Stötbelastade betongbalkar

Som en del i ett pågående forskningsprojekt på Chalmers tekniska högskola har den strukturella responsen hos stötbelastade betongbalkar studerats. I ett nu avslutat doktorandprojekt togs en provmetodik fram, vilken så här långt framgångsrikt har använts i fyra försöksserier. Fokus på utförda studier har legat på den strukturella responsen vid stöt samt resthållfasthet och kvarvarande deformationsförmåga hos en stötbelastad balk. Vidare har möjligheten att kombinera så kallad Digital Image Correlation (DIC) med höghastighetsfilmning utvärderats med mycket gott resultat.

På Konstruktionsteknik, Chalmers tekniska högskola, pågår sedan mitten av 90-talet forskning med inriktning mot impulsbelastade betongkonstruktioner. Detta arbete har bedrivits med ett långsiktigt mål att förbättra kunskapen inom ämnesområdet och har bland annat resulterat i fyra doktorsavhandlingar samt ett stort antal examensarbeten. I denna text ges en övergripande beskrivning av nu pågående forskningsprojekt inom detta ämnesområde.

Figur 1: Jämförelse av struktur med hög styvhet- och lastkapacitet men låg deformationsförmåga med en struktur med låg styvhet- och lastkapacitet men hög deformationsförmåga.

Impulsbelastad konstruktion
Den last som kan uppstå vid händelse av till exempel en explosion eller en stöt utgörs ofta av en intensiv lastpuls med en kort varaktighet – ofta benämnd impulslast – med helt andra egen­skaper än de statiska laster som normalt beaktas vid dimensionering av byggnadsverk. På grund av denna skillnad i last så kan en impulsbelastad konstruktion uppvisa en struktur­respons som i flera avseenden skiljer sig mot vad som fås vid en motsvarande statisk belast­ning. Vidare gäller att de egenskaper som normalt är önskvärda hos en statiskt belastad konstruktion – hög styvhet och lastkapacitet – inte nödvändigtvis efterfrågas hos en impulsbelastad konstruktion. Vid impulsbelastning är det istället normalt strukturens energiupp­tagande förmåga – det vill säga kombinationen av styvhet, lastkapacitet och deformationsförmåga – som är viktig. Ofta är det mer optimalt att strukturen uppvisar en låg lastkapacitet men hög deformationsförmåga än att den innehar en kombination av hög lastkapacitet men låg deformationsförmåga, se figur 1. För ett sådant fall sker energiupptagning företrädesvis via stora deformationer istället för med stora krafter.
Tillgänglig deformationsförmåga är således av stor vikt för en impulsbelastad konstruktion. I litteraturen ges olika anvisningar för hur deformationsförmågan hos en armerad betongkonstruktion kan uppskattas. Dessa baseras dock oftast på responsen av en statisk last samtidigt som det inte är självklart att de är direkt överförbara till en impulsbelastad konstruktion. Ett syfte med utförda försöksserier har därför varit att undersöka hur deforma­tionskapaciteten hos en armerad betongkonstruktion påverkas om den utsätts för en impuls­belastning.

Varför fallviktsförsök?
Den aktuella forskningen på Chalmers har sin grund i projekt finansierade av Räddnings­verket (-2008) respektive Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB, 2009-), och ursprungligt fokus låg på betongkonstruktioner ut-satta för en explosion. Optimalt skulle den studerade impulslasten således bestå av en luftstötvåg genererad av en explosion. Försök involverande sprängladdningar
är dock både dyra och svåra att genomföra och kan dessutom vara betydligt mer besvärliga att utvärdera. För att simulera en impulslast har lasten i här presenterade studier därför istället applicerats i form av en stöt från en fallvikt som släppts från en given höjd. Även om det i en stötlast finns uppenbara skillnader mot en explosionslast så har den strukturrespons som uppstår
av båda lasttyperna betydande principiella likheter.

Artikelförfattare:
Morgan Johansson, Norconsult och Chalmers tekniska högskola
Joosef Leppänen, Chalmers tekniska högskola

Läs hela artikeln i Bygg & teknik nr 7/18.