Design and construction preferences for connections in the precast concrete industry of South Africa
Date
2014-12
Authors
Mostert, Louwrens Hubert
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Precast concrete has been used for decades in the construction industry, locally as well as
internationally. Rapid urban development and the need for shorter construction periods for building
and infrastructure projects have however encouraged more use of precast concrete construction. The
improved speed of construction, high quality and less labour requirements that precast offers makes it
an effective type of construction method for modern development. The utilization of various precast
concrete systems has been frequently used in the international construction industry, making it a very
popular construction method.
It was however found that one of the major drawbacks or concerns with the use of precast concrete is
the connections between the precast elements. In-situ construction does not have this problem, because
it is designed to a monolithic structure or building. It was identified that if the connections in precast
buildings or structures are designed or constructed in an insufficient way, it can lead to severe
structural problems and even failure. This highlights the importance the design and construction of
precast concrete connections have on the overall stability, strength and robustness of the structure.
Precast concrete buildings are not merely separate precast elements, connected together to eventually
form the same principals of in-situ construction. Precast concrete and connection design is considered
to be a specialist field and requires the sufficient expertise and knowledge to understand the structural
system and all its different aspects.
The precast connection’s function is not merely to transfer loads, but also to develop continuity and
ensure monolithic behaviour of the entire precast concrete structure (Englekirk 2003). The most
important or desirable structural functions of precast connections are; (i) direct transfer of loads (load
paths and flow or forces), (ii) develop structural continuity and integrity, (iii) distribution of
concentrated loads, (iv) allow for movements and unintended restraints and lastly to (v) ensure
efficient rigidity and robustness for the connection. It can be seen that there is many factors that
contribute to the overall design and construction phases of precast concrete connections.
The aim of this study is to identify and investigate aspects that influence the design and construction
of precast concrete connections. This study will mainly focus on precast concrete and precast
connection preferences of participants in the South African construction industry. During this study,
industry participants (contractors and consultants) were asked to identify certain aspects and concerns
associated with precast concrete and precast connection construction. These answers were used to
develop guidelines and preferences that can be used by industry participants to improvise and
effectively manage the precast construction, mainly focussing on the connections between the precast
elements.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Voorafvervaardigde beton word al vir dekades gebruik in die konstruksiebedryf, plaaslik sowel as internasionaal. Vinnige stedelike ontwikkeling en die behoefte vir korter konstruksie tydperke vir die struktuur en infrastruktuur projekte het egter die gebruik en implementasie van voorafvervaardigde beton konstruksie laat toeneem. Die verbeterde spoed van die konstruksie proses, 'n hoë gehalte produk en minder arbeid vereistes wat voorafvervaardiging bied maak dit dus 'n effektiewe tipe konstruksie metode vir moderne ontwikkelings. Die benutting van verskeie voorafvervaardigde beton sisteme en elemente word reeds herhaaldelik gebruik in die internasionale konstruksiebedryf, wat dit vervolglik ʼn baie populêre en effektiewe sisteem maak. Dit is egter bevind dat een van die groot struikelblokke of probleme met die gebruik van voorafvervaardigde beton is die verbindings tussen die voorafvervaardigde elemente. In-situ beton konstruksie het dus nie hierdie probleem nie, want dit word ontwerp om 'n monolitiese beton struktuur of gebou te vorm. Dit was immers geïdentifiseer dat as die verbindings in ʼn voorafvervaardigde gebou of struktuur, ontwerp word deur ʼn ontoereikende manier, dit kan lei tot ernstige strukturele probleme en selfs strukturele faling. Dit beklemtoon dus die belangrikheid wat die ontwerp en konstruksie proses van voorafvervaardigde beton verbindings het op die algehele stabiliteit, sterkte en robuustheid van die struktuur. Voorafvervaardigde beton geboue en strukture kan nie slegs beskou word as aparte voorafvervaardigde elemente wat met mekaar verbind word om eventueel dieselfde beginsels van insitu konstruksie te vorm nie. Voorafvervaardigde beton en verbinding ontwerp word beskou as 'n spesialis veld en vereis dat die ontwerper die nodige kundigheid en kennis van die strukturele stelsel en al sy verskillende aspekte verstaan. Voorafvervaardigde beton verbindings se funksie is nie net om toegepaste kragte oor te dra nie, maar ook om strukturele kontinuïteit te ontwikkel en te verseker dat monolitiese gedrag gehandhaaf word vir die hele voorafvervaardigde beton struktuur (Englekirk 2003). Die mees belangrike strukturele funksies van voorafvervaardigde beton verbindings sluit die volgende in; (i) verseker direkte oordrag van toegepaste kragte (vloei van kragte), (ii) ontwikkeling van strukturele kontinuïteit en integriteit, (iii) die verspreiding van puntbelastings, (iv) moet voorsiening maak vir die bewegings in die voorafvervaardigde element en konneksie self en laastens (v) verskaf doeltreffende rigiditeit en robuustheid vir die konneksie sone. Dus kan daar afgelei word dat daar baie faktore is wat bydra tot die algehele ontwerp en konstruksie fases van voorafvervaardigde beton verbindings. Die doel van hierdie studie is om aspekte te identifiseer en te ondersoek wat die ontwerp en konstruksie van aspekte beton verbindings wel beïnvloed. Die studie sal hoofsaaklik fokus op voorafvervaardigde beton en verbindings voorkeure van persone in die Suid-Afrikaanse konstruksiebedryf. Tydens die studie was persone in die industrie (kontrakteurs en konsultante) ook gevra om sekere aspekte en kwellings wat verband hou met voorafvervaardigde beton asook die verbindings te identifiseer. Die antwoorde wat verkry was uit die industrie deelnemers kan toepaslik gebruik om word riglyne en voorkeure op te stel wat vervolglik gebruik en toegepas kan word in die konstruksie bedryf van Suid Afrika. Die riglyne kan effektief gebruik word om voorafvervaardigde beton asook die verbindings te verbeter en persone in die konstruksie bedryf in te lig oor voorkeure en toepassings van hierdie metode.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Voorafvervaardigde beton word al vir dekades gebruik in die konstruksiebedryf, plaaslik sowel as internasionaal. Vinnige stedelike ontwikkeling en die behoefte vir korter konstruksie tydperke vir die struktuur en infrastruktuur projekte het egter die gebruik en implementasie van voorafvervaardigde beton konstruksie laat toeneem. Die verbeterde spoed van die konstruksie proses, 'n hoë gehalte produk en minder arbeid vereistes wat voorafvervaardiging bied maak dit dus 'n effektiewe tipe konstruksie metode vir moderne ontwikkelings. Die benutting van verskeie voorafvervaardigde beton sisteme en elemente word reeds herhaaldelik gebruik in die internasionale konstruksiebedryf, wat dit vervolglik ʼn baie populêre en effektiewe sisteem maak. Dit is egter bevind dat een van die groot struikelblokke of probleme met die gebruik van voorafvervaardigde beton is die verbindings tussen die voorafvervaardigde elemente. In-situ beton konstruksie het dus nie hierdie probleem nie, want dit word ontwerp om 'n monolitiese beton struktuur of gebou te vorm. Dit was immers geïdentifiseer dat as die verbindings in ʼn voorafvervaardigde gebou of struktuur, ontwerp word deur ʼn ontoereikende manier, dit kan lei tot ernstige strukturele probleme en selfs strukturele faling. Dit beklemtoon dus die belangrikheid wat die ontwerp en konstruksie proses van voorafvervaardigde beton verbindings het op die algehele stabiliteit, sterkte en robuustheid van die struktuur. Voorafvervaardigde beton geboue en strukture kan nie slegs beskou word as aparte voorafvervaardigde elemente wat met mekaar verbind word om eventueel dieselfde beginsels van insitu konstruksie te vorm nie. Voorafvervaardigde beton en verbinding ontwerp word beskou as 'n spesialis veld en vereis dat die ontwerper die nodige kundigheid en kennis van die strukturele stelsel en al sy verskillende aspekte verstaan. Voorafvervaardigde beton verbindings se funksie is nie net om toegepaste kragte oor te dra nie, maar ook om strukturele kontinuïteit te ontwikkel en te verseker dat monolitiese gedrag gehandhaaf word vir die hele voorafvervaardigde beton struktuur (Englekirk 2003). Die mees belangrike strukturele funksies van voorafvervaardigde beton verbindings sluit die volgende in; (i) verseker direkte oordrag van toegepaste kragte (vloei van kragte), (ii) ontwikkeling van strukturele kontinuïteit en integriteit, (iii) die verspreiding van puntbelastings, (iv) moet voorsiening maak vir die bewegings in die voorafvervaardigde element en konneksie self en laastens (v) verskaf doeltreffende rigiditeit en robuustheid vir die konneksie sone. Dus kan daar afgelei word dat daar baie faktore is wat bydra tot die algehele ontwerp en konstruksie fases van voorafvervaardigde beton verbindings. Die doel van hierdie studie is om aspekte te identifiseer en te ondersoek wat die ontwerp en konstruksie van aspekte beton verbindings wel beïnvloed. Die studie sal hoofsaaklik fokus op voorafvervaardigde beton en verbindings voorkeure van persone in die Suid-Afrikaanse konstruksiebedryf. Tydens die studie was persone in die industrie (kontrakteurs en konsultante) ook gevra om sekere aspekte en kwellings wat verband hou met voorafvervaardigde beton asook die verbindings te identifiseer. Die antwoorde wat verkry was uit die industrie deelnemers kan toepaslik gebruik om word riglyne en voorkeure op te stel wat vervolglik gebruik en toegepas kan word in die konstruksie bedryf van Suid Afrika. Die riglyne kan effektief gebruik word om voorafvervaardigde beton asook die verbindings te verbeter en persone in die konstruksie bedryf in te lig oor voorkeure en toepassings van hierdie metode.
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2014.
Keywords
Precast concrete connection -- Design and construction, Theses -- Civil engineering, Dissertations -- Civil engineering, UCTD, Precast concrete -- Joints, Precast concrete -- Connections, Concrete construction -- Design and construction, Precast concrete construction