Alkalireaksjoners effekt på betongbruers konstruktive tilstand

Transkript

1 Alkalireaksjoners effekt på betongbruers konstruktive tilstand Tjeldsundbrua i Nordland: Terje Kanstad, Professor, NTNU PhD-prosjekt: Simen Kongshaug, PhD-kandidat, HiOA/NTNU 1 Teknologidagene SVV, Trondheim

2 EN (Eurocode 2): Design of concrete structures New Annex I - Assessment of existing structures (2025): 12 Structural analysis of deteriorated structures 12.1 General (1) This Chapter gives additional rules for concrete suffering chemical or physical deterioration and reinforcement corrosion Reinforcement corrosion: 8 sider 12.5 Alkali-silica reactions (bare overskriften) 12.2 Assessment The assessment of a deteriorated structure is composed of two steps: Assessment of the present state of the structural performance Prediction of its future evolution in function of the present state and the expected rate of propagation of damage. 2

3 Virkning av ASR på konstruksjoners bæreevne Skade Kritisk skadenivå ASR-utvikling: Nedbrytning og riss Ekspansjon som gir tilleggskrefter Nåtilstanden Restlevetid? Tid 3

4 Tjeldsundbrua (1967): Masteroppgave NTNU

5 5 Scanning for å dokumentere nåtilstanden (SVV):

6 Effekter av ASR, tilleggsmomenter: 6 Pga fastholdt krumning: Større ASRutvidelse i plata enn i bjelkene. Dette gir strekk i underkant tilsvarende positiv temperaturgradient Metodikken er basert på SVV Hb 601, Hans Stemland: Alkaliereaksjoner, veiledning for konstruktiv analyse (2016)

7 Effekter av ASR, skader og riss Grove vertikale riss i søylene Rutenett av riss i forankringsklosser og vegger Skader i fuger og på lagre Moderat opprissing i overbygningen Lav E-modul og fasthet (svært stor spredning) 7

8 Momentdiagram og kapasitet: 8 Momentkapasiteten overskrides i feltet dersom lineært elastisk momentfordeling benyttes, OK hvis 10% momentomlagring antas Skjærkapasiteten er svært høyt utnyttet i enkelte snitt Reduksjon i trykkfastheten pga ASR er ikke tatt hensyn til (tilnærmet OK for bruoverbygningen fordi bruddoppførselen er styrt av armeringa for både moment og skjærbrudd) Beregningsmetodikken har betydelig forbedringspotensial, nøkkelord: stivhetsantakelser, momentomlagring og sikkerhetsformat (lastfaktorer) Brua følges godt opp av SVV, og benyttes som case i FoU-sammenheng Tiltak bør gjøres relativt snart. Noen strakstiltak er allerede igangsatt

9 PhD-prosjekt på konstruktive konsekvenser av alkalireaksjoner (AR) i betong Simen Sørgaard Kongshaug, HiOA PhD kandidat på NTNU 9

10 Veiledere Gro Markeset (Hovedveileder) Professor, HiOA Terje Kanstad Professor, NTNU Max Hendriks Professor, NTNU og TU Delft Mahdi Kioumarsi Førsteamanuensis, HiOA 10

11 PhD-prosjekt Forskningsmål: Utvikle/forbedre materialmodell (på betongnivå) som kan anvendes i konstruksjonsanalyser Utvikling av kjemiske prosessen i tid, ekspansjon av betongen og endring i materialegenskaper Forstå konstruktive konsekvenser og utvikle analysemetoder Ekspansjon (vært fokus i Norge) Kapasitet Levetid 11

12 Konstruktive konsekvenser av AR - Hva sier norske retningslinjer for analyser? SVV Hb 601, Hans Stemland: Alkalireaksjoner, veiledning for konstruktiv analyse (2016) Behandler ekspansjonen pga. AR ekvivalent med egentøyninger pga. temperatur og svinn i betongen Krefter oppstår pga. fastholding mot ekspansjon Lokal effekt Nye krefter i konstruksjonen (M-diagram pga. ekspansjon) Global effekt 12

13 Materialoppførsel (egentøyninger) Egentøynginer pga. temperatur og svinn er forskjellig fra egentøyninger pga. AR Temperaturendringer eller svinn gir egentøyning på betongnivå σσ TT σσ = + TT εε = εε σσ + εε TT Ingen skade ved fri ekspansjon AR gir egentøyning på tilslagsnivå; gelen ekspanderer/sveller 13 εε εε σσ + εε AAAA Skade ved fri ekspansjon

14 Materialoppførsel (forts.) Hva er konsekvensene av gel-ekspansjonen? Tilslagsnivå (mesonivå) Trykk i gelen som balanseres med strekkspenninger i sementpastaen og ikke-reaktivt tilslag Mikro-riss (skade) Betongnivå (makronivå) Anisotropisk ekspansjon Anisotropisk reduksjon av stivhet og fasthet og mer ikke-lineær oppførsel Tilslagsnivå Betongnivå 14

15 Materialoppførsel på betongnivå økt ikke-linearitet (duktilitet) Eksperimenter utført av (Giaccio, Zerbino et al. 2008) 15

16 Materialmodellering (betongnivå) Modellerer betongen som et to-fase material Reaktiv del og en ikke-reaktiv del Den reaktive delen (gelen) ekspanderer Graden av gel-ekspansjon er avhengig til kjemiske prosesser σσ pp gg σσ Fordeler med en slik materialmodell er at den reflekterer de fysiske fenomenene! Gel ekspansjon σσ 16

17 Oppsummering Reaksjonsnivå KK + HH 20 OOOO NNNN+ Tilslagsnivå Betongnivå SSSSSS 2 Forskningsmål: Material modell (betongnivå) Konstruksjonsnivå Konstruktive konsekvenser 17

18 18 Takk for oppmerksomheten!