Analysis of the impact horizontal post tensioning has on the deflection and vibration properties of CLT floors and composite floors of CLT and concrete

Bygninger står for en tredjedel av klimagassutslippene til atmosfæren (Hestnes & Eik-Nes, 2017). For å redusere utslippene har en av de viktigste tiltakene vært å se på alternativ, og mer miljøvennlig materialbruk. Dette har igjen ført til en økning i konstruksjoner oppført i tre, og bruken er utvidet til nye typer bygninger. Denne utviklingen har ført til ny satsning på krysslimt tre, og etterspørselen har økt eksponentielt de siste årene. Tre som konstruksjonsmateriale har likevel noen begrensinger som gjør at det ikke er anvendbart i alle sammenhenger. For store bygg har begrensninger i spennvidden, og krav til vibrasjoner og nedbøying på dekker vært problematisk. Et middel som er mye brukt for å øke spennvidden til dekker og broer i betong er forspenning. I denne oppgaven er det gjort en analyse av påvirkningen forspenning har på KL-tre dekker og samvirkedekker av KL-tre og betong. Analysen utføres både ved modellering og fullskala tester. Det ble utført nedbøyning- og akselerasjonstester før og etter forspenningen for å påvise eventuelle endringer i dekkenes egenskaper. To KL-tre dekker og to samvirkedekker av KL-tre og betong har blitt analysert. Alle elementene har dimensjoner på 1,74 x 9 meter. Både resultatene fra den numeriske modellen og fullskalatestene tyder på at stivheten kan økes med forspenning. For samtlige elementer var økningen i stivhet høyere i testene enn i den numeriske modellen. Fullskalatestene viste en økning i stivhet på 23,5% og 11,5% for massivtreelementene og 0,29% og 8,65% for samvirkeelementene. I den numeriske modellen økte stivheten med 6,8% for massivtreelementet og ble redusert med 4,2% for samvirkeelementet. Testene og den numeriske modellen viste at forspenning hadde gode effekter på nedbøying. Fra dette er det konkludert med at forspenning kan være et middel for å møte krav dersom krav til nedbøying er dimensjonerende. Fra fullskalatestene ble det funnet liten eller ingen endring i egenfrekvenser før og etter forspenningen. Den numeriske modellen viste derimot økning i egenfrekvensene. For modellen av massivtreelementet økte egenfrekvensen med 0,94 Hz og modellen av samvirkeelementet økte med 0,48 Hz. Fra fullskalatestene kan det ikke påvises at forspenning har noen påvirkning på vibrasjonsegenskapene. De numeriske analysene indikerer at forspenning har påvirkning på vibrasjonsegenskapene. De beregnede verdiene for demping var høye, og resultatene ble derfor vurdert til ikke å være pålitelige. Fra testene er det derfor ikke mulig å trekke noen slutning i om forspenning påvirker demping. Akselerasjonene fra gangtestene viste at alle elementene har problemer med resonans. På grunn av kun én testperson og et begrenset antall tester ble resultatene vurdert til ikke å kunne brukes til sammenlikning. Fra testene er det derfor ikke mulig å trekke noen slutning i om forspenning påvirker akselerasjon. Testresultatene knyttet til stivhet og egenfrekvens, som påvirker akselerasjonen, indikerer likevel at akselerasjonen i elementene ikke har endret seg i stor grad.Buildings account for one third of greenhouse gas emissions to the atmosphere (Hestnes & Eik-Nes, 2017). In order to reduce emissions, one of the most important measures has been to look at alternative and more environmentally friendly use of materials. This in turn has led to an increase in constructions listed in wood, and its use has been extended to new types of buildings. This trend has led to new investments in cross laminated wood (CLT), and use of the product has increased exponentially in recent years. However, wood as material for construction has some limitations which make it not applicable in all contexts. For large buildings, limitations in the span, and requirements for vibration and deflection of floors have been problematic. A mean widely used to increase the span of concrete floors and bridges is post tensioning. In this thesis an analysis has been made of the influence of post tensioning on CLT floors and composite floors of CLT and concrete. The analysis is performed both by modeling and full-scale tests. Deflection and acceleration tests were performed before and after post tensioning to detect any changes in the slab’s characteristics. Two CLT slabs and two composite slabs of CLT and concrete have been analyzed. All elements have dimensions of 1.74 X 9 meters Both the results of the numerical model and the full-scale tests indicate that the stiffness can be increased with post tensioning. For all elements, the increase in stiffness was higher in the tests than in the numerical model. The full-scale tests showed an increase in stiffness of 23.5% and 11.5% for the solid wood elements and 0.29% and 8.65% for the composite elements. In the numerical model, the stiffness increased by 6.8% for the CLT element and was reduced by 4.2% for the composite element. The tests and the numerical model showed that post tensioning had good effects on deflection. From this, it is concluded that post tensioning can be used for meeting criterias if deflection criteria is the design value. From the full-scale tests, little or no change in natural frequencies was found before and after the post tensioning. The numerical model, on the other hand, showed an increase in the natural frequencies. For the model of the CLT element, the natural frequency increased by 0.94 Hz and the model of the composite element increased by 0.48 Hz. From the full-scale tests, it cannot be shown that post tensioning has any effect on the vibration properties. The numerical analyzes indicate that post tensioning has effects on the vibration properties. The calculated damping values were high, and the results were therefore considered to be unreliable. From the tests it is therefore not possible to decide whether post tensioning changes damping or not. The accelerations from the walking tests showed that all elements have resonance problems. Due to only one test person and a limited number of tests, the results were considered not to be used for comparison. From the tests it is therefore not possible to decide whether post tensioning has effects on acceleration or not. However, the test results related to stiffness and natural frequency, which effect the acceleration, indicate that the acceleration in the elements has not changed much.Skanska Norge, CCL, Ny Struktur, UniconsubmittedVersionM-B