Problemställning
Traditionella beräkningsmodeller är ofta konservativa och kan inte fullt ut beskriva bärförmåga och deformationskapacitet hos nya konstruktions- och materiallösningar. Stålfiberarmerad betong (SFRC) används alltmer som enskild armering för betongkonstruktioner som t ex plattor på mark och pålunderstödda plattor. Dock finns osäkerhet kring dimensioneringsmetoder, duktilitet, sprickutveckling och restkapacitet i bruks- och brottgränstillstånd.
Syftet med detta projekt var att genomföra en unik fullskalig lastprovning av en flerfälts SFRC-pålunderstödd platta för att studera sprickbildning, deformationer och brottlast, samt att samla in detaljerad mätdata för att förbättra framtida dimensioneringsmodeller och standarder.
Resultat
Resultaten från provningen kan sammanfattas i fyra huvudpunkter:
- Sprickbildning (SLS): De första sprickorna observerades vid lastnivåer motsvarande ca 30 % av den beräknade brottlasten. Sprickorna utvecklades kontrollerat och sprickvidderna hölls under 0,6 mm i bruksgränstillstånd (SLS), vilket är i linje med Eurokodens krav.
- Deformationer (SLS): Plattans nedböjningar var lägre än L/500 vid SLS. Vid högre lastnivåer visade plattan god duktilitet, med gradvis ökande deformationer utan plötslig kollaps.
- Brottgränstillstånd (ULS): Plattan uppvisade stabilt beteende upp till 60 kN/m². Slutligt brott inträffade först vid ca 77,8 kN/m², vilket motsvarar cirka 30 % över den dimensionerande lasten. Brottet skedde genom en kombination av böjbrott och lokal stansning runt vissa pålar.
- Mätdata: Fiberoptiska töjningsgivare och DIC (Digital Image Correlation)-analys gav högupplösta data över sprickbildning och töjningar. De bekräftade att stålfibrerna bidrog till lastöverföring efter sprickbildning och bidrog avsevärt konstruktionens seghet.
Sammanfattningsvis visade testet att SFRC har potential att användas som enskild armering i flerfälts-plattor på pålar. Resultaten ger underlag för förbättrade dimensioneringsmodeller och framtida standardisering.
Genomförande
Fullskaleprovningen genomfördes enligt följande steg:
Konstruktion: En fullskalig platta med måtten 20 × 16 m (5×4 fack) och tjocklek 250 mm gjöts på ett pålsystem med Ø700 mm pålar. Plattan armerades enbart med stålfibrer (≈48 kg/m³).
Materialprovning: Tryckhållfastheten på betongen varierade mellan 35–43 MPa. Drag- och böjprov på prismor och balkar verifierade fiberarmeringens bidrag till residualkapaciteten. Verifiering av fibermängd genom provtagning av färsk och hårdnad betong.
FEM-analys: En 3D-modell i AxisVM användes för att analysera lastfall och bestämma kritiska lastområden för testet. Analysen låg till grund för placering av mätutrustning och lastzoner.
Pålastning: Pålastning utfördes med storsäckar fyllda med stålslagg (densitet ≈3500 kg/m³). Laster applicerades sekventiellt från ca 40 till 80 kN/m². Fem laststeg genomfördes: initialt SLS, därefter successivt upp mot ULS och slutligt brott. Lasten bibehölls mellan de olika laststegen i 4-7 dagar.
Instrumentering: Plattan försågs med 13 LVDT-givare för vertikala deformationer
Fiberoptiska töjningsgivare (Luna ODiSi) för kontinuerlig töjningsmätning. Digital bildkorrelation (ARAMIS) för 3D-deformationsmätning. Sprickmikroskop och ultraljud (Pundit Lab) för sprickbredd och sprickdjup. Temperaturgivare (termoelement) och kameror för att kontinuerlig registrera lastförlopp och för att temporärt för töjningsmätning.
Dataanalys: Resultaten analyserades med fokus på sprickutveckling, last-deformationskurvor och energidissipation. De jämfördes med FEM-analysen för kalibrering och framtida förbättringar av beräkningsmodeller.
Metodiken säkerställde ett mycket detaljerat underlag som kan användas för standardisering och utveckling av nya riktlinjer för SFRC.
Utrustning
- FEM-programvara (AxisVM)
- Lastmaterial: stålslagg i säckar (3500 kg/m³)
- 13 st LVDT-deformationsgivare
- Fiberoptiska töjningsgivare (Luna ODiSi)
- Digital bildkorrelation (ARAMIS)
- Sprickmikroskop och ultraljud (Pundit Lab)
- Termoelement
- Kameror för dokumentation och analys
Standarder
- SS-EN 1990: Eurokod – Grundläggande regler
- SS-EN 1991-1-1, 1991-1-3, 1991-1-4: Laster på bärverk
- SS-EN 1992-1-1: Betongkonstruktioner
- ACI 437.2-13: Load testing of concrete structures
- ISO 16311: Tillståndsbedömning av betongkonstruktioner
FIB Bulletin 80: Proof loading of concrete structures
