STICHTING NEDERLANDS INSTITUUT VOOR LASTECHNIEK STICHTING COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETON VERENIOI NO

Transcriptie

1 STICHTING NEDERLANDS INSTITUUT VOOR LASTECHNIEK STICHTING COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETON VERENIOI NO

2 lasbaarheid betonstaal overlap- en stompe lasverbindin ONDERZOEK UITGEVOERD DOOR HET METAALINSTITUUT TNO GEZAMENLIJKE PUBLIKATIE VAN STICHTING NEDERLANDS INSTITUUT VOOR LASTECHNIEK, DEN HAAG BETONVERENIGING, ZOETERMEER UITGEVERIJ WALTMAN, DELFT

3 ISBN

4 VOORWOORD In de gewapend betontechniek is een toenemend aantal problemen ontstaan door het toepassen van de lastechniek bij het vervaardigen van wapeningsverbindingen. Dit heeft er toe geleid, dat na overleg tussen het Nederlands Instituut voor Lastechniek (NIL), de Stichting Commissie voor Uitvoering van Research (CUR) en CURcommissie C 16 Lasverbindingen" op 28 december 1970 de gezamenlijke NIL-CURcommissie C 25,,Lasbaarheid van betonstaal" werd geïnstalleerd. De taak van deze commissie was het onderzoeken van de lasbaarheid van betonstaal zowel in constructieve, metallurgische als in executieve zin. Dit is in feite een logische voortzetting van het werk van CUR-commissie C 16, die zich heeft beziggehouden met het vaststellen van de functionele eisen die aan de lasverbindingen dienen te worden gesteld. Gezien de veelomvattende problematiek werd het onderzoek in twee gedeelten gesplitst, te weten: a. de lasbaarheid van betonstaal in relatie tot de kruis- of hechtlasverbinding; b. de lasbaarheid van betonstaal in relatie tot de overlap- en stompe lasverbinding. De onderzoekresultaten betrekking hebbende op het onder a genoemde onderzoek zijn gepubliceerd in NIL-CUR rapport 60. In dit rapport zijn de resultaten van het onder b genoemde onderzoek neergelegd samen met de resultaten van de indertijd door CUR-commissie C 16 uitgevoerde oriënterende lasproeven. De huidige samenstelling van de commissie is als volgt: ing. D. C. BINNEKAMP, voorzitter dr. ir. P. H. VAN LENT, secretaris ing. J. W. BOUWMEESTER ir. T. BREEDUK ing. P. ELFERS ing. I. SMIT ir. R. VELLEMA ing. G. J. W. VAN WENT prof. dr. ir. H. G. GEERLINGS, mentor namens NIL ir. R. ARNOLDY, mentor namens CUR

5 In de loop van 1971 hebben ir. M. J. Spanraft (een van de belangrijkste initiatiefnemers van dit project) en ir. A. Zandveld zich wegens drukke werkzaamheden respectievelijk pensionering teruggetrokken en zijn vervangen door ir. T. Breedijk en ir. R. Vellema. Het onderzoek is uitgevoerd bij het Metaalinstituut TNO, onder leiding van ir. N. L. G. M. Teunissen en dr. ir. P. H. van Lent, die ook het grootste gedeelte van de redactie van dit rapport hebben verzorgd. Het NIL en de CUR spreken hun dank uit aan de Stichting Bouwresearch, Hoogovens B.V. en Rijkswaterstaat voor de financiële bijdragen ten behoeve van dit onderzoek. november 1975 De Stichting Nederlands Instituut voor Lastechniek De Stichting Commissie voor Uitvoering van Research

6 INHOUD NOTATIES 8 Hoofdstuk 1 DOELSTELLING 9 Hoofdstuk 2 INLEIDING 10 Hoofdstuk 3 LASBAARHEID VAN STAAL Algemeen Thermische en metaalkundige aspecten 13 Hoofdstuk 4 BETONSTAAL Algemeen Normaal warmgewalst betonstaal Hoogwaardig warmgewalst betonstaal Hoogwaardig nabehandeld betonstaal Onderzochte kwaliteiten betonstaal 22 Hoofdstuk 5 LITERATUURSTUDIE Overlaplasverbinding Stompe lasverbinding Afbrandstuiklas Autogeendruklas X-, K- en V-naadlas Halveschaallasverbinding Coquillelasverbinding Autogene lasverbinding Thermietlasverbinding Stompe lasverbinding in H K-staal Samenvatting van enige normen Samenvatting van de mogelijkheden voor niet-destructief onderzoek Samenvatting van de kostenaspecten voor verschillende lasverbindingen Samenvatting van artikel A-801 uit de Voorschriften Beton 1974 Deel A 31

7 Hoofdstuk 6 SlMULATIEONDERZOLK Motivering Uitvoering Resultaten Staalsoort A Staalsoort C Staalsoorten B en G Conclusies 43 Hoofdstuk 7 AFKOELTIJDMETINGEN Motivering Uitvoering Resultaten Overlaplasverbinding Stompe lasverbinding Lastijden Staaftemperaturen 51 Hoofdstuk 8 METALLOGRAFISCH ONDERZOEK Motivering Uitvoering Resultaten Ultrasoon trillingsonderzoek stompe lasverbinding Röntgenonderzoek stompe lasverbinding Microscopisch onderzoek overlaplasverbinding Microscopisch onderzoek stompe lasverbindingen Samenvatting 73 Hoofdstuk 9 MECHANISCH ONDERZOEK Trekproeven aan stompe lasverbindingen Afbrandstuiklasverbinding X-naadlasverbinding K-naadlasverbinding Halveschaallasverbinding Coquillelasverbinding Trekproeven aan overlaplasverbindingen Staalsoort A Staalsoort B Staalsoort C Staalsoort D Staalsoorten A, B, C en D Keuze overlaplasverbinding Buigproeven Vermoeiingsproeven 90

8 Hoofdstuk 10 NABESCHOUWING Overlaplasverbinding Metallurgische lasbaarheid Executieve lasbaarheid Constructieve lasbaarheid Stompe lasverbinding Metallurgische lasbaarheid Executieve lasbaarheid Constructieve lasbaarheid Keuringscriteria op mechanische eigenschappen 101 Hoofdstuk 11 CONCLUSIES Conclusies betrekking hebbend op de literatuurstudie Conclusies betrekking hebbend op het simulatieonderzoek en de afkoeltijdmetingen Conclusies betrekking hebbend op het metallografisch onderzoek Conclusies betrekking hebbend op het mechanisch onderzoek Conclusies betrekking hebbend op de aan te leggen keuringscriteria 108 Hoofdstuk 12 SAMENVATTING 109 Bijlage A RESULTATEN TREKPROEVEN, BUIGPROEVEN EN VERMOEIINGS- PROEVEN 111 Bijlage B MECHANISCHE VERBINDINGEN Persmofverbinding Thermietmofverbinding Samenvatting en conclusie 148 Bijlage C DOOR CUR-COMMISSIE C 16 UITGEVOERDE PROEVEN OP LAS VERBINDINGEN Inleiding Onderzochte verbindingen Samenvatting en conclusies 156 Bijlage D BESCHRIJVING VAN DE VERSCHILLENDE FOUTTYPEN 157 Bijlage E BESCHRIJVING VAN DE UITVOERING VAN DE VERSCHILLENDE VER BINDINGEN, ZOALS DIE IN DIT ONDERZOEK TER SPRAKE KOMEN 160 Bijlage F LIJST VAN GERAADPLEEGDE LITERATUUR 166 Zusammenfassung 170 Résumé 172 Summary 174

9 NOTATIES Mechanische eigenschappen <r e vloeigrens N/mm 2 <x 0,2 rekgrens N/mm 2 <r max treksterkte N/mm 2 ff max maximale spanning bij vermoeiingsproef N/mm 2 ff gem gemiddelde spanning bij vermoeiingsproef N/mm 2 o- min minimale spanning bij vermoeiingsproef N/mm 2 <r a spanningsamplitude bij vermoeiingsproef N/mm 2 <T W wisselsterkte = vermoeiingssterkte bij a gcm = 0 N/mm 2 N/mm 2 (ff* =,) o % sprongsterkte = vermoeiingssterkte bij a mxn = 50 N/mm 2 N/mm 2 (<7s = <7min + 2<T A) rek A5 breukrek over meetlengte van 5 maal de staafdiameter % Structuren y of A a of F M B P austenietstructuur ferrietstructuur martensietstructuur bainietstructuur perlietstructuur Algemeen Tp piektemperatuur At 800'500 C afkoeltijd tussen 800 en 500 C C s

10 HOOFDSTUK 1 DOELSTELLING In de laatste jaren is de wens om in wapeningsstaal verbindingen aan te brengen door middel van elektrisch of autogeen lassen steeds sterker gaan leven. Met name het verlengen van staven en het doorverbinden van staven van betonelementen door middel van elektrisch en autogeen lassen is voor het vervaardigen van een monoliete betonconstructie van groot belang. Dergelijke verbindingen kunnen worden onderscheiden in overlap- en stompe lasverbindingen. Bij het aanbrengen van deze verbindingen kunnen de eigenschappen van de staven als gevolg van de bij het lassen geïntroduceerde warmte en spanningen zodanig veranderen, dat met name de sterkte en de taaiheid tot een absoluut onaanvaardbaar peil kunnen dalen. Het al dan niet achteruit gaan van de mechanische eigenschappen en de mate ervan worden bepaald door een groot aantal factoren, waaronder de chemische samenstelling, de produktiemethode en de eventuele nabehandeling van het wapeningsstaal, het type en de uitvoeringswijze van het lasproces en de dikte van de te verbinden staven. Kwantitatief is er echter over de invloed van al deze factoren weinig bekend. Met name ten aanzien van de toelaatbare chemische samenstelling van het staal, alsmede ten aanzien van de mogelijkheden en de problemen van de stompe lasverbinding zijn de literatuurgegevens (zie 5.2) onvolledig. Vrijwel geen gegevens zijn beschikbaar betreffende de metallurgische lasbaarheid van betonstaal met betrekking tot de overlaplasverbinding. Daarnaast blijkt er een groot aantal stompe lasuitvoeringen te worden toegepast, waarvan slechts een beperkt aantal tot een acceptabel resultaat leidt. In verband met de grote onzekerheid die bij velen bestaat betreffende de mogelijkheden en moeilijkheden van het verlengen van betonstaal, alsmede van het doorverbinden van betonstaal bij betonelementen, was het noodzakelijk door middel van gericht speurwerk inzicht te verkrijgen in een aantal essentiële punten, met name: a. de eisen waaraan een lasverbinding in betonstaal dient te voldoen opdat in de praktijk de constructie zich bevredigend zal gedragen (constructieve lasbaarheid); b. de eisen waaraan het betonstaal zal moeten voldoen om het leggen van een las van voldoende kwaliteit mogelijk te maken (metallurgische lasbaarheid); c. de eisen waaraan de lasmethode, de wijze van uitvoering en de lasser moeten voldoen om een goede las te verkrijgen (executieve lasbaarheid); d. de keuringscriteria die moeten worden aangelegd om zekerheid te krijgen dat in de praktijk ook werkelijk aan de gestelde kwaliteitseisen wordt voldaan. NIL-CUR-commissie C25 Lasbaarheid betonstaal" heeft getracht de in de punten b, c en d gestelde vragen tot een oplossing te brengen.