Modellering av etteroppspente betongbruer med korrosjonsskadet spennarmering

Abstract

Etteroppspente spennarmeringssystemer gjør det mulig å bygge lange og slanke brukonstruksjoner. Etter at spennkablene er spent opp og føringsrørene fylt igjen, er det derimot vanskelig å inspisere tilstanden til spennkablene uten å gjøre destruktive inngrep. Med tidligere kollapser av etteroppspente betongbruer, er det derfor ønskelig å få mer kunnskap om hvordan korrosjon på spennarmeringen påvirker disse brukonstruksjonene. Denne oppgaven tar for seg teori om korrosjon og hvordan dette påvirker spennarmerte brukonstruksjoner. Videre redegjøres det for hvordan korrosjonsskadet spennarmering kan modelleres i FEM-programmet Abaqus, slik at numeriske verktøy kan brukes til å få mer innsikt i de strukturelle konsekvensene ved spennarmeringskorrosjon. Til slutt i denne oppgaven er det gjort en studie der ulike skadescenarioer er simulert, og resultatene er sammenlignet for å finne karakteristikker ved korrosjon på spennarmering. Tidligere studier viser at korrosjon gjør skade på både armeringen og den omkringliggende betongen. Når korrosjon foregår, mister armeringen areal og endrer stålegenskaper. Rustproduktet som dannes av korrosjon, tar i tillegg opp et større volum enn det opprinnelige stålet, som gir et indre trykk i betongen og påvirker samvirket mellom betong og armering. De ulike skadescenarioene som er simulert er (1) tap av heft, (2) redusert spennarmeringsareal og (3) fullt brudd på spennkabel. Resultatene indikerer at tap av heft i indre områder på betongen gir lite eller ingen utslag. Ved redusert spennarmeringsareal og fullt brudd i spennkabel endrer spenning-tøyningsfordelingen seg i stor grad i områder med korrosjonsskade, mens påvirkningen på den globale oppførselen er mindre. Ved stor nok skade risses betongen opp og gir en momentan reduksjon av brukonstruksjonens stivhet. Konsekvensene av korrosjonsskade viser seg å være størst i områder som er høyt belastet med moment, samt områder der en skade på få spennkabler utgjør en stor andel av forspenningen i et tverrsnitt. Resultater knyttet opp mot modellering av korrosjonsskadet spennarmering viser at metoder som separat modellering av betong og armering samt reduksjon av elementtverrsnitt, kan simulere tap av heft og tap av aktivt armeringsareal. For simulering av fullt brudd kan endring av forspenningskraft eller definering av interaksjonsegenskaper mellom betong og armering, tilpasses slik at reforankring av spennkraft blir simulert på en hensiktsmessig måte. TILGJENGELIGHET Åpen