NO162123B

NO162123B - PROCEDURAL TE TO LOAD AND DEFORMATION STABILIZE CRUCHES, SUCH AS RAILWAYS AND SIMILAR, THROUGH USING TENSIFIED CONCRETE ELEMENTS.

Info

Publication number: NO162123B
Application number: NO85854462A
Authority: NO
Inventors: Leif Berntsson
Original assignee: Leif Berntsson
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1989-07-31
Also published as: NO162123C; DK158096C; NO854462L; FI854392A0; DK158096B; DK513485A; DK513485D0; FI854392A

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for alt efter kon-struksjonsmessig utformning, valg av inngående materiale, betong og armering, støpe- og herdeprosess og opp- og ned-spenningsprosesser å tilveiebringe spennarmerte betongelementer, som for eksempel sviller, for belastninga- og deformasjonsstabilisering av jernbanespor. Hovedformålet med oppfinnelsen er å bibringe elementene slike egenskaper at de ved normale belastninger og tilfeldige overbelastninger bare vil oppvise elastiske formforandringer som går tilbake til den opprinnelige stilling, og at opptredende sprekker fullstendig skal stenges efter påvirkning av last. The invention relates to a method for providing tension-reinforced concrete elements, such as sleepers, for load and deformation stabilization of railway tracks, depending on construction design, choice of input material, concrete and reinforcement, casting and curing process and tensioning and tensioning processes. The main purpose of the invention is to give the elements such properties that, under normal loads and accidental overloads, they will only show elastic shape changes that return to their original position, and that any cracks that appear must be completely closed after the impact of the load.

Det er karakteristisk for det keramiske materiale betong at dets strekkholdfasthet er betydelig mindre enn dets trykkholdfasthet. Forholdet mellom strekk- og trykkholdfasthet li<q>ger innen størrelsesordenen 1/3 til 1/10 alt efter betongtypen. En betongkonstruksjon som er belastet for bøyemoment eller strekking forsterkes av den grunn i henhold til kjent teknikk med innlagt armering i de partier der betongens strekkholdfasthet overskrides eller der strekk-spenningen overskrider en visst fastslått tillatt verdi. Armering legges inn i en betongkonstruksjon også i andre hensikter enn av rene forsterkningsgrunner. For eksempel foretas armering for å fordele opptredende sprekker eller for å redusere sprekkenes bredde. Grunnleggende for samtlige slakkarmerte betongkonstruksjoner er at innlagt armering alene skal kunne ta opp alle strekkrefter i et oppsprukket tverrsnitt eller i et snitt hvor strekkspenningene overskrider tillatt verdi. Dette innebærer ved dimensjoner-ingen at hele strekksonan antas å være uvirksom, såkalt dimensjonering i stadium II. It is characteristic of the ceramic material concrete that its tensile strength is considerably less than its compressive strength. The ratio between tensile and compressive strength lies within the order of 1/3 to 1/10, depending on the type of concrete. A concrete structure that is loaded for bending moment or stretching is therefore reinforced according to known techniques with inserted reinforcement in the parts where the concrete's tensile strength is exceeded or where the tensile stress exceeds a certain determined permissible value. Reinforcement is placed in a concrete structure also for other purposes than purely for strengthening reasons. For example, reinforcement is carried out to distribute occurring cracks or to reduce the width of the cracks. The basis for all slack-reinforced concrete constructions is that the embedded reinforcement alone must be able to take up all tensile forces in a cracked cross-section or in a section where the tensile stresses exceed the permitted value. This means, in the case of no dimensioning, that the entire stretch zone is assumed to be inactive, so-called dimensioning in stage II.

Det ble imidlertid snart innsett at man kunne oppnå betydelige fordeler dersom man med armeringen påførte trykk-krefter i soner hvor strekkspenningene av belastning over-skred betongens bruddstrekkholdfasthet. Derved skulle blant annet hele betongtverrsnittet kunne utnyttes med øket lastbærende evne og stivhet som resultat. Prinsippet ga opphav til den nu kjente og velutviklede spennbetong-teknikk. Banebryteren for denne teknikk var franskmannen Eugene Freyssinet. Han argumenterte sterkt for at man helt skal utnytte høyverdig armeringsståls evne til å påføre trykkrefter til betongen. Denne teknikk ble av Freyssinet betegnet som "en revolusjonerende måte" for tilvirkning av armerte betongkonstruksjoner. However, it was soon realized that significant advantages could be achieved if compressive forces were applied with the reinforcement in zones where the tensile stresses from loading exceeded the concrete's ultimate tensile strength. Thereby, among other things, the entire concrete cross-section could be utilized with increased load-bearing capacity and stiffness as a result. The principle gave rise to the now well-known and well-developed prestressed concrete technique. The pioneer of this technique was the Frenchman Eugene Freyssinet. He strongly argued that the ability of high-grade reinforcing steel to apply compressive forces to the concrete should be fully utilized. This technique was described by Freyssinet as "a revolutionary way" for the production of reinforced concrete structures.

I det første utviklingstrinn av spennbetongteknikken ble imidlertid ikke alle de forventninger innfridd som var blitt stilt til en spennarmert betongkonstruksjon. De egenskaper som elementene oppviste .1 tidlig alder, ble hurtig forringet med tiden. Tapene i spennkraft hos armeringen minsket suksessivt så meget at elementene til slutt oppførte seg som om de var slakkarmerte. Freyssinet fremla sine nye teorier i 1926 og utviklet disse i et patent-skrift fra 1928. Der anga han en forklaring på spenntapene og ga en ny teori for betongens krympning og siging. Selv om Freyssinets sigingsteori senere har vist seg å være ■ temmelig ufullstendig, er hans krympningsteori uovertruffen selv idag. Den egenskap, nemlig krympning som er så be-tydningsfull for spennbetong, forårsakes ifølge Freyssinet av kapillærkrefter i sementmørtelens delvis vannfylte kapil-lærsystem. Freyssinet baserte sin teori på Laplaces lov om likevektstilstand for væskemenisker i kapillærkanaler og lord Kelvins termodynamiske overveielser for fordampning og trykk over menisker. Ved likevekt hersker derfor en forbindelse mellom vanndampens partialtrykk over meniskene og diameteren for vannfylte kapillærer. Vann i små kapillærer overfører store trykkrefter til det omgivende materiale. Deformasjonene i betongen vil variere i takt med den omgivende lufts relative fuktighet. Freyssinet anså at for å nå opp til "den nye revolusjonerende betongteknikk" var det nødvendig å utnytte de høyest mulige materialkvaliteter såvel hva gjelder betong som armering. Tap i spennkraft med tiden ble fastslått å være forårsaket av tidsbetingede deformasjoner dels i betongen, krympning og siging, dels i armeringen, relaksasjon. However, in the first development stage of the prestressed concrete technique, not all the expectations that had been set for a prestressed reinforced concrete construction were fulfilled. The properties that the elements exhibited at an early age quickly deteriorated with time. The losses in tensile strength in the reinforcement successively decreased so much that the elements finally behaved as if they were weakly reinforced. Freyssinet presented his new theories in 1926 and developed these in a patent document from 1928. There he provided an explanation for the stress losses and gave a new theory for concrete shrinkage and sag. Although Freyssinet's sag theory later proved to be ■ rather incomplete, his shrinkage theory is unsurpassed even today. According to Freyssinet, the characteristic, namely shrinkage, which is so important for prestressed concrete, is caused by capillary forces in the partially water-filled capillary system of the cement mortar. Freyssinet based his theory on Laplace's law of equilibrium for liquid menisci in capillary channels and Lord Kelvin's thermodynamic considerations for evaporation and pressure above menisci. At equilibrium, there is therefore a connection between the partial pressure of the water vapor above the menisci and the diameter for water-filled capillaries. Water in small capillaries transfers large pressure forces to the surrounding material. The deformations in the concrete will vary in line with the relative humidity of the surrounding air. Freyssinet considered that in order to reach "the new revolutionary concrete technique" it was necessary to utilize the highest possible material qualities, both in terms of concrete and reinforcement. Loss in tensile strength over time was determined to be caused by time-related deformations partly in the concrete, shrinkage and sagging, partly in the reinforcement, relaxation.

For å minimere krympnings- og sigingsdeformasjoners innvirkning krevdes armeringsmaterialer som ved oppspenning kunne gis store elastiske tøyninger uten gjenværende deformasjoner. Av den grunn ble spesial-legerte ståltyper eller stålkvaliteter utviklet for kald-bearbeiding, som kaldstrekking med bruddholdfastheter over 2000 MPa. I senere år kunne relaksasjonstapene reduseres ved spesialbehandling, for eksempel varmebehandling som betegnes som termalisering. Utvikling innen betongteknikken mot stadig mer høyverdige betongholdfastheter ga ytter-ligere forutsetninger for fremgangsrikt å tillempe spennbetongteknikken for avanserte konstruksjoner i betong. In order to minimize the impact of shrinkage and sag deformations, reinforcement materials were required which, when tensioned, could be given large elastic strains without residual deformations. For that reason, specially alloyed steel types or steel grades were developed for cold working, such as cold drawing with breaking strengths above 2000 MPa. In later years, the relaxation losses could be reduced by special treatment, for example heat treatment known as thermalisation. Developments in concrete technology towards increasingly high-quality concrete holding strengths provided further prerequisites for the successful application of prestressed concrete technology for advanced constructions in concrete.

Såkalt fullstendig forspenning innebærer at betongen So-called complete prestressing means that the concrete

i samtlige bruksstadier skal holde seg uten sprekker og med hele tverrsnittet virksomt. I de aller fleste tilfeller gir dette forhold optimal bæreevne i forhold til egenvekten. Ved at hele betongtverrsnittet holder seg virksomt ved belastning vil stivheten bli maksimal. Innen visse tillempningsområder for spennbetongelementer kan en altfor høy stivhet medføre endel problemer og til og med ulemper. Eksempler på dette er konstruksjoner som i størstedelen av tiden er praktisk talt ubelastet eller bærer en ubetydelig ytre last. Ved normal statisk belastning fungerer konstruksjonene som spennarmerte uten at sprekkdannelse inntreffer. Slag, støt eller andre laster av overlastkarakter kan forårsake sprekkdannelse. Selv om sprekker er blitt dannet, kan konstruksjonen fungere til-fredsstillende dersom nyttelasten er forholdsvis kortvarig og sprekkene lukkes ved belastning av egen vekt. in all stages of use must remain without cracks and with the entire cross-section effective. In the vast majority of cases, this ratio provides optimal load capacity in relation to the own weight. As the entire concrete cross-section remains effective under load, the stiffness will be maximum. Within certain areas of application for prestressed concrete elements, an excessively high stiffness can cause a number of problems and even disadvantages. Examples of this are constructions that are practically unloaded most of the time or carry an insignificant external load. Under normal static load, the constructions function as tension-reinforced without cracking occurring. Blows, shocks or other loads of an overload nature can cause cracking. Even if cracks have formed, the construction can function satisfactorily if the payload is relatively short-lived and the cracks are closed by the load of its own weight.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe blant annet en fremgangsmåte ved hjelp av hvilken det er mulig å kunne øke deformerbarheten for spennarmerte betongkonstruksjoner, spesielt tillempningsbar for slike som kortvarig utsettes for full belastning og i blant for overbelastning. Den økede deformerbarhet fås ved at deformasjoner hovedsakelig finner sted ved sprekkutvidelse ved belastning. En stor del av energiopptaket finner sted i armeringen som holder sprekkene sammen. Elementenes reduserte stivhet kan få lasten til å bli spredd over til inntilliggende lastopptagende deler, hvilket er spesielt viktig ved støt og slag. Øket deformerbarhet og energi-opptak i armerte sprekker oppnås i praksis ved å tillempe såkalt partiell oppspenning, dvs. at spennkreftene velges slik at de er mindre enn ved fullstendig oppspenning. Eksempler på konstruksjoner som den beskrevne oppfinnelse kan tillempes for, er blant annet jernbanesviller. The aim of the invention is to provide, among other things, a method by means of which it is possible to increase the deformability of tension-reinforced concrete structures, particularly suitable for those that are briefly exposed to full load and sometimes to overload. The increased deformability is obtained by the fact that deformations mainly take place by crack expansion under load. A large part of the energy absorption takes place in the reinforcement that holds the cracks together. The reduced stiffness of the elements can cause the load to be spread over to adjacent load-absorbing parts, which is particularly important in the event of shocks and impacts. Increased deformability and energy absorption in reinforced cracks is achieved in practice by applying so-called partial tensioning, i.e. that the tension forces are chosen so that they are smaller than in the case of complete tensioning. Examples of constructions to which the described invention can be applied include railway sleepers.

Det førende materiale i sviller er tre. Grunnene til at tre er blitt valgt er mange, som økonomi og funksjon. Erfaringen er omfattende og strekker seg så langt tilbake som til jernbanens første tid. I Sverige anvendes tre-slag som furu, bøk og ek. Til forskjell fra furu er gran umulig å anvende fordi granvirke ikke er impregnerings-bart. I utlandet forekommer anvendelse av såvel "softwood" som "hardwood" alt efter tilgjengeligheten. The leading material in sleepers is wood. There are many reasons why wood has been chosen, such as economy and function. The experience is extensive and stretches as far back as the early days of the railway. In Sweden, wood species such as pine, beech and oak are used. Unlike pine, spruce is impossible to use because spruce wood cannot be impregnated. Abroad, both "softwood" and "hardwood" are used, depending on availability.

Tre som materiale er kjennetegnet av anisotropi som Wood as a material is characterized by anisotropy which

i bunn og grunn beror på treets oppbygning. Egenskapene som er sterkt retningsavhengige i forhold til årringenes utstrekning er bestemt av såvel det organiske oppbygnings-materiale som den fysikalske struktur. Treets mekaniske egenskaper er såpass høyverdige at materialet i alminnelig-het er velegnet som konstruksjonsmateriale. Det er fremfor alt treets evne til å ta opp strekk- og trykkspenninger i fiberretningen og til å deformere elastisk som derved utnyttes. Det fremgår av dette at tre kan ta opp og lagre mekanisk energi, spesielt i kortere tid. Imidlertid har tre endel negative egenskaper, hvorav først og fremst fuktighetsdeformasjoner, som krympning ved uttørking og svelling ved opptak av fuktighet, gjenværende deformasjoner ved langtidslast, siging, og likeledes permanente deformasjoner ved slag og lignende bør nevnes. Tresviller er derfor et illustrerende eksempel på hvor godt man kan utnytte materialegenskaper optimalt for et bestemt formål. Den begrensende faktor for tresviller er, som i mange andre tilfeller: for konstruksjoner, økonomien. basically depends on the structure of the tree. The properties, which are strongly dependent on direction in relation to the extent of the annual rings, are determined by both the organic building material and the physical structure. The wood's mechanical properties are so high that the material is generally suitable as a construction material. Above all, it is the wood's ability to take up tensile and compressive stresses in the direction of the fiber and to deform elastically, which is thereby exploited. It is clear from this that wood can absorb and store mechanical energy, especially for a shorter period of time. However, three have rather negative properties, of which primarily moisture deformations, such as shrinkage when drying out and swelling when absorbing moisture, residual deformations during long-term load, sag, and likewise permanent deformations due to impacts and the like should be mentioned. Tresviller is therefore an illustrative example of how well material properties can be utilized optimally for a specific purpose. The limiting factor for wooden sleepers is, as in many other cases: for constructions, the economy.

Som alternativ til tresviller ble i begynnelsen av 50-tallet forsøkstilvirkning av betongsviller startet i Sverige. I løpet av de år som er gått er en rekke forskjellige typer blitt tilvirket såvel i utlandet som i Sverige hva gjelder utformning og prinsipp for lastdpptak. Her kan svilletypene av monolittblokk og twinblokk samt slakkarmerte og spennarmerte utførelsesformer nevnes. Des-suten er en rekke forskjellige løsninger blitt trukket frem for festing av skinnene. Selve fremstillingsprosessen er stadig blitt mekanisert slik at fremstillingen nu ligger i toppen innen betongelementteknikken. As an alternative to wooden sleepers, trial production of concrete sleepers was started in Sweden in the early 1950s. In the course of the years that have passed, a number of different types have been manufactured both abroad and in Sweden in terms of design and principle for cargo roofs. The sleeper types of monolith block and twin block as well as slack-reinforced and tension-reinforced designs can be mentioned here. Consequently, a number of different solutions have been put forward for attaching the rails. The production process itself has been constantly mechanized so that the production is now at the top of concrete element technology.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å tilveiebringe last- og deformasjonsstabilisering av konstruksjoner, som jernbanespor og lignende, med spennarmerte betongelementer, som for eksempel betongsviller, ved å tilveiebringe deformerbarhet basert på redusert spennkraft i armeringen. Den tekniske effekt av en slik løsning vil på-virke produksjonen av elementer og svillenes virkemåte i spor. The present invention relates to a method for providing load and deformation stabilization of structures, such as railway tracks and the like, with tension-reinforced concrete elements, such as concrete sleepers, by providing deformability based on reduced tension force in the reinforcement. The technical effect of such a solution will affect the production of elements and the way the sleepers work in tracks.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for å last-og deformasjonsstabilisere konstruksjoner, som jernbanespor og lignende, ved hjelp av spennarmerte betongelementer, fortrinnsvis forspente betongsviller, og fremgangsmåten er sær-preget ved at spennkreftene i armeringen under støpingen og herdingen av betongen bringes til å oppgå til 0,3-0,7 av de krefter som svarer til fullstendig forspenning, fortrinnsvis 0,4-0,6. The invention thus relates to a method for load- and deformation-stabilizing constructions, such as railway tracks and the like, using tension-reinforced concrete elements, preferably pre-stressed concrete sleepers, and the method is characterized by the fact that the tension forces in the reinforcement during the casting and curing of the concrete are brought to amount to 0.3-0.7 of the forces corresponding to complete prestressing, preferably 0.4-0.6.

En slik reduksjon av spennkraften som foretas ifølge oppfinnelsen, vil medføre flere fordeler, som enklere konstruksjoner for former og tilbehør, minsket risiko for utmatting i eksisterende former, mindre bevegelse for don-kraftene ved oppspenning og minsket risiko for brukk på ledninger eller tråder. Ved nedspenning av armeringen i forbindelse med avforming finner en bevegelse sted som er spesielt stor ved langlinjeproduksjon. På grunn av minsket spennkraft vil denne bevegelse avta proporsjonalt med forspenningskraftens størrelse. Produksjonssystemet som er basert på reduserte spennkrefter, blir i det hele tatt sikrere med et fåtall forstyrrende avbrytelser og repara-sjoner. Such a reduction of the clamping force carried out according to the invention will bring several advantages, such as simpler constructions for forms and accessories, reduced risk of fatigue in existing forms, less movement of the jack forces during tensioning and reduced risk of breakage of cables or wires. When the reinforcement is lowered in connection with shaping, a movement takes place that is particularly large in long-line production. Due to reduced clamping force, this movement will decrease proportionally to the size of the pre-tensioning force. The production system, which is based on reduced clamping forces, becomes safer on the whole with a small number of disruptive interruptions and repairs.

Det er vfordelaktig å utnytte spenntråd av høyverdig stål for spennarmerte betongkonstruksjoner og at man ut-nytter betong av hydrauliske bindemidler og ballast av naturlig og syntetisk opprinnelse, idet egnet trykkholdfasthet for betongen efter 28 døgn er 30-90 MPa, fortrinnsvis 50-70 MiPa, bestemt for 15 cm terninger. It is advantageous to use prestressing wire of high-grade steel for tension-reinforced concrete structures and to use concrete made of hydraulic binders and aggregate of natural and synthetic origin, as the suitable compressive strength of the concrete after 28 days is 30-90 MPa, preferably 50-70 MiPa, intended for 15 cm cubes.

Redusert spennkraft påvirker svillenes egenskaper direkte og indirekte. De tidsavhengige deformasjoner i betong, siging, og spenntapene, relaksasjon, bestemmes av spenningsnivået i hvert materiale. Betongens signing er stort sett proporsjonal med trykkspenningene innen det område hvori de tillatte spenninger ligger. Spenningstap på grunn av relaksasjon er vanligvis ikke proporsjonale med spenningens størrelse fordi spenningene i spenntråd ligger forholdsvis høyt ved fullstendig forspenning, 0,6-0,75 av oruddfastheten. Tapene øker kraftig med stigende spenning. Man har funnet bevis for at det eksisterer en relaksasjons-grenseverdi som sluttspenningen nærmer seg ved høye spenninger. Indirekte kan betongens siging påvirkes ved å forandre betongens sammensetning som på sin side kan være et resultat av minsket forspenning. Redusert sementmengde og standard sement istedenfor hurtigsement medfører minsket siging. Reduced tension affects the properties of the sleepers directly and indirectly. The time-dependent deformations in concrete, sag, and the stress losses, relaxation, are determined by the stress level in each material. The shrinkage of the concrete is largely proportional to the compressive stresses within the area in which the permitted stresses lie. Tension loss due to relaxation is usually not proportional to the magnitude of the tension because the tension in tension wire is relatively high at full pretension, 0.6-0.75 of the nominal strength. Losses increase sharply with increasing voltage. Evidence has been found that there is a relaxation limit value that the final stress approaches at high stresses. Indirectly, the setting of the concrete can be affected by changing the composition of the concrete, which in turn can be a result of reduced prestress. Reduced amount of cement and standard cement instead of rapid cement results in reduced seepage.

Høy sementmengde og hurtigsement kan i produksjonen erstattes med en egnet hurtigherdingsprosess. Hvilket alternativ man enn velger vil føre til merkostnader for produsenten. High amounts of cement and rapid cement can be replaced in production with a suitable rapid hardening process. Whichever option is chosen will lead to additional costs for the manufacturer.

Forspenningskraften kan velges så stor at sprekkdannelse ikke opptrer i svillene ved belastning av normal togtrafikk. Ved sporadisk overbelastning, støt fra defor-merte hjul med mere, vil betongen sprekke. I sviller med høy spennkraft i armeringen er det stor risiko for at spenningene blir så store at man får en gjenværende tøyning i armeringen. Fordi svillene med full forspenningskraft har stor stivhet, tvinges disse til alene å ta opp en stor del av energien fra belastningen, med derav følgende skader. Sviller med reduserte spennkrefter vil også sprekke. Ved øket deformasjon, nedsynking i underlaget og overføring av energi til inntilliggende sviller via skinnene begrenses virkningen til sprekker i betongen som lukkes når lasten har opphørt. Sviller med redusert spennkraft avpasser deres deformasjoner til belastning og underlag. The prestressing force can be chosen so large that cracking does not occur in the sleepers under the load of normal train traffic. In case of occasional overloading, impact from deformed wheels etc., the concrete will crack. In sleepers with a high tensile force in the reinforcement, there is a great risk that the stresses become so great that a residual strain is obtained in the reinforcement. Because the sleepers with full prestressing force have great stiffness, they are forced to absorb a large part of the energy from the load alone, with resulting damage. Sleepers with reduced tensile forces will also crack. In case of increased deformation, sinking into the substrate and transfer of energy to adjacent sleepers via the rails, the effect of cracks in the concrete is limited, which close when the load has ceased. Sleepers with reduced tension adjust their deformations to load and substrate.

Det er ved forsøk blitt vist at sprekker med sprekk-bredder over 1 mm lukkes efter avsluttet belastning dersom kraften i armeringen understiger 0,65-0,75 av full forspenningskraft. Denne fullstendige lukning av sprekker finner ikke sted dersom spennkraften overstiger den ovennevnte verdi og når flytespenningen. I de tilfeller hvor gjenværende sprekker dannes, finnes potensiell risiko for korrosjon av armeringen. Tests have shown that cracks with crack widths over 1 mm close after the end of loading if the force in the reinforcement falls below 0.65-0.75 of the full prestressing force. This complete closure of cracks does not take place if the tensile force exceeds the above value and reaches the yield stress. In cases where residual cracks form, there is a potential risk of corrosion of the reinforcement.

Mekanismen for armeringskorrosjon er meget kompleks. The mechanism of reinforcement corrosion is very complex.

I såvel materiale som i miljøet finnes de faktorer som be-stemmer korrosjonshastigheten. Betongens permeabilitet for vann, elektrolytter som inneholder kloridioner og gasser, oxygen og carbondioxyd, er spesielt viktige. Tett betong, dvs. lav porøsitet,samt puffer av kalsiumhydroxyd be-skytter armeringen mot korroderende angrep. Med et til-strekkelig dekkskikt og god betongkvalitet har det vist seg at korrosjonshastigheten er meget lav dersom sprekkbreddene ikke overskrider 0,15-0,2 mm. I betongsviller med høye krav til lastopptagende evne vil betongens kvalitet fylle kravet til lav permeabilitet. Likeledes sikres at armeringen er bestandig ved oppsprekking på grunn av lukking av sprekker eller liten sprekkbredde. Both the material and the environment contain the factors that determine the rate of corrosion. The concrete's permeability to water, electrolytes containing chloride ions and gases, oxygen and carbon dioxide are particularly important. Dense concrete, i.e. low porosity, as well as puffs of calcium hydroxide protect the reinforcement against corrosive attack. With a sufficient covering layer and good concrete quality, it has been shown that the corrosion rate is very low if the crack widths do not exceed 0.15-0.2 mm. In concrete sleepers with high requirements for load-bearing capacity, the quality of the concrete will fulfill the requirement for low permeability. Likewise, it is ensured that the reinforcement is resistant to cracking due to closing of cracks or a small crack width.

Utmatting av betongsviller er blitt viet en del opp-merksomhet. Generelt er spennstål ømfintlig for dynamiske påkjenninger, og utmattingsbrudd inntreffer hurtigere jo høyere middelspenningen er. Ifølge forsøk inntreffer ikke utmatting i armeringen dersom den øvre spenning er mindre enn 0,55 '^j-^^ °<9> den undre spenning er 0,<5> .(J, brudd I intet tilfelle er det blitt fastslått at utmattingsbrudd har forekommet i betongen. Ved å minske spennkraften i armeringen kan større sikkerhet mot utmattingsbrudd oppnås. Fatigue of concrete sleepers has received a lot of attention. In general, prestressing steel is sensitive to dynamic stresses, and fatigue failure occurs faster the higher the mean stress. According to experiments, fatigue does not occur in the reinforcement if the upper stress is less than 0.55 '^j-^^ °<9> the lower stress is 0.<5> .(J, fracture In no case has it been established that fatigue fracture has occurred in the concrete By reducing the tensile force in the reinforcement, greater safety against fatigue failure can be achieved.

Som påpekt tidligere blir betongsviller med redusert spennkraft mer deformerbare og mindre ømfintlige for ujevne setninger, for eksempel ved telehiv. Slike sviller skal også ha mulighet for å fungere i spor som er lagt på grus-seng eller på sengmateriale med dårligere bæreevne. Redusert spennkraft minsker den momentane stukning ved av-spenning og påfølgende siging, hvorved en sikrere verdi for sporvidden fås for sviller fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse. As pointed out earlier, concrete sleepers with reduced tensile strength become more deformable and less sensitive to uneven joints, for example in telehives. Such sleepers must also be able to function in tracks laid on a gravel bed or on bed material with poorer load-bearing capacity. Reduced clamping force reduces the momentary buckling upon release and subsequent sagging, whereby a more secure value for the track width is obtained for sleepers manufactured according to the present invention.

De følgende eksempler viser noen resultater fra prøve-belastninger av sviller, dels fullstendig forspente og The following examples show some results from test loads of sleepers, partly fully prestressed and

dels delvis forspente. Prøvningene ble utført ved bøyebe-lastning av fritt opplagrede sviller med punktbelastning i skinnestillingen. Spennvidden var 0,6 0 m. Der hvor intet annet angis, er resultatene middelverdien av to prøver. partly partially biased. The tests were carried out by flexural loading of freely stored sleepers with point loading in the rail position. The span was 0.60 m. Where not stated otherwise, the results are the mean of two samples.

Eksempel 1. Fullstendig forspenning Example 1. Complete bias

(initialspenning v 0,72 . or ,-,) (initial voltage v 0.72 . or ,-,)

brudd break

1.1 Betongens alder = 1 døgn 1.1 Age of the concrete = 1 day

Betongens trykkholdfasthet (15 cm terning) The compressive strength of the concrete (15 cm cube)

= 30-35 MPa = 30-35 MPa

Sprekkemoment =27,8 kNm (P = 185 kN) Cracking torque =27.8 kNm (P = 185 kN)

Bruddmoment = 33,3 kNm (P = 222 kN) Breaking torque = 33.3 kNm (P = 222 kN)

(Vedheftningsbrudd og splintringsbrudd langs armering ved ende) (Adhesion failure and splintering failure along the reinforcement at the end)

1.2 Betongens alder ^ 2 år 1.2 Age of the concrete ^ 2 years

Betongens trykkholdf asthet (15 cm terning)-^ 70-75 MPa The compressive strength of the concrete (15 cm cube)-^ 70-75 MPa

Sprekkemoment = 27 kNm (P = 180 kN) Cracking torque = 27 kNm (P = 180 kN)

Bruddmoment = 42 kNm (P = 2 80 kN) Breaking moment = 42 kNm (P = 2 80 kN)

(Trådbrudd) (Thread break)

Eksempel 2. 0,5 x fullstendig forspenning Example 2. 0.5 x full bias

(initialspenning ^ 0,36 . °J)ru^) (initial stress ^ 0.36 . °J)ru^)

2.1. Betongens alder = 1 døgn 2.1. Age of the concrete = 1 day

Betongens trykkholdfasthet (15 cm terning) = 30-35 MPa The compressive strength of the concrete (15 cm cube) = 30-35 MPa

Sprekkemoment = 21,8 kNm (P = 145 kN)<* >Bruddmoment =36 kNm (P = 2 40 kN) Cracking moment = 21.8 kNm (P = 145 kN)<* >Breaking moment =36 kNm (P = 2 40 kN)

(Trådbrudd) (Thread break)

(x Middelverdi av fire prøver, 141-151 kN) (x Mean value of four samples, 141-151 kN)

2.2 Betongens alder =28 døgn 2.2 Age of the concrete = 28 days

Betongens trykkholdfasthet (15 cm terning) = 63-68 MPa The compressive strength of the concrete (15 cm cube) = 63-68 MPa

Sprekkemoment = 26,7 kNm (P = 275 kN) Cracking torque = 26.7 kNm (P = 275 kN)

Bruddmoment = 41,2 kNm (P = 275 kN) Breaking torque = 41.2 kNm (P = 275 kN)

(Trådbrudd) (Thread break)

Trykkholdfasthetene som angis i de ovenstående eksempler ble bestemt for terninger ved tiden 1 døgn lagret under de samme betingelser som svillene, og for terninger ved 28 døgn lagret under standardbetingelser. Trykkhold-fastheten for betong ved en alder av ca. 2 år er anslått ut fra kjent holdfasthetsutvikling for tilsvarende betongtype. Det er velkjent at betongs korttidsholdfastheter i høy grad beror på de herskende herdingsforhold, spesielt temperaturen, og holdfastheten kan derfor variere for de forskjellige tilfeller av støp. Prøvningene som er forklart i 1.1 og 2.1, er utført for sviller fremstilt til forskjellige tider. The compressive strengths stated in the above examples were determined for cubes at 1 day stored under the same conditions as the sleepers, and for cubes at 28 days stored under standard conditions. The compressive strength of concrete at an age of approx. 2 years is estimated based on known strength development for the corresponding type of concrete. It is well known that concrete's short-term holding strength depends to a large extent on the prevailing curing conditions, especially the temperature, and the holding strength can therefore vary for the different cases of casting. The tests explained in 1.1 and 2.1 have been carried out for sleepers manufactured at different times.

Sprekkemomentets størrelse ved korttidsprøvning er bestyrket ved betydelig flere forsøk enn hva som her er blitt rapportert, og sprekkbelastningen for sviller med fullstendig forspenning ligger da på 180 kN og for sviller med halve spennkraften på 140 kN. The magnitude of the cracking moment in short-term testing has been confirmed by significantly more tests than what has been reported here, and the cracking load for sleepers with full prestressing is then 180 kN and for sleepers with half the tension force 140 kN.

Bruddårsaken i 1.1 er en annen enn i 2.1, nemlig kløyvingsbrudd i armeringens forankringssone ved enden The cause of failure in 1.1 is different from that in 2.1, namely splitting failure in the anchoring zone of the reinforcement at the end

og vedheftningsbrudd som følge derav. I 2.1 inntraff et normalt trådbrudd. and adhesion breakdown as a result. In 2.1 a normal wire break occurred.

Efter 28 døgn og eldre, er forskjellene i sprekkemoment og bruddmoment ubetydelige mellom sviller med full henholdsvis halv forspenningslast. Trykk- og bøyestrekk-holdfastheten for den 2 år gamle betong bør være større enn for betong med en alder av 28 døgn, og forskjellen skulle derfor forventes å være større enn hva som er angitt i resultatene. Tapene i spenningen i armeringen på grunn av betongens siging og armeringens relaksasjon ved de forskjellige aldre skal også tas i betraktning ved sammen-ligning av resultatene. , After 28 days and older, the differences in cracking moment and breaking moment are negligible between sleepers with full or half prestressing load. The compressive and flexural tensile strength for the 2-year-old concrete should be greater than for concrete with an age of 28 days, and the difference should therefore be expected to be greater than what is indicated in the results. The losses in the tension in the reinforcement due to the shrinkage of the concrete and the relaxation of the reinforcement at the different ages must also be taken into account when comparing the results. ,

Resultatene fra prøvningene viser at svillenes egenskaper synes å være likeverdige for fullstendig og delvis forspenning. Minskningen i q>rekkeraoment ned ca. 20% ved 1 døgn for sviller med halv forspenning sammenlignet med full forspenning bør rimeligvis savne praktisk betydning fordi så unge sviller aldri vil bli utsatt for last. Den virkelige forskjell i egenskaper for sviller med halv og full forspenningslast med avgjørende fordeler for de førstnevnte fremgår av den tekniske virkning av oppfinnelsen som følger: Ved delvis forspenning er påkjenningen i armeringen mindre enn ved fullstendig forspenning, og risikoen for utmattingsbrudd blir derfor redusert. Belastningsvaria-sjonene gir dynamiske spenninger som overlagres de statiske. Forsøk har vist at utmattingsbrudd som kan fremkalles under egnede dynamiske betingelser, bare inntreffer i armerings-stålet. Både svenske og utenlandske undersøkelser tyder The results of the tests show that the properties of the sleepers seem to be equivalent for full and partial prestressing. The reduction in q>rekeraoment down approx. 20% at 1 day for sleepers with half preload compared to full preload should reasonably lack practical significance because such young sleepers will never be exposed to load. The real difference in properties for sleepers with half and full prestressing loads with decisive advantages for the former is evident from the technical effect of the invention as follows: With partial prestressing, the stress in the reinforcement is less than with full prestressing, and the risk of fatigue failure is therefore reduced. The load variations produce dynamic stresses which are superimposed on the static ones. Experiments have shown that fatigue failure that can be induced under suitable dynamic conditions only occurs in the reinforcing steel. Both Swedish and foreign surveys suggest

på at det eksisterer en praktisk utmattingsgrense ved o~ /or = 0,55 forutsatt at minimumsspenningen ligger that there is a practical fatigue limit at o~ /or = 0.55 provided that the minimum stress is

max ' brudd r max ' break r

ved 0,5.or ,,. Ved sprekkdannelse i svillenes strekksone at 0.5.or ,,. In case of cracking in the stretch zone of the sleepers

brudd cbreach c

fremkalt av overbelastning eller av underlagets art med mere vil de delvis forspente sviller ikke få forringede egenskaper, men tvert om. De mindre forspenningskrefter i armeringen gir nemlig mer elastisk eftergivende sviller. For ett og det samme moment øker den indre hevarm med derav følgende minsket armeringsspenning. Dette resulterer i caused by overloading or by the nature of the substrate etc., the partially prestressed sleepers will not have deteriorated properties, but quite the opposite. The smaller prestressing forces in the reinforcement give more elastically yielding sleepers. For one and the same moment, the internal lifting arm increases with the consequent reduction in reinforcement tension. This results in

at armeringsspenningene ikke blir så store at gjenværende that the reinforcement voltages do not become so great that they remain

tøyninger oppstår. De sprekker som da har oppstått, kan derefter lukke seg når belastningen har opphørt. På grunn av de nevnte egenskaper vil svillene være selvregulerende hva gjelder deres stivhet. Dersom det finnes forutsetninger for lastoverføring med stive sviller, vil de holde seg uten sprekker og bibeholde deres maksimale stivhet. Hvis derimot svillene har sprukket, vil de bli lastfordelende på grunn av deres evne til å gi efter. Opptak og fordeling av energi i spor under last avpasses slik at påkjenningenes størrelse blir minimale i de forskjellige lastopptakende deler. strains occur. The cracks that have then appeared can then close when the load has ceased. Due to the aforementioned properties, the sleepers will be self-regulating in terms of their stiffness. If there are conditions for load transfer with rigid sleepers, they will remain without cracks and retain their maximum stiffness. If, on the other hand, the sleepers have cracked, they will become load-distributing due to their ability to yield. Absorption and distribution of energy in tracks under load is adjusted so that the magnitude of the stresses is minimal in the various load-absorbing parts.

Til den tekniske virkning kommer betydelige fordeler innen fremstillingstrinnet for delvis forspente sviller, hvilket det tidligere er blitt redegjort for. In addition to the technical effect, there are significant advantages in the manufacturing stage for partially prestressed sleepers, which has been previously explained.

Claims

Method for load and deformation stabilization of constructions, such as railway tracks and the like, using tension-reinforced concrete elements, preferably pre-stressed concrete sleepers,

characterized in that the tensile forces in the reinforcement during the casting and curing of the concrete are brought to amount to 0.3-0.7 of the forces corresponding to complete prestressing, preferably 0.4-0.6.