1

TG 7: Tidsrelaterte effekterRapport fra pågående revisjon av Eurocode 2 (EC2 202X)

Standard Morgen 26. April 2017: Terje Kanstad: Prosjektering og utførelse av framtidens betongkonstruksjoner

Hva er nytt?Kapittel 3: Materialer , 3.1 Betong Annex B: Kryp, svinn og elastisk tøyningAnnex D (Nytt): Veiledning for begrensning av riss pga fastholdte volumendringer. (Guidance to restrict early-age cracking)

2

Kan noe bli bedre?

Eldar Høysæter 1978

3

Bidrag til redusert opprissing, mer nøyaktig deformasjonsberegning, og bedre ressursutnyttelse? Tja …..

4

Gisundet bru på Senja …

5

• Åpner for bruk av resirkulert tilslag i C30 og lavere uten spesiell dokumentasjon.

• Modifiserte formler for fasthetsutvikling • Tabeller for kryp og svinn• Kryptøyning gitt som: εcc(∞,t0) = φ(∞,t0)·(σc/Ec) • Ec= Tangent E-modul ved 28 døgn (gitt i tabell)

Kapittel 3.1: Materialer, Betong

6

Cement type

High early strength

R

Ordinary early strength

N

Low early strength

S

Strength class

s tdor(d) s tdor(d) s tdor(d)

<C35 0,3 0,35 0.35 0,45 0.4 0,5C40-C55 0.2 0,3 0.25 0,4 0.35 0,45

>C60 0.1 0,3 0.17 0,35 0,3 0,4

Table D1

Parametrene beskriver at fasthetsutviklingen er avhengig av sementtypen, og er raskere ved økende styrke

Kapittel 3.1: Materialer, Betong: Nye uttrykk for fasthetsutvikling:

7

Forklaring av sement-typene

• R: CEM 42,5 R, CEM 52,5 N, CEM 52,5 R• N: CEM 32,5 R, CEM 42,5 N• S: CEM 32,5 N

• Tilsatt slagg eller flyveaske gjør herdningen mer langsom, og det kan være nødvendig å justere klassen.

• Dette skal korrdineres med regle i NS-EN 206 (sjekk hvis mulig)

8

Elastisk deformasjon

• E-modulen avhenger av materialsammensetningen, spesielt tilslaget• EC2-verdier er indikative for generelle anvendelser• E-modulen bør fastlegges mer nøyaktig hvis E-modulen er avgjørende

for konstruksjonsdelens oppførsel

• Tabellverdiene i EC2 er gitt for «kvartsitt-tilslag» • Eventuelle korreksjonsfaktorer kan variere mellom 0,5 og 1,3• A Country’s National Annex may refer to non-contradictory

complementary information .

Annex C: Kryp, svinn og elastisk tøyning

9

Comments to the new creep formulation

Prinsipielt mer riktige tidsfunksjoner

10

Dette har betydning for store tverrsnitt/ grove konstruksjoner hvor deformasjoner er avgjørende, for eksempel fritt frambygg bruer

Time [day]

100 1000 10000

Def

lect

ion

[mm

]

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

CEB-FIP MC90

B3 model

Measurement

Nåværende EC2: Omtrent 10% økt kryp fra 10 til 70 år

Ny EC2: 20-25% økt kryp fra 10 til 70 år

11

Modifikasjon basert på prøving …

12

13

Og for svinn …

14

1st step : Beskriv temperaturhistorien

De mest avgjørende parameterene er: -Fersk betong temperatur (Tci), -Omgivelsenes temperature-historie (inkl isolasjon, solstråling, kalde netter ….)

-Temperaturen til den fastholdende konstruksjonen (To)-Temperatur forskjeller pga døgn- og årstidsvariasjoner (ΔTmin)

ΔTmin

En pålitelig temperature beregning eller estimat er en viktig forutsetning for nøyaktigspennings- eller rissviddeberegning. Beregningsprogram, håndberegning eller diagram fra håndbøker/ retningslinjer

Annex D-Veiledning for begrensning av riss pga fastholdte volumendringer (primært fra tidlig alder) .

15

Statisk system for spennings&tøyningsberegninger beskrives enklest ved hjelp av fastholdingsgraden

Fastholdingsgraden, R <0 , 1.0> , beskriver hvordan volumendringene av et konstruksjonselement holdes fast av tilstøtende konstruksjonsdeler:

-For enaksielle tilfeller: Stivheten av det fastholdende systemet delt på total stivhet. -Generelt kan den bestemmes som forholdet mellom opptredende spenning og påført volumendring:

R=σ/(αT ·ΔT ·E)= σ/(εFree ·E)

Dette tilsvarer hva norske brukonsulenter allerede gjør når de regner svinn og temperaturlasttilfellene

16

1st spørsmål: Hvordan kombinere betongens volumendringer med andre aktuelle lastvirkninger?

Herdefasen HydratasjonsvarmeAutogent svinn

ΔTmin

Levetid/ lastvirkningerEffekt av temperatur variasjon UttørkingssvinnLastvirkninger

Proposed text: I bruksgrensetilstanden skal samlet effekt fastholdte volumendringer fra herdefasen og senere og effekt av lastvirkninger tas hensyn til hvis det er spesielle betingelser relatert til tetthet, bestandighet og utseende:-Ved temperaturlikevekt etter herdefasen (tcrit)): -Ved overlevering til kunden-Ved levetiden

17

Direkte beregning av fastholdte tøyninger Estimated crack inducing strain from external restraint:

Where K1 account for creep (Default value=0,65), and R1, R2 and R3 are representative values for the degree of restraint

18

ΔεT(tcrit-t2)=k1(Tmax-To) αT represents the part of the temperature causing tensile stresses. The default value for k1 is 0,9εca(tcrit-t2) is the part of the basic shrinkage occurring in the cooling phase E1 =Ec(t2eq)/(1+k2*φ(tcrit,t2eq)) is an effective E-modulus including both creep and aging effects in the cooling phase. The default value for k2 is 0,8.The creep model in Annex B should be used to determine φ(tcrit,t2eq). E2 and E3 are effective E-moduli representative for the actual load cases.

SpenningsberegningStørste strekkspenning kan bestemmes som::

19

Thermo-mechanical FE analysisSuch methods use various types of software from general purpose to special purpose programs using 1D, 2D, 2,5D or full 3D analyses. The programs simulate the temperature development (and thus the equivalent time-development) throughout the structure and secondly the corresponding strain/stress development. In general the effects of the various measures used to reduce the risk of cracking can be described. Compared to the simplified approach described above, this method can give better accuracy, handle both surface and through-cracking in the same analysis and identify both critical time and critical position. For design following this Annex, the program shall ????

use proposed equations for the various material properties?include the following effects? be verified against benchmarking or field testing?

20

Rissviddeberegning• The crackwidth should be calculated as:

• The term εsm- εsm represents the strain difference between steel and concrete due to external loads, and is given in section 7.x.x

• εr represents the restrained imposed deformations calculated either directly by equation (), or as:

• Note that εo=0 if the imposed deformations are included in the structural analysis and thereby give direct contribution to εsm.

wk,cal=Sr,max,cal(εsm - εsm + εr)

εr= σ1 / E1

Where σ1 is the tensile stresses calculated as described before and E1 is an effective E-modulus including creep

εr

21

Heat released during the hardening process-The total amount of hydration heat (Q∞ (kJ/kg binder) and its time-function strongly depend on binder fineness, mineral composition (possibly FA or slag) and w/b-ratio amongst others. -Furthermore does the required strength class strongly influence the binder content, and therefore also the hydration heat-Refer to the new standards,

prEN 12390-14 «Testing hardened concrete - Part 14: Semi-adiabatic method for the determination of heat released by concrete during its hardening process» prEN 12390-15 «Testing hardened concrete - Part 15: Adiabatic method for the determination of heat released by concrete during its hardening process”.

-Table values and diagrams are available from cement suppliers, in text-books and in guidelines. For relatively rough estimates the values in Table xx below may be used. -The development versus equivalent time can be described as Q(teq)= Q∞exp(-(τ/teq)α) or with similar approaches.

22

Additional parametres needed for temperature calculations

-The values for the heat conductivity may vary within the range 1,2-3,0 J/(s m oK). The recommended default value is 2.5 J/(s m oK). -The thermal diffusivity is the conductivity divided by the heat capacity and specific heat (mm2/s)-Heat capacity (specific heat x concrete density). The specific heat varies typically in the range 0,85-1,15 kJ/(kg oK). The recommended default value is 1,0 kJ/(kg oK).-The surface convectivity may vary in the range from about 3.3J/(s m2oK) for 18mm plywood formwork and no wind to 15J/(s m2oK) for a free concrete surface with 5m/s wind.-Various information describing the construction process (location of casting joints, casting rate, time for formwork removal, initial concrete temperature etc, may have decisive effects on the temperature, stress and strain development. If accurate predictions are required it is therefore important to pay attention to this.

23

Start time for stress development (to )-This parameter is decisive for the stress calculation, and is also termed “end of the dormant phase”. Typically it varies between 8 and 13 maturity hours, but the parameter may be strongly influenced by admixtures. It is important that the choice of parameter is coordinated with basic shrinkage, and the temperature development curves. The parameter may be determined from E-modulus or compressive strength versus time data, from ultrasonic stiffness measurements, from heat release measurements, or from TSTM-test results.

24

The thermal dilation coefficient and basic shrinkage

-The thermal dilation coefficient (αT) may vary with the concrete age, the humidity conditions and the concrete aggregate type within the range 7-12E-6. The recommended default value is10E-6.

-The basic (autogenous) shrinkage, εcb(t), may be calculated from Eq 3.11. It should, however, be noted that the uncertainty is large, which yields both the final value and the time function. Furthermore is the temperature influence on this parameter not yet fully understood.

25

Takk for oppmerksomheten