RAPPORT. Scheurvorming en doorbuiging in gewapend beton bij toepassing van geribd staal

Transcriptie

1 RAPPORT COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE B ETON VER EN IGING Scheurvorming en doorbuiging in gewapend beton bij toepassing van geribd staal

2 SCHEURVORMING EN DOORBUIGING IN GEWAPEND BETON BIJ TOEPASSING VAN GERIBD STAAL Onderzoek uitgevoerd door het Instituut TNO voor Bouwmaterialen en Bouwconstructies ten behoeve van de Commissie voor Uitvoering van Research ingesteld door de Betonvereniging

3 TOELICHTING Op initiatief van de Betonvereniging is het Fonds voor Experimenteel Beton-Onderzoek (F.E.B.O.) ingesteld met het doel hiermede de kennis van het gewapend beton door middel van speurwerk te vermeerderen. De instelling van het F.E.B.O. is financieel mogelijk gemaakt door belangrijke bijdragen van de Stichting Cement Centrale voor Nederland(C.C.N.) - dit is de organisatie op de Nederlandse markt van de binnen- en buitenlandse cementindustrieën - en van de Bond van Aannemers in de Bouwnijverheid gespecialiseerd in utiliteits-, beton- en waterbouwkundige werken (B.A.B.) en N.V. Koninklijke Demka Staalfabrieken. De C.C.N. zal er naar streven, door haar financiële steun de continuïteit in het onderzoek te waarborgen. De uitvoering is door de Betonvereniging in handen gelegd van de Commissie voor Uitvoering van Research, die daartoe voor elk onderwerp een kleine werkcommissie samenstelt, belast met de directe leiding van het betreffende onderzoek. De onderwerpen zijn ingedeeld in vijf groepen: A. Onderzoekingen ten aanzien van de theoretische grondslagen (publikatics met oranje omslag). B. Onderzoekingen ten aanzien van de samenstellende materialen (blauw omslag). C. Onderzoekingen ten aanzien van de constructieve toepassingen (geel omslag). D. Onderzoekingen aan de bouwwerken zelve (groen omslag). E. Onderzoekingen naar de arbeidseconomie bij betonconstructies (grijs omslag).

4 VOORWOORD Tijdens een van de openbare discussies over de Gewapend Beton Voorschriften (G.B.V. 1962) bleek, dat de in deze voorschriften gegeven formules over scheurafstand en scheurwijdte grotendeels gebaseerd waren op onderzoekingen, waarbij glad betonstaal als wapening was toegepast. Van de zijde van de onderzoekers werd toen ter verdediging aangevoerd, dat de tijd, maar meer nog het geld ontbroken had om een dergelijk uitgebreid onderzoek ook voor geribd staal uit te voeren. Daarbij werd tevens gesuggereerd, dat ook het bedrijfsleven, in hel bijzonder de staalproducenten, wellicht daadwerkelijk steun aan deze onderzoekingen zouden kunnen verlenen. Deze uitdaging werd door de Koninklijke Nederlandse Hoogovens en Staalfabrieken N.V. te Umuiden aangenomen. In 1963 stelde deze instantie een belangrijke bijdrage ter beschikking met het verzoek, de onderzoekingen via de kanalen van de C.U.R. te doen uitvoeren. De C.U.R. was uiteraard gaarne bereid ook van zijn kant dit uitermate belangrijke onderzoek te steunen. Op 5 augustus 1963 werd zodoende de C.U.R.-commissie C12 Scheurvorming en doorbuiging in gewapend beton bij toepassing van geribd staal" opgericht. Deze commissie heeft zich met voortvarendheid gekweten van zijn taak, nl. te onderzoeken of met de in de G.B.V gegeven formules over scheurvorming en doorbuiging bij toepassing van geribd staal als wapening, het werkelijke gedrag van de constructie met voldoende nauwkeurigheid kan worden voorspeld. De in dit rapport beschreven resultaten van dit onderzoek kunnen, gezien de toenemende belangstelling voor het toepassen van hoogwaardig staal, worden beschouwd als een belangrijke bijdrage tot het verkrijgen van een beter inzicht in het gedrag van gewapend beton. Januari 1968 COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH

5 INHOUD Voorwoord 3 blz. Inleiding 7 Hoofdstuk I Berekende scheurwijdte en doorbuiging Scheurwijdte volgens de G.B.V Scheurwijdte volgens de CE.B.-richtlijnen Vergeleken waarnemingen en formules Doorbuiging 14 Hoofdstuk 2 Proeven Het proevenprogramma Wapening van de proefstukken Betonsamenstelling en vervaardiging van de proefstukken Belasting- en meetprogramma Uitvoering van de proeven 25 Hoofdstuk 3 Meetresultaten Gemeten scheurwijdte en scheurafstand Doorbuiging 30 Hoofdstuk 4 Vergelijking van de meetresultaten en formules Maximum scheurwijdte volgens de G.B.V.-formule Maximum scheurwijdte volgens de C.E.B.-formule Analyse van de formules Doorbuiging 40 Hoofdstuk 5 Nadere beschouwing en hypothesen over de scheurvorming Scheurvorming t.g.v. buiging Scheurvorming t.g.v. zuivere trek Invloed van krimp en temperatuur 45

6 Hoofdstuk 6 Samenvatting en conclusies 49 Zusammenfassung und Folgerungen 52 Résumé et conclusions 54 Summary and conclusions 56 Bijlagen: 59 I Doorsnedeberekening Verband tussen de scheurwijdte en het aantal lastwisselingen bij o a = 2500 kgf/cm 2 63 III Gemeten scheurafstanden en scheurwijdten (zonder correcties) 64 IV Gemeten kromming 66 V Gemeten doorbuiging 68 VI Bepaling van de gemeten Al,»r gcm en >r max bij o a 2500 kgf/cm 2 na 1000 lastwisselingen 72

7 NOTATIES A B oppervlak van de doorsnede van de hoofdtrekwapening oppervlak van de betondoorsnede B, oppervlak van de op trek belaste betondoorsnede b flensbreedtc bij een T-balk, of de breedte van een plaat Dq breedte van een balk met rechthoekige doorsnede, of de breedte van de rib bij een T-balk; bij platen de afstand h.o.h. van de staven van de hoofdwapening C d s E a ƒ E h, E h f( a0 ) verticale betondekking op de staaf van de hoofdwapening bij balken de afstand van het hart hockstaaf tot de dichtstbijzijnde balkhoek; bij platen de afstand van het hart staaf tot de dichtstbijzijnde plaatrand (zie de schets in tabel I) clasticiteitsmodulus van staal clasticiteitsmodulus van beton totale doorbuiging in het midden van de overspanning doorbuiging t.g.v. het eigen gewicht en de hulpconstructie /( nuttige hoogte van een op buiging belaste betondoorsnede h 0 flensdikte van een T-balk totale hoogte van de betondoorsnede / 0 afstand van de puntlasten (tevens de lengte van het meetgebied waarin het moment bij benadering constant is) /, totale overspanning van de balk of plaat M M s M u n P R u 'gcm buigend moment in het midden van de overspanning buigend moment t.p.v. de grootste scheur breukmoment aantal staven van de hoofdwapening puntlast bij de vierpuntsbuigproef kromtestraal van een gebogen staaf gemiddelde scheurwijdte \v g e m de gemeten gemiddelde scheurwijdte waarop nog correcties worden toegepast vv max maximum scheurwijdte w m a x w k U', A' z de gemeten maximum scheurwijdte waarop nog correcties worden toegepast scheurwijdte ten gevolge van krimp scheurwijdte ten gevolge van temperatuurverschil hoogte van de betondrukzone hefboomsarm van het inwendige moment 0 kendiameter van een geribde wapeningsstaaf Al scheurafstand volgens de G.B.V A/ g e m gemiddelde scheurafstand A/ m a x maximum scheurafstand a,,a 2, a 3 correctiefactoren (zie blz. 29 en 30) p belemmeringsfactor (zie blz. 46) y e a S h e k MJM specifieke verlenging van het staal specifieke verlenging van het beton ( e fci~ e ko) = het verschil in de specifieke verkorting van het element en de specifieke verkorting van de overige constructie t.g.v. krimp 8, (f M e l0) = het verschil in de specifieke vervorming van het element en de specifieke vervorming van de overige constructie t.g.v. temperatuurverschil cf...i^4 coëfficiënten, zie verklaring op blz. 11 en 12 a a a a berekende trekspanning in het staal (uitgaande van de gescheurde doorsnede) in het midden van de overspanning de <t ten gevolge van alleen het eigen gewicht en de hulpconstructie als belasting <T e vloeispanning van het staal a' b o~ a' u a k cr fcj8 OJq de berekende maximale buigdrukspanning in het beton treksterkte van het beton druksterkte van het beton kubusdruksterkte van het element op de dag van de beproeving (gemeten op kuben 20/20/20 cm) kubusdruksterkte na 28 dagen wapeningspercentage - 100A/b 0h Cüf zie blz. 11

8 INLEIDING Met het steeds toenemende gebruik van hoogwaardig staal in gewapend beton groeide ook de behoefte om de scheurwijdte in verband met de kans op aanzienlijke corrosie te begrenzen. Met het oog daarop zijn in de Gewapend Beton-Voorschriften (G.B.V. 1962) toelaatbare scheurwijdten opgenomen, afhankelijk van het klimaat waarin een constructie wordt geacht zich te zullen bevinden, en zijn formules gegeven waarmee de optredende scheurwijdte dient te worden berekend. De genoemde formules zijn experimenteel afgeleid uit proeven waarbij hoofdzakelijk kleine modelbalken werden onderzocht met glad betonstaal als wapening. Het in dit rapport beschreven onderzoek had in de eerste plaats ten doel de formule in de G.B.V. voor de maximale scheurwijdte bij toepassing van geribd staal te verifiëren. Daartoe werden 8 rechthoekige balken, 16 T-balken en 7 platen op ware grootte gemaakt en beproefd. De commissie die dit onderzoek heeft geleid, was zich ervan bewust dat aan de hand van 31 proefelementen niet kan worden vastgesteld of de variabelen in de G.B.V.- formule op juiste wijze zijn vertegenwoordigd. De spreiding is immers te groot om aan de hand van een zo beperkt aantal proefstukken de invloed van alle afzonderlijke factoren na te gaan. Men nam echter genoegen met de beperkte opdracht tot een globale vergelijking om te zien of de waarnemingen belangrijk afwijken van de met de G.B.V.-formule berekende waarden. Van de proeven werd ook gebruik gemaakt om de doorbuiging te meten en de formule waarop de doorbuigingseisen in de G.B.V. zijn gebaseerd aan de gemeten waarden te toetsen. Verschillende onderzoekers en instituten in de wereld hebben zich reeds met het probleem van de scheurvorming beziggehouden, en het is niet te verwonderen dat zij daarbij, hetzij langs theoretische, hetzij langs experimentele weg gekomen zijn tot onderling verschillende formules voor het berekenen van scheurwijdte. In het beton tussen twee reeds ontstane scheuren heerst - als gevolg van de discontinuïteiten - een ingewikkeld spanningspatroon dat het wel of niet ontstaan van een nieuwe scheur bepaalt. Een vereenvoudiging van dit patroon leidt blijkbaar steeds tot over- of onderschatting van de invloed van een of meer factoren, waardoor een verkregen formule verliest aan algemene geldigheid. Hetzelfde lot treft ook een formule die langs experimentele weg wordt bepaald, waarbij de spreiding en een beperkt aantal proefstukken leiden tot uiteenlopende conclusies. De formule voor het berekenen van de scheurwijdte die door het C.E.B. is voorgesteld, kan men beschouwen als een synthese van wat op het gebied van het scheur-