Cracking due to restraint stresses in early-age radiation shielding wall

• Autorzy: Knoppik-Wróbel A.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cracking in early-age concrete walls develops mainly due to thermal restraint stresses. These cracks are of great concern in the structures where strict tightness requirements are defined such as the walls of radiation shielding containments. The paper aims at defining major phenomena responsible for early-age cracking and discusses the main factors which influence these phenomena. Structural behaviour of early-age walls is presented on the example of a radiation shielding wall in which severe early-age cracking was observed. The currently used methods for structural analysis of early-age walls are referred to and discussed. It is shown that the analysis of such structures can be performed with simple approaches suitable for manual calculations if the behaviour of the analysed structure is understood. The cracking risk in walls depends mostly on the temperature change during cooling, thermal gradient at the thickness of the wall and the degree of restraint. The degree of restraint should be limited by construction of the wall in short segments; as the degree of restraint is a known value, the design, execution and curing of the wall should concentrate on limitation of the temperature change to a calculated value. In the important structures the temperature development should be continuously measured and its unexpected changes should be instantaneously accommodated.

PL

Wczesne rysy termiczno-skurczowe w ścianach betonowych powstają głównie w efekcie termicznych naprężeń wymuszonych. Rysy te są poważnym problemem w konstrukcjach, dla których określone są rygorystyczne wymagania szczelności, takich jak ściany obudów ochrony radiologicznej. Celem artykułu jest zdefiniowanie głównych zjawisk odpowiedzialnych za powstawanie tych rys oraz omówienie głownych czynników mających wpływ na te zjawiska. Zachowanie ścian wykonanych z młodego betonu zostało przedstawione na przykładzie obudowy ochrony radiologicznej, w której we wczesnym wieku zaobserwowano poważne rysy. Przywołano oraz omówiono obecnie stosowane metody analizy zachowania ścian betonowych we wczesnych fazach dojrzewania betony. Wykazano, zrozumienie zachowania tych konstrukcji pozwala na ich analiza przy użyciu prostych, manualnych metod obliczeniowych. Ryzyko zarysowania ścian zależy głównie od spadku temperatury podczas chłodzenia, gradientu temperatury na grubości ściany oraz stopnia skrępowania. Stopień skrępowania należy ograniczać poprzez realizację ściany w postaci krótkich segmentów; jako że stopień skrępowania jest wartością znaną, projektowanie, wykonawstwo oraz pielęgnacja ściany podczas jej dojrzewania powinny koncentrować się na ograniczeniu temperatury do wyznaczonej wartości. W odpowiedzialnych konstrukcjach temperatura powinna być mierzona w sposób ciągły, a jej niezamierzone zmiany powinny być natychmiastowo korygowane.

Słowa kluczowe

EN

early age cracking; radiation shielding; reinforced concrete wall; restraint stress

PL

wczesne zarysowanie; ochrona radiologiczna; ściana żelbetowa; naprężenie wymuszone

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 7, no. 3
• Strony: 49--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Knoppik-Wróbel A.

• Department of Structural Engineering, Silesian University of Technology, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Klemczak B., Knoppik-Wróbel A.; Analysis of earlyage thermal and shrinkage stresses in reinforced concrete walls, ACI Structural Journal, 2014; Vol.111, No.2, p.313-322
• [2] Nilsson M.; Restraint factors and partial coefficients for crack risk analyses of early age concrete structures, PhD thesis, Luleĺ University of Technology, Luleĺ 2003
• [3] Flaga K.; Naprężenia skurczowe i zbrojenie przypowierzchniowe w konstrukcjach betonowych (Shrinkage stresses and surface reinforcement in concrete structures), Monograph 391, 2nd edition, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2011 (in Polish)
• [4] ACI Committee 207; Report on thermal and volume change effects on cracking of mass concrete (ACI 207.2R-07), ACI Manual of Concrete Practice, Part 1, 2007
• [5] Japan Society of Civil Engineers; JSCE Guidelines for concrete. No. 15: Standard Specifications for concrete structures. Design, 2011
• [6] PN-EN 1992-3. Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 3: Liquid retaining and containment structures, 2008
• [7] de Schutter G., Taerwe L.; Early-age thermal cracking tendency of massive concrete elements by means of equivalent thickness, ACI Materials Journal, 1996; Vol.93, No.5, p.403-408
• [8] Klemczak B., Knoppik-Wróbel A.; Comparison of analytical methods for estimation of early-age thermalshrinkage stresses in RC walls, Archives of Civil Engineering, 2013; Vol.59, No.1, p.97-117
• [9] Emborg M.; Thermal stresses in concrete structures at early ages, PhD thesis, Luleĺ University of Technology, Luleĺ 1989
• [10] PN-EN 1992-3. Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings, 2008
• [11] Flaga K.; Naprężenia własne termiczne typu “makro” w elementach i konstrukcjach z betonu (“Macro” type self-induced thermal stresses in concrete elements and structures), Monograph 106, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 1990 (in Polish)
• [12] CEP-FIP; fib Model Code for Concrete Structures 2010, Ernst & Sohn, 2013
• [13] ACI Committee 209; Report on prediction of creep, shrinkage and temperature effects in concrete structures (ACI 209R-92), ACI Manual of Concrete Practice, Part 1, 1997
• [14] CEP-FIP; fib Bulletin 70. State-of-the-art report: Code-type models for concrete behaviour. Background of MC2010, 2013
• [15] Kiernożycki W.; Betonowe konstrukcje masywne (Massive concrete structures), Polski Cement, Kraków 2003 (in Polish)
• [16] Klemczak B., Knoppik-Wróbel A.; Early-age thermal and shrinkage cracks in concrete structures – influence of geometry and dimensions of a structure, Architecture – Civil Engineering – Environment, 2011; Vol.4, No.3, p.55-70
• [17] Klemczak B., Knoppik-Wróbel A.; Early-age thermal and shrinkage cracks in concrete structures – influence of curing conditions, Architecture – Civil Engineering – Environment, 2011; Vol.4, No.4, p.47-58
• [18] Bamforth P. B., Price W. F.; Concreting deep lifts and large volume pours, Construction Industry Research and Information Association, London 1995