan øke hastigheten av sementens reaksjon med vann. Arbeidet dekker: a) Litteraturstudium av betydningen av mengde og type av filler på sementens reaksjon; b) Planlegging, utførelse og analyse av eksperimentelle undersøkelser, blant annet måling av reaksjonsvarme. Type oppgave: Litteraturstudium, laboratorietester Antall studenter: 1 2 Kontaktpersoner: Mette Geiker, Klaartje De Weerdt (SINTEF) Samarbeid med: COIN Styrt avbinding og herding Både på anlegg og i bygg har det etter hvert blitt vanlig å bruke selvkomprimerende betong basert på lavvarme-sement. Dette gir potensielt økt produktivitet, forbedret utstøpningsresultat og også konstruksjoner med bedre bestandighet. En ulempe er forlenget avbindingstid og relativt langsom styrkeutvikling. Dette kan f eks bidra til økt formtrykk i høye vegger, og utsatt riving av forskaling. Uønsket retardasjon kan kompenseres med bruk av aksellererende tilsetningstoffer. Det finnes nå både størknings- og herdingsakselleratorer med god effekt. Det finnes imidlertid lite tilgjengelig informasjon om temperatur-følsomheten for slike stoffer. Oppgaven går ut på å gjennomføre et laboratorieprogram for å