Early age concrete volume changes and thermal actions in practice of reinforced concrete liquid tanks design

• Autorzy: Halicka A. , Franczak-Balmas D.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.135243

Warianty tytułu

PL

Odkształcenia młodego betonu i oddziaływania termiczne w praktyce projektowania żelbetowych zbiorników na ciecze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Due to demand of tightness, the liquid tanks should be designed with particular care. In addition to the liquid pressure, the imposed concrete strains and thermal actions should be taken into consideration. Furthermore, the verification of the ULS in persistent design situation only is not sufficient. The crack control both in persistent situation as well as in early age transient one is necessary for determination of the reinforcement. In the beginning of the design process some assumptions, influencing the future tank performance must be made. First, the tightness class must be chosen, followed by formulation of conditions for crack width control. Next, the critical age of concrete, proper for early age transient situation should be assumed. This age determines the value of imposed strain on the one hand and the effective tensile concrete strength on the other. Then, it should be decided, if any reduction of the effective tensile strength would be applied (reduction associated with non-uniform imposed strain and reduction due to cracking under other combination of actions). Eventually, the decisions for structural analysis should be made, concerning the values of combination factors for actions both for ultimate and cracking limit state and the possible reduction of cross-section stiffness due to cracking caused by thermal actions in ULS. The above-mentioned assumptions are listed and discussed in the paper. On the basis of the discussion the algorithm for crack control in concrete tanks is worked out and proposed. The issues are illustrated with practical example of cylindrical tank for liquid.

PL

Ze względu na wymaganie szczelności, zbiorniki na ciecze należy projektować ze szczególną starannością. Pod uwagę powinno być wzięte nie tylko ciśnienie cieczy, ale także odkształcenia wymuszone betonu i oddziaływania termiczne. Projektowanie w oparciu jedynie o sprawdzenie stanu granicznego nośności w stałej sytuacji obliczeniowej jest niewystarczające. Dla ustalenia przekroju zbrojenia należy przeprowadzić szczegółową kontrolę zarysowania zarówno w sytuacji stałej, jak i w sytuacji przejściowej charakteryzującej okres kilku dni po betonowaniu. Na początku procesu projektowania trzeba podjąć kilka decyzji związanych z założeniami projektowymi. Po pierwsze należy ustalić klasę szczelności determinującą warunki obliczeniowe dla sprawdzenia szerokości rys. Później trzeba założyć wiek betonu, w którym rozważana będzie sytuacja przejściowa. Wiek ten determinuje wartość odkształceń wymuszonych z jednej strony, a wytrzymałość betonu z drugiej. Następnie należy zdecydować, czy przy sprawdzaniu stanu granicznego zarysowania dla quasi-stałej kombinacji obciążeń zastosowane zostaną redukcje wytrzymałości (redukcja związana z odkształceniami samorównoważącymi i redukcja związana z wcześniejszym zarysowaniem wskutek innej kombinacji). Wreszcie, przyjęte muszą być założenia do analizy statycznej - ustalić należy wartości współczynników kombinacyjnych dla stanów granicznych nośności i zarysowania oraz zdecydować, czy w obliczeniach dla stanu granicznego nośności zastosowana zostanie redukcja sztywności przekrojów ze względu na zarysowania np. wskutek oddziaływań termicznych. W niniejszym artykule powyższe problemy zostały zestawione i przedyskutowane. Zaproponowano algorytm postępowania przy projektowaniu zbiorników ciecze. Cale zagadnienie zostało zilustrowane praktycznym przykładem obliczeń cylindrycznego zbiornika na ścieki.

Słowa kluczowe

EN

reinforced concrete tank; liquid tank; tightness; crack control; imposed strain; thermal action; design

PL

zbiornik żelbetowy; zbiornik na ciecz; szczelność; kontrola zarysowania; odkształcenie wymuszone; oddziaływanie termiczne; projektowanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 4
• Strony: 661--674
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Halicka A.

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

autor

Franczak-Balmas D.

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Ajdukiewicz A.B., Kliszczewicz A.T., “Early age shrinkage of natural and recycled aggregate concrete”, RILLEM Proceedings Pro 84 of Seventh International Conference on Concrete under Severe Conditions (CONSEC13), Nanjing, China: 560-571, 2013.
• 2. K. Flaga: „Shrinkage stress and under surface reinforcement in concrete structures” (in Polish), University of Technology Publisher, Cracow 2011.
• 3. E. Gottsäter, M. Johannson, M. Plos, O. I. Ivanov, “Crack widths in base restrained walls subjected to restraint loading”, Engineering Structures 189: 272-285, 2018.
• 4. W. Kiernożycki: “Massive concrete structures: theory, dimensioning, realization” (in Polish), Polski cement Publisher, 2003.
• 5. B. Klemczak, A. Knoppik-Wróbel, “Analysis of early-age thermal and shrinkage stresses in reinforced concrete walls”, ACI Structural Journal 111: 313-332, 2014.
• 6. B. Klemczak, A. Knoppik-Wróbel, “Reinforced concrete tank walls and bridge abutments: early-age behavior, analytical approaches and numerical models”, Engineering Structures 84: 233-251, 2015.
• 7. B. Klemczak, A. Żmij, “Reliability of standard methods for evaluating the early-age cracking risk of thermal-shrinkage origin in concrete walls”, Construction and Building Materials, Volume 226, 30: 651-661, 2019
• 8. M. Knauff, B. Grzeszykowski, A.Golubińska, Minimum reinforcement for crack width control in RC tensile elements”, Archives of Civil Engineering, vol. LXV, issue 1, 2019.
• 9. H.G. Kwak, S-J Ha, J-K. Kim, “Non-structural cracking in RC walls: Part I. Finite element formulation”, Cement and Concrete Research, Volume 36, Issue 4: 749-760, 2006
• 10. A. H. K. Kwan, F. J. Ma, „Two-dimensional early thermal crack analysis of concrete structures by finite element method”, Engineering Structures 143: 1-10, 2017.
• 11. M. Zych M., „Cracking of reinforced concrete tanks. Theory and design”. Cracow University of Technology Publisher, 2017.
• 12. EN 1990 Eurocode 0: Basis of structural design.
• 13. EN 1991-1-5 Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-5: General actions - Thermal actions.
• 14. EN 1991-4 Eurocode 1: Actions on structures - Part 4: Silos and tanks.
• 15. EN 1992-1- Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings.
• 16. EN 1992-1-1/NA Nationaler Anhang - National Festgelegte Parameter - Eurocode 2. Teil 1-1.
• 17. EN 1992-3 Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 3: Liquid retaining and containment structures
• 18. fib Model Code for Concrete Structures 2010, October 2013.
• 19. PN 3264-B/2002 Concrete, reinforced concrete and prestressed structures. Structural analyses and design (in Polish).