EN 1990 Eurokod: Grundläggande dimensioneringsregler för bärande konstruktioner Elisabeth Helsing, Boverket

Transkript

1 EN 1990 Eurood: Grundläggande dimensioneringsregler för bärande onstrutioner Elisabeth Helsing, Boveret EN 1990 den innehåller de grundläggande dimensioneringsreglerna för bärande onstrutioner och är uppdelad i sex apitel och har fyra bilagor, A- D. Innehållet motsvarar i princip det som anges i avsnitt 2 och vissa delar av avsnitt 3 i Boverets onstrutionsregler, BKR, dvs förutsättningar grundläggande rav och grundläggande principer för dimensionering i brottgränstillstånd och brusgränstillstånd allmän lassificering av laster och hur arateristisa och dimensionerande värden på laster sa bestämmas lastombinationer allmänt om beräningsmodeller. Huvudtexten i EN 1990 är formulerad så att den sa vara tillämplig på alla typer av byggnadsver. Preciseringar av vad som gäller för olia byggnadsver ges i bilaga A som är normativ. I den atuella versionen finns bilaga A1 som gäller för byggnader. Fler bilagor, t.ex. för broar (A2), silos, master mm är under utarbetande. Övriga bilagor är informativa och innehåller dels ritlinjer för tillförlitlighetsdifferentiering (B), grunderna för partialoefficientmetoden (C) och dimensionering genom provning (D). Eurooderna ger lisom många andra europastandarder möjlighet till en viss grad av anpassning till nationella förhållanden, vilet har ansetts nödvändigt eftersom det är varje land ansvarar för säerheten på sitt territorium enligt EGs Byggprodutdiretiv. Detta ser genom så allade NDP (nationellt valda parametrar). Sådana val får göras endast där det uttrycligen står i standarden att det är möjligt, och de stycen där det är möjligt listas i förordet till standarden. I samtliga fall innehåller då ocså standarden reommendationer inom vilet intervall eller vila värden eller metoder som bör väljas. I de nu atuella versionerna av Eurooderna har denna möjlighet utnyttjats i alltför hög grad och även för annat än rent säerhetsmärriga aspeter av politisa säl, men målsättningen och den Europeisa Kommissionens uttrycliga önsan är att möjligheterna till nationella val i nästa generation av Eurooder sa unna nedbringas till ett minimum. För de nationella valen ansvarar de föresrivande myndigheterna i samråd med andra myndigheter och branschen och valen ommer för de typer av byggnadsver som Boveret har föresriftsrätt för att anges i en speciell föresriftsserie EBS. De ommer doc att tillhandahållas främst som en informativ nationell bilaga till själva standarden (bilaga NA). Den nationella anpassningen för EN 1990 är ännu ej lar men sa enligt överensommelse på europanivå träda iraft senast den 1 april I detta sammanhang besrivs därför enbart huvuddragen i den ommande nationella bilagan. Målet för detta arbete är att EN 1990 med sin nationella bilaga sall vara livärdig med BKR och att de båda systemen sall ge i stort sett samma resultat. I stort ommer den nationella anpassning att bygga på det arbete som lades ner för att anpassa föregångaren till EN 1990, dvs ENV till svensa förhållanden. 4

2 EN 1990 är avsedd att använda tillsammans med övriga Eurooder; EN 1991 (laster) och EN EN 1999 för bärförmåga hos olia onstrutionsmaterial. Dessa är ännu ej utgivna. I pratien an man inte tillämpa EN förrän även åtminstone de grundläggande delarna av övriga Eurooder är lara och dessa fått sin nationella anpassning. Vad siljer respetive förenar EN 1990 och de grundläggande dimensioneringsreglerna i BKR. EN 1990 bygger båda på samma grundläggande principer; dimensionering i gränstillstånd och partialoefficientmetoden. I EN 1990 Besrivs vissa grundläggande förutsättningar som måste vara uppfyllda för att de dimensioneringsprinciper som besrivs och de värden som anges sall unna tillämpas. Motsvarande antaganden är inte nedsrivna i BKR men man måste doc förutsätta att de utgör villor även för tillämpning av reglerna i BKR. Detta avsnitt innehåller inte någon särpning av reglerna i BKR. Principer och råd I samtliga Eurooder är stycena indelade i två ategorier; principer (principles) och råd (application rules). Principerna utgörs av allmänna utsagor och definitioner samt rav och analytisa modeller för vila inga alternativ tillåts såvida inte detta särsilt anges. Dessa mareras med ett P efter stycets nummer. Råden består av allmänt vedertagna regler som stämmer överens med principerna och som uppfyller raven i dessa. Det är alltså i stort sett samma begrepp som när det gäller föresrifter och allmänna råd i BKR. Angivna värden i EN 1990 ges i råd eller i bilagor - informativa och normativa - aldrig i principerna. Värden på partialoefficienter som sa användas anges som reommenderade värden i den normativa bilagan A och hänvisar till nationella val som måste göras och som ommer att redovisas i den nationella bilagan NA. De partialoefficienter som Boveret eller Vägveret anger an därmed inte ändras av ensilda onstrutörer. Differentiering av säerhet I EN 1990 används begreppet appropriate degrees of reliability i allmänna ordalag, dvs utan diret oppling till säerhetsindex β. I BKR har man angett en formell beräningsmässig säerhetsnivå genom värden på säerhetsindex β. Sälet till detta är att preciseringen av erforderlig säerhetsnivå an göras genom ett relativt fåtal värden på β som är oberoende av onstrutionsmaterial och onstrutionstyp. Med utgångspunt från β-värden och data om laster, material och onstrution an γ-värdena beränas med en preciserad metod, t ex enligt ISO Det bör doc poängteras att hur man än bestämmer säerhetsnivån måste förfarandet betratas som i hög grad formellt. I EN 1990 anger man även att det är möjligt att differentiera bärver med hänsyn till säerhet och anger i bilaga B flera principiella metoder för att göra detta varav dett system linade det vi har i BKR med tre säerhetslasser med olia partialoefficienter i dessa är ett. Det är därför fullt möjligt att med Eurooderna genom de nationella valen behålla det system med säerhetslasser och som vi bedömer som i högsta grad relevant 5

3 med hänsyn till att olia bärver och bärversdelar har olia betydelse ur säerhetssynpunt. Systemet med säerhetslasser utnyttjas ju främst vid dimensionering i brottgränstillståndet i BKR även om möjlighet finns att tillämpa det även i brusgränstillståndet, genom att ett intervall för säerhetsindexet β anges där. I EN 1990 finns det inget som hindrar att man genom nationella val preciserar genomför säerhetslasser även för brusgränstillståndet. För att få liformighet med BKR ommer doc i princip samma grad av precisering när deg gäller säerhetslasserna att göras med de nationella valen. En vitig sillnad när det gäller partialoefficienter för säerhetslasser mellan EN 1990 och BKR blir dete doc. I BKR differentieras säerhetslasser med partialoefficienten γ på bärförmågesidan medan i den nationella anpassningen av EN 1990 denna n säerhetsdifferentiering genom förs med γ d ändrat index som placeras på lastsidan. Detta innebär både för- och nacdelar. Fördelarna är att dimensioneringsvärdet för t.ex. en förtillverad bärversdel an anges oberoende av säerhetslass, dvs oberoende av avsedd användning och att det leder till förbättringar vid olinjära problem. En pratis nacdel är att man vid lastnedräning måste ändra lastvärdena beroende på vilen bärversdel som studeras. Exempelvis sall lasten på en platta i säerhetslass 2 öas då den förs ned i en pelare i säerhetslass 3. Detta är en ompliation som räver viss systemati vid beräningarna. Det var ocså orsaen till att γ n i BKR placerades på bärförmågesidan där det inte är något problem med att välja olia hållfasthetsvärden för olia bärversdelar. Livslängdstänandet I motsats till BKR siljer inte EN 1990 på onstrutionsdelar som är åtomliga och inte åtomliga för inspetion och underhåll. En viss anpassning an doc göras genom att man nationellt an reglera tillämpningen av livslängdslasserna. Reversibla och irreversibla brusgränstillstånd Det an vara acceptabelt att ett brusgränstillstånd översrids tillfälligt och ortvarigt men oacceptabelt om det är permanent. Därför siljer man i EN 1990 på irreversibla respetive reversibla brusgränstillstånd. Om ett irreversibelt brusgränstillstånd översrids uppommer en permanent sada, t ex en stor permanent nedböjning av en bal eller en permanent spricbildning hos en spännbetongonstrution. Om ett reversibelt brusgränstillstånd översrids uppommer en tillfällig sada eller olägenhet, t ex en tillfälligt stor nedböjning av en bal till följd av en ortvarig hög last eller en tillfällig spricbildning i en spännbetongonstrution, som till följd av spännraften upphör om lasten minsar. Ett annat exempel på reversibla brusgränstillstånd är vibrationer. I den nationella bilagan ommer det därför att anges olia β-värdena för reversibla respetive irreversibla olägenheter. 6

4 Klassificering av laster När det gäller variabla laster införs nya begrepp i EN 1990 och nya fatorer ψ som inte stämmer helt överens med de som används i BKR idag. Så här ser sambanden mellan dessa begrepp ut: EN 1990 BKR Karateristist värde Q Karateristist värde Q Kombinationsvärde ψ 0 Q Icefrevent värde Vanligt värde ψq ψ 1,infqQ Frevent värde ψ 1 Q Kvasipermanent värde ψ 2 Q Långtidsvärde ψ 1 Q Behandling av mått och formavvielser samt modellosäerhet Måttavvielser och toleranser behandlas i Eurooderna i materialdelarna och principerna är där något olia i de olia delarna. Detta an vara en nacdel för onstrutioner och onstrutionsdelar där olia material ingår och samverar. Man an doc onstatera att inte heller i BKR ges principer för hur toleranser bör väljas och hur de bör beatas i beräningarna. I Eurooderna sanas i allmänhet uppgifter om modellernas osäerheter och om hur modellerna är valda från statistis synpunt, om de uttrycer medelvärdet, 5 %-fratilen eller något annat. Hänsyn till modellosäerheten an dels tas vid bestämning av partialoefficienten för material γ M dels vid utformning av modellen med dess numerisa värden. Några enhetliga principer eller ritlinjer för hur modellosäerheten sall beatas är en angelägen fråga vid den framtida utveclingen av Eurooderna. Var införs partialoefficienten för säerhetslass? För att den grundläggande evationen för det dimensionerande värdet för laster (6.1a) i EN 1990 även sall täca fallet med mer än en säerhetslass måste den srivas om på följande sätt F = γ γ F d där γ d är partialoefficienten som beatar säerhetslass. γ d är därmed en fator varigenom γ G och γ Q modifieras med hänsyn till säerhetslass. Något om andra partialoefficientenγ Sd d Enligt EN 1990 sa partialoefficienten γ Sd som beatar modellosäerheten vid olinjära problem väljas så ogynnsamt som möjligt. Provräningar har visat att denna metod an leda till orealistisa dimensioneringsvärden på lasteffeten, särsilt för geotenisa problem. Det finns doc en möjlighet att anbringa γ på ensilda laster. En välvillig F rep f, i 7

5 tolning av detta sulle unna innebära att γ G och γ Q delas upp i olia γ för beräningsmodellen (γ ) Sd och för själva lasten (γ Gr och γ Qr ). En sådan uppdelning bör endast tillämpas om det finns ett doumenterat underlag för en rimlig bedömning av osäerheterna hos såväl lastvärden som lasteffeter så att osäerheternas inveran på partialoefficenterna an bestämmas. Ett exempel där detta an vara tillämpligt är jordtryc i ohesionsjord (lera) där osäerheten vid totalspänningsanalys huvudsaligen finns i sjuvhållfastheten och beräningsmodellen och i mindre grad i jordens densitet här betecnad ρ. Detta an beatas genom användning av partialoefficienterna γ ρ ochγ Sd. Det ativa jordtrycet beränas med partialoefficienten γ ρ på densiteten och γ Sd på jordtrycet. Om hela partialoefficienten γ = γ γ läggs på densiteten blir jordtrycet orealistist stort. F ρ Sd Tanen är att någon valificerad institution sa ge ut reommendationer om hur detta an tillämpas. Partialoefficienterna γ Gsup och γ G inf EN 1990 anger att variationer hos den pemanenta lasten sa beatas genom att två värden på den permanenta lasten används, ett övre och ett undre värde. Detta an göras på i princip två sätt beroende på om variationerna är större eller mindre och hur änsligt bärveret är för sådana variationer. I noramlfallet an man anta att G är onstant (medelvärdet) och enbart ansätta två partialoefficienter γ och γ Ginf. Gsup I följande två exempel visas hur γ och γ Ginf sall användas: Gsup 1) Maximalt fältmoment i spann BC sall bestämmas. Den permanenta lasten utgörs av egentyngden t ex bal och betongplatta och den antas lia i de båda spannen. Variabel last är inte visad i figuren. a) b) c) Gsup G Ginf G Ginf G Gsup G A B C A B C A B C 2) Problemet antas här gälla negativt moment i rambalens mitt. Ginf G Gsup J Gsup J 8

6 Som undantag till vad som visas i det första exemplet an i vissa fall γ Gsup och γ Ginf opplas till olia delar av samma onstrution. Då sall även det arateristisa värdet G antas ha ett högre värde G, sup och ett lägre värde G, inf. Denna regel bör endast användas då osäerheten i G är stor t ex vid jordtryc - eller om onstrutionen är särsilt änslig, t.ex. vid förspända betongonstrutioner. Lastombinationer i brottgränstillståndet I EN 1990 an man nationellt välja vilet grundläggande uttryc för lastombinationer för vanlig eller tillfällig dimensioneringssituation som sa användas. Det ena är ett alternativ med enbart ett uttryc (6.10) och det andra ett alternativ med två ombinerade uttryc (6,10 a och 6.10b). Evationerna behöver doc modifieras något för att ta hänsyn till l partialoefficienten γ d för säerhetslass. I den nationella bilagan ommer det att anges att det sistnämnda alternativet sa användas i Sverige och vila förändringar som sa göras med hänsyn till säerhetslass. Innebörden av detta an illustreras på följande sätt. Med en permanent last G och en variabel last Q samt bärförmågan R an för en enel men vanlig typ av problem dimensioneringsvilloret srivas G + Q R där deterministisa onstanter som överför last till lasteffet är utelämnade. Betecningen η införs som definieras av sambandet Q η = G + Q Vidare införs 1 Rd = γ γ G + Q d där γ t an uppfattas som en form av global partialoefficient för lasten, dvs den totala effeten av de arateristisa lasterna sall multipliceras med γ t (och γ d ) för att erforderlig bärförmåga sall bli densamma som om partialoefficientmetoden tillämpas diret. Med γ G =1, 35, ξ = 0, 89, γ Q =1, 5 och ψ 0 = 0, 7 (vila är värden som ger en så bra överensstämmelse som möjligt med BKR i säerhetslass 3) an γ t uppfattas som en funtion av η och grafist illustreras som i figur 1. I samma figur visas ocså den linje som representerar ev t Figuren tyder på att de två evationerna 6.10a och 6.10b är en bättre besrivning av den sannolihetsteoretisa grunden än evation GD Dessutom ger dessa ett något gynnsammare resultat dvs mindre lasteffet. Det finns en möjlighet att i evation 6.10a endast inludera permanent last och om denna tillåts fås den pricade linjen i figur 1. Detta samband motsvarar lastombination 3 i tabell 2:321a i BKR. 9

7 Geotenisa onstrutioner När det gäller geotenisa onstrutioner i brottgränstillståndet anges tre möjliga sätt att verifiera bärförmågan, med olia dimensioneringsvärden och uppsättningar av partialoefficienter (bilaga A1.3 (5)). Man an nationellt ange vilet angreppssätt som sa användas. Detta är en av de större förändringarna sedan ENV-versionen av denna standard. Vilen metod som ommer att anges för Sverige är ännu ej bestämt. Global partialoefficient γ t 1,5 Ev (GD 6.10) 1,4 Ev (GD 6.10b) 1,3 Teoretis urva 1,2 1,1 Ev (GD 6.10a) 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Ev (GD 6.10a) med endast första termen Q η = G + Q 10