Analys av beräknade och uppmätta påkänningar i betongbeläggning
Typ
Examensarbete på grundnivå
Program
Maskinteknik 180 hp (högskoleingenjör)
Publicerad
2023
Författare
Skommargård, Oskar
Modellbyggare
Tidskriftstitel
ISSN
Volymtitel
Utgivare
Sammanfattning
Betongvägar är mer slitstarka och kräver mindre underhåll än asfaltsvägar men utgör idag endast en
procent av Sveriges vägnätverk. Från ett tidigare projekt finns uppmätta förskjutningar och töjningar
från en testsektion av en betongväg på väg E4 vid Uppsala. I denna rapport redovisas en förenklad
tre-dimensionell finita elementmodell av testsektionen samt beräkningar av olika lastfall för
jämförelser med uppmätta rörelser med avsikt att validera den svenska dimensioneringsmetoden av
betongvägar. Inledningsvis genomfördes en litteraturstudie där den svenska dimensioneringsmetoden
och olika modelleringsmetoder undersöktes för att ta fram en metod för projektet. Betongvägen
består av tre lager: en betongbeläggning, ett asfaltsskikt samt en komprimerad undergrund.
Vägmodellen för projektet skapades med FEM-programvaran Abaqus och analysen avgränsas till
statisk analys av linjärelastiska material. Betong kan antas ha ett linjärelastiskt beteende upp till en
tredjedel av den maximala tryckhållfastheten vid tryckbelastning och upp till en tiondel av den
maximala tryckhållfastheten vid dragbelastning vilket prövades genomgående i projektet. De
beräknade värdenas mätpunkter i modellen motsvarade sensorernas verkliga placeringar i
testsektionen för att möjliggöra jämförelser. Nominella värden på elasticitetsmoduler och årstidsdata
används för att simulera de verkliga förhållandena.
3D-modellen skapades enligt undersökt metod och vägskikten modellerades till en sammansatt
vägkropp med så kallad tie-kontakt i Abaqus. Randvillkor applicerades på vägkroppen för att
möjliggöra beräkningarna och en mesh skapades. Elasticitetsmodulerna har anpassats för att få
modellen väl överensstämmande med verkligheten för samtliga lastfall. Modellen visar god
överenstämmelse med de uppmätta förskjutningarna men sämre överensstämmelse för
töjningsmätningarna och då olika lastfall jämförs. Temperaturlaster ger upphov till förhållandevis
stora förskjutningar av betongbeläggningen. Eventuella mätfel och felkällor diskuteras, där främst
avgränsningen till statisk analys anses ge felaktigt beräknade resultat. Förslag på förbättringar till
modelleringen presenteras för att möjliggöra mer noggranna analyser.
Beskrivning
Ämne/nyckelord
FEM , statisk analys , linjärelastiskt material , betongbeläggning , elasticitetsmodul , förskjutning , töjning , spänning