iromats deel 1 : drukspanningen industriële raad voor de océanologie marien technologisch speurwerk

Transcriptie

1 deel 1 : drukspanningen iromats industriële raad voor de océanologie marien technologisch speurwerk tichting voor onderzoek, oorschriften en kwaliteitseisen p het gebied van beton

2 ONDERZOEKCOMMISSIES (1983) COMMISSIE A 7 Onderzoek naar het plastische gedrag van constructies. A 13 Onderzoek naar de krachtsverdeling in scheve platen. A 16 Veiligheid. A 21 Onderzoek naar de oplegreactie van vierzijdig ondersteunde platen. A 26 Betonmechanica. COMMISSIE B 14 Kwaliteitscontrole van beton. B 16 Reparaties aan betonconstructies. B 18 Nieuwe betonsoorten. B 29 Hergebruik van beton- en metselwerkpuin. B 30 Duurzaamheid van betonnen offshore constructies. B 31 Putcorrosie van voorspanstaai. PB 32 Relatie agressiviteit milieu en duurzaamheid betonconstructies. B 33 Vliegas in beton COMMISSIE C 15 Staal beton liggers. C 15A Staal beton kolommen. C 24 Doorbuigingen. C 26 Voorspankabels zonder aanhechting. C 27 Voegmortels. C 28 Constructiedetails. C 33 Wisselbelasting. C 34 Betondekking. C 36 Sterkte van buizen. C 38 Spanningen in betonconstructies veroorzaakt door warmteontwikkeling tijdens het verhardingsproces. C 40 Lasbaarheid betonstaal FeB 500. C 41 Betonconstructies bij brand. C 43 Voegen in geprefabriceerde vloeren. C 44 Construeren met alternatieve materialen. C 45 Cementbetonnen dijkbekledingen. C 46 Gelaste verbindingen. C 47 Dimensionering van betonnen heipalen. C 48 Staalplaat-betonvloeren. COMMISSIE D 7 D 8 Demontabel bouwen. Beton in de woningbouw.

3 vermoeiing van beton deel 1: drukspanningen ONDERZOEK UITGEVOERD DOOR HET INSTITUUT TNO VOOR BOUWMATERIALEN EN BOUWCONSTRUCTIES

4 De Stichting CUR-VB en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken van de in deze publikatie vervatte gegevens; deze gegevens geven de stand van de techniek op het moment van uitgifte weer. Nochtans moet niet worden uitgesloten de mogelijkheid dat zich toch onjuistheden in deze publikatie kunnen bevinden. Degene die van deze publikatie gebruik maakt, aanvaardt daarvoor het risico. De Stichting sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze gegevens. ISBN

5 VOORWOORD CUR-VB-commissie C 33 Wïsselbelasting", ingesteld in 1974, is de werkzaamheden begonnen met het uitvoeren van een oriënterend onderzoek naar het effect van wisselende belastingen op betonconstructies. Het bleek dat als gevolg van klimatologische omstandigheden en een streven naar optimaal materiaalgebruik in mariene betonconstructies spanningswisselingen voorkomen die aanzienlijker zijn dan in aan wisselende belastingen onderworpen constructies aan land. Als gevolg hiervan treedt in het materiaal beschadiging op waardoor vermoeiingsbreuk of ontoelaatbare vervormingen van de constructie kunnen ontstaan. Vooral bij mariene constructies is daarom een goed inzicht in de problematiek van de vermoeiing van beton noodzakelijk om bij het ontwerpen een verantwoorde afweging van economische en veiligheidsaspecten mogelijk te maken. Om te komen tot een algemeen bruikbare Tekenprocedure, bijvoorbeeld op basis van een beschadigingsregel waarmee het effect van wisselende spanningen in rekening kan worden gebracht, is een omvangrijk onderzoekprogramma opgesteld. Bij dit onderzoek zijn het laboratorium van IBBC-TNO, het Stevinlaboratorium van de TH-Delft en het laboratorium Magnel van de Rijksuniversiteit Gent betrokken. Het experimentele onderzoek is in 1978 gestart. Hierbij is tevens gebruik gemaakt van door de Stuurgroep Problematiek van Offshore Constructies (StuPOC) verricht onderzoek. In de jaren 1980 tot en met 1984 wordt het onderzoek grotendeels uitgevoerd in het kader van het Marien Technologisch Speurwerk (MaTS). Dit rapport vormt het eerste deel van een serie CUR-VB/MaTS-IRO-rapporten inzake vermoeiing van beton. Het bevat een inleiding in de problematiek en de resultaten van proeven met wisselende drukspanningen met constante en variabele amplituden. Over de resultaten van proeven met randombelastingen en van proeven met trekspanningen zal in toekomstige delen worden gerapporteerd. De huidige samenstelling van de commissie is als volgt: ir. W. COLENBRANDER, voorzitter ir. P. EGGERMONT, secretaris ir. J. P. COPPIN dr. ir. H. A. W. CORNELISSEN ir. F. F. M. DE GRAAF prof. ir. H. LAM BOTTE ir. J. VAN LEEUWEN ir. B. J. G. VAN DER POT drs. ir. J. H. A. M. VRENCKEN ir. P. H. ZAALBERG

6 ir. A. J. M. SIEMES, rapporteur ir. J. C. SLAGTER, mentor Het onderzoek is uitgevoerd door het Instituut TNO voor Bouwmaterialen en Bouwconstructies onder leiding van ir. A. J. M. SIEMES die tevens het rapport heeft geschreven. Ten slotte spreekt de CUR-VB haar dank uit aan de Industriële Raad voor de Oceanologie (IRO), het Ministerie van Economische Zaken en Rijkswaterstaat voor de financiële bijdragen ten behoeve van dit onderzoek. december 1983 De Stichting voor Onderzoek, Voorschriften en Kwaliteitseisen op het gebied van Beton (CUR-VB)

7 INHOUD NOTATIES 6 Hoofdstuk 1 INLEIDING 9 Hoofdstuk 2 BELASTINGEN 11 Hoofdstuk 3 VERMOEIING VAN BETON 18 Hoofdstuk 4 REGEL VAN MINER 23 Hoofdstuk 5 STAND VAN DE TECHNIEK 26 Hoofdstuk 6 EXPERIMENTEEL ONDERZOEK - PROEVEN MET CONSTANTE EN VARIABELE AMPLITUDEN Algemeen Constante amplitudeproeven Variabele amplitudeproeven 37 Hoofdstuk 7 REGEL VAN MINER BIJ VARIABELE AMPLITUDESPANNINGEN.. 41 Hoofdstuk 8 EXPERIMENTEEL ONDERZOEK - VERMOEIINGSGRENS 46 Hoofdstuk 9 SEMI-PROBABILISTISCHE ONTWERPPROCEDURE 48 Hoofdstuk 10 SAMENVATTING EN CONCLUSIES 50 Bijlage A ONDERZOEK AAN DE HAND VAN VARIABELE AMPLITUDEPROEVEN 52 Bijlage B REGEL VAN MINER VOOR VARIABELE AMPLITUDEPROEVEN.. 58 Bijlage C LITERATUURLIJST 65 Summary Faiigue of concrete. Part 1: Compressive stresses 67

8 NOTATIES c aantal wisselingen i amplitude van de random belasting Fjt) random belasting fbk karakteristieke waarde van de betondruksterkte fbm gemiddelde waarde van de betondruksterkte fbu statische korteduur druksterkte van de betonnen cilinders Mq) Hfa) M M exp M u kansdichtheidsfunctie van R(t) histogram van en m\ frequentieresponsiefunctie Miner-getal Miner-getal dat bij proeven wordt gevonden modelfactor voor de regel van Miner A/ N Miner-getal waarin het stochastisch karakter van N\ is verwerkt M m karakteristieke waarde voor het Miner-getal M s Miner-som mi gemiddelde spanning in een range med (x) mediaanwaarde van x m{x) gemiddelde waarde van x Ni aantal wisselingen tot breuk bij een constante amplitudeproef P{) kans Pk verhoudingsgetal dat bij een wisselende spanning het gedeelte van alle wisselingen aangeeft met hetzelfde spanningsniveau k K spanningsratio; R x = a' mib ija' mwi Rk draagvermogen uitgaande van de karakteristieke sterkte R(t) random proces r, spanningsrange; n = <4ax i - ffmin i Si spanningswisseling s k effect van de karakteristieke belasting S(o>i) energiedichtheid s(x) standaardafwijking van x u hulpgrootheid met een genormeerde normale verdeling v(/b') variatiecoëfficiënt van de betondruksterkte w spreidingsbreedte van de amplituden Z grenstoestandsfunctie voor het bezwijken a fout in de wisselende spanning veiligheidsindex y veiligheidsmarge 6

9 7R ïs A(ft)i) <f>> a(t) Cbk <7bm <7min i 0~max i Öj modelfactor materiaalfactor belastingfactor breedte van een frequentie-interval faseverschuiving random spanning karakteristieke waarde van de optredende betondrukspannin; gemiddelde waarde van de optredende betondrukspanning minimale drukspanning in het beton maximale drukspanning in het beton faseverschuiving van de responsie frequentie van de belasting