Ny doktorgrad i betong

Ny doktorgrad i betong

March 15, 2017
Executive Secretary

Hva er virkningene av å ta hull i betong i bygninger, og hvilke tiltak kan man gjøre for å forsterke betongen etter hulltagning? Cosmin Popescu ved Norut Narvik forsvarte nylig sin doktorgradsavhandling ved Luleå Tekniska Universitet.

Tittelen på avhandlingen er "CRF Strengthening of Cut-Out Openings in Concrete Walls - Analysis and Laboratory Tests".

Endrede brukskrav i bygninger
For å imøtekomme endrede brukskrav, vil det ofte være behov for å endre planløsninger gjennom levetiden til bygninger. Dette kan bety innføring av nye åpninger (hulltagning) i bygningselementer som bjelker, vegger og plater.

Hulltagning betyr uunngåelig nok at den konstruksjonsmekaniske kapasiteten reduseres, og som et resultat kreves reparasjon eller forsterkning. Det er imidlertid usikkerhet knyttet til virkningene av hulltagning, og hvordan man skal gjennomføre kompenserende tiltak.

Fremgangsmåter
Tradisjonelt benyttes to fremgangsmåter for å forsterke armerte betongvegger med hulltagning; det etableres en ramme ved hjelp av armert betong eller stål rundt åpningen.

Alternativet er tradisjonelt å øke veggens tverrsnitt. Begge metoder innebærer redusert utnyttelse av bygning under gjennomføring, noe som er med på å redusere ombygningen. Et tredje alternativ er å benytte eksternt pålimte fiberarmerte polymerer (FRPs).

Laboratorieforsøk
I avhandlingen presenterer forfatteren resultater fra eksperimentelle forsøk, hvor effekten av å anvende eksternt pålimte karbonfiberarmerte polymerer (CFRP) for å gjenopprette kapasiteten til en armert betongvegg, som det er tatt hull i. Ni veggskiver med og uten dør-type åpninger i skala 1:2 ble testet til brudd. Veggene ble utsatt for aksiell belastning med lav eksentrisitet (definert som en sjettedel av veggens tykkelse) langs den svake aksen. Dette for å simulere ujevnheter på grunn av variasjoner i tykkelse og forskyvning av platene under byggeprosessen.

Omfattende instrumentering ble brukt til å overvåke skivenes oppførsel under de ulike lastsyklene. I tillegg til klassiske metoder for måling av spenninger og deformasjoner, ble også optiske 3D-målinger ved hjelp av digitale bildekorrelasjon (DIC) anvendt. Disse målingene gir bedre oversikt over bruddmekanismen gjennom at man kan følge utvikling av riss og deformasjoner gjennom hele forsøket.

Ved å skjære ut åpninger ble tverrsnittsarealet redusert med 25 % og 50 %. Dette førte til henholdsvis 36 % og 50 % reduksjon i kapasitet for veggene. For begge tilfeller ble det registrert sprøbrudd på grunn av knusing av betong og avskalling og knekking av armering. Forsterking med CFRP økte den aksiale kapasiteten til veggene med store og små åpninger med 34-50 % og 13-27 %, respektivt. Dette gjenopprettet delvis deres kapasitet, dvs henholdsvis 85-95 % og 57-63 % av opprinnelig kapasitet.

Forslag til ny metode
Som en del av studien ble det også foreslått en ny metode, som kan anvendes for å beregne kapasiteten til vegger, hvor det er skjært ut åpninger og gjennomført påfølgende forsterkning med FRPs (Fiberarmerte polymer). FRP er lette, ekstremt stive og sterke materialer.

Metoden, som er basert på plastisitetsteori, gir svært godt samsvar med eksperimentelle resultater, og vil kunne få stor anvendelse i bygningsindustrien.

Finansiering
Doktorgraden er støttet av Norges Forskningsråd gjennom prosjekt nr 217691 SUREWALLS under RFFNord, utviklingsfondet for den svenske byggenæringen (SBUF) og Skanska AB. Prosjektet er et samarbeid mellom Norut Narvik og Luleå tekniska Universitet.

Flere ansatte med doktorgrad
Cosmin Popescu er den tredje ansatte i Norut Narvik som fullfører sin doktorgrad i løpet av de siste fire månedene.

Les mer: Doktor i betong

Les: Cosmin Popescus avhandling kan leses i sin helhet og lastes ned her.