Vlakke plaatvloeren met behulp van breedvloerplaten

Transcriptie

1 Vlakke plaatvloeren met behulp van breedvloerplaten Ir. ing. Tom Molkens Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving Besluiten 2

2 Manier van aanpak Citaten bestaande normering ([EN] en Model Code), sterkteleer + reflecties Analytische benadering waar mogelijk 2D EEM indien toepasbaar Volumetrische 3D benadering interesse? 3 Manier van aanpak Normale vloeren Vlakke plaatvloeren Normen; EN Vlakke plaatvloeren met vulelementen Aanvullende voorschriften bvb. CUR86 & gezond verstand 4

3 Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving 5 Back to basics Bijzonderheden vloer Vlak en geen lineair element; normering meestal toegespitst op lineaire elementen Buigstijfheid in 2 richtingen + al dan niet belangrijk aandeel torsiestijfheid. Dikte < overspanning/5 [5.3.1.(4)] Doorbuiging < halve plaatdikte. Min. wap. = 0,26.f ctm /f yk.b t.d>0,0013.b t.d 6

4 Back to basics Minimale wapening met f yk = 500 N/mm² C20/25 0,0013.b t.d C25/30 0,0013.b t.d C30/37 0,0015.b t.d C35/45 0,0017.b t.d C40/50 0,0018.b t.d C50/60 0,0021.b t.d 7 Back to basics Bijzonderheden vlakke plaat vloer Geen balken. Geen paddenstoelen. Meestal ponswapening noodzakelijk. Minimale wapening in 2 richtingen. Doorkoppelwapening en effectieve breedte zie [9.3.], [9.4.] + [9.10.]. Minimale dikte 200 mm 8

5 Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving 9 Normtechnische vereisten Betreffende vloeren Om als lineair element te mogen berekenen [5.3.1.(5)]; Dit komt niet zo vaak voor; getabelleerde data of EEM-toepassingen = regel. 10

6 Normtechnische vereisten Betreffende vloeren met vulelementen Om gebruik te kunnen maken van de torsiestijfheid [5.3.1.(6)]; Vb. Airdeck, max.dikte = =450mm 11 Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving 12

7 Aandachtspunten breedplaten Kenmerken breedplaat Meestal hogere betonkwaliteit breedplaat dan druklaag. Standaard breedte van 2400 mm met dikte van 5 à 7 cm i.f.v. wapening-inhoud & REI. Tralieliggers met tussenafstand < 15.p+125 of 835 mm = min. 3 st /2400 mm Koppelwapening 13 Aandachtspunten breedplaten Invloed betere betonkwaliteit breedplaat Betonkwaliteit breedplaat C30/37 met druklaag C25/30 Z=( , ,5)/( ) = 9,88 cm E.20³/12=(31.(15³/ ,61²)+33.(5³/ ,38²)) of E = N/mm² Resultaat E-modulus bij 20 cm dikke plaat betekenisvol beter dan druklaag 14

8 Aandachtspunten breedplaten Invloed plaatbreedte/voegen. Vervormingberekening = integratie M-κ diagramma: 1/ρ = M x /E.I x d²v/dz² v v =.. z +.. 4,8 m 5kN/m² 20 cm Aandachtspunten breedplaten Invloed voegen, verwaarlozen = 4% verschil 3,51 3,60 3,37 invloed mesh? 16

9 Aandachtspunten breedplaten Invloed voegen, mesh x 2 = 5,5% verschil 3,42 3,44 3,24 gescheurd? 17 Invloed voegen, gescheurd + kruip = 4% verschil 10,5 Aandachtspunten breedplaten 10,8 10,1 effectieve wapening? 18

10 Aandachtspunten breedplaten Invloed voegen, gescheurd + effectieve wapening = 4% verschil 10,5 10,7 10,1 Verwaarloosbaar 19 Aandachtspunten breedplaten Geen lineair doch plaat element, invloed voeg op torsiestijfheid? 4,8x4,8 m² 5kN/m² 20 cm Zonder voeg 6,5 mm Met 1 voeg 6,6 mm, met 2 voegen 6,7 mm 20

11 Aandachtspunten breedplaten Voorstel; orthotroop plaatelement met volle dikte in draagrichting en druklaag dikte in dwarse richting 11,0 mm = bijzonder nadelig? Evenwel praktisch voordeel + meetresultaat 21 Aandachtspunten breedplaten Experimentele metingen H of D 1 = D x.dy & D xy =.D 1 = algemeen? 22

12 Aandachtspunten breedplaten Na scheurvorming, met kruip en effectieve wapening = goede benadering<1% afwijking Met 1 voeg 39,6 mm, As=2.335, Ai=2.829 mm²/m Orthotroop; 39,3 mm As=2.335, Ai= mm²/m 23 Aandachtspunten breedplaten Invloed contactvlak en tralieliggers bij 20 cm totale dikte, waarvan 5 cm breedplaat. Referentiewaarden schuifspanningen massief beton: v Rd,c,l =0,12.1.(100.0,005.25) 1/3 = 0,28 N/mm² v Rd,c,h =0,12.1.(100.0,015.25) 1/3 = 0,40 N/mm² Schuifspanning contactvlak v Rdi =c.f ctd +µ.σ n +ρ.f yd.(µ.sinα+cosα) Waarde steeds <0,5.0,54.14,17=3,8N/mm² 24

13 Aandachtspunten breedplaten Parameters; Aandeel betonklasse met ruwheid + normaalspanning + wapening tralieligger. 25 Aandachtspunten breedplaten Resultaten met 3 tralieliggers/plaat Beton Beschrijving glad ruw geprofileerd glad ruw geprofileerd gem. bijdrage c 0,35 0,45 0,50 0,35 0,45 0,50 µ 0,60 0,70 0,90 0,60 0,70 0,90 c.fctd 0,42 0,54 0,60 0,47 0,61 0,68 71% µ.sn 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 1% r.fyd.() 0,20 0,21 0,24 0,20 0,21 0,24 28% vrdi 0,62 0,76 0,84 0,68 0,83 0,92 Belang opruwen! 26

14 Aandachtspunten breedplaten Resultaten met 4 tralieliggers/plaat + vergelijking t.o.v. 3/plaat Beton Beschrijving glad ruw geprofileerd glad ruw geprofileerd gem. bijdrage c 0,35 0,45 0,50 0,35 0,45 0,50 µ 0,60 0,70 0,90 0,60 0,70 0,90 c.fctd 0,42 0,54 0,60 0,47 0,61 0,68 65% µ.sn 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 0% r.fyd.() 0,27 0,29 0,32 0,27 0,29 0,32 34% vrdi 0,69 0,83 0,92 0,74 0,90 1,00 109% Slechts 9% winst 27 Aandachtspunten breedplaten Resultaten met 4 tralieliggers/airdeck plaat + vergelijking t.o.v. massieve plaat met 4. Beton Beschrijving glad ruw geprofileerd glad ruw geprofileerd gem. bijdrage c 0,35 0,45 0,50 0,35 0,45 0,50 µ 0,60 0,70 0,90 0,60 0,70 0,90 c.fctd 0,42 0,54 0,60 0,47 0,61 0,68 48% µ.sn 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 0% r.fyd.() 0,55 0,59 0,66 0,55 0,59 0,66 52% vrdi 0,97 1,13 1,26 1,03 1,20 1,34 vrdi,equivalent 0,47 0,55 0,61 0,50 0,58 0,65 66% 28

15 Aandachtspunten breedplaten Bepaling v Edi + cijfervoorbeeld plaat 20 cm Elastisch (SLS) v Ei =.. =.. /.. ³. Plastisch (ULS) = EN & MC v Eid =.. = = 16, V Ei v Ei,SLS > v Eid,ULS met V Eid 1,4 V Ei /.,.( ). = 5, V Eid Met vulelementen 20x10 alle 30 cm v Eid =.. = (.. )/(.. ).,.( ). = 14, V Eid 29 Aandachtspunten breedplaten Dimensionering koppelwapening Meest geschikte voegindeling voorstellen Ruwheid PTV 202 = 15 mm extra verlies aan hefboomsarm Hefboomsregel Basis 764 mm²/m in plaat 764.(200-35)/( /2) = 977 mm²/m Minimaal 9Ø12 i.vm. kortere overlapping lengten beter 10Ø12 30

16 Aandachtspunten breedplaten Controle met balkmodel + voeg (top blz. 16) T.p.v. voeg ,075/2 = 532 mm²/m Net ernaast ,098/2 = 330 mm²/m Wapeningtoename > volgens hefboomsarm, t.g.v. drukwapening controle t.p.v voeg! 31 Aandachtspunten breedplaten Bepaling overlappinglengten In druklaag C25/30 Basis 1130 mm²/m = 10Ø12/m L 0 =1.(1-0,15.(50-12)/12).1.1.1,5.418=439mm In breedplaat C30/37 Basis 764 mm²/m = 10Ø10/m L 0 =1.(1-0,15.(30-10)/10).1.1.1,5.363=381mm Praktisch speling = 900 mm 32

17 Aandachtspunten breedplaten Noodzakelijkheid dwarswapening Artikel EN , Tralieligger mag meegenomen worden als wapening (PTV 202) voor het opnemen van trekkrachten in de dwarse richting Verantwoordbaar? 33 Aandachtspunten breedplaten Voorbeeldberekening Voorgaand Ø12/10 werkend aan 977/ = 376 N/mm² of 425 kn Drukzone C25/30 = mm²/m Manteloppervlak = 10.π.12 = 377 mm²/m, in strip model 2000 mm²/m of f bd /5,3 Elastische benadering, plastisch = rechthoekige i.p.v. driehoekige spanningverdeling of /2 34

18 Aandachtspunten breedplaten Voorbeeldberekening met l 0 /2, l 0, l 0.2; Nzz l 0 /2 l 0 l 0.2 Resultaat lijkt logisch, doch geen invloed l 0 35 Aandachtspunten breedplaten Voorbeeldberekening met l 0 /2, l 0, l 0.2; Nxz l 0 /2 l 0 l 0.2 f bd = 3,48.5,3/2 = 9,22 N/mm² >>2,7 N/mm² 36

19 Aandachtspunten breedplaten Stripmodel niet bruikbaar voor grootte orde, mogelijk wel voor afname over diepte: N xz, contactvlak = 2976/3414.2,7 = 2,35 N/mm² >> v Rdi (0,62 à 0,84 N/mm²), ook hier twijfelachtig resultaat. Grens van mogelijkheden met 2D. 37 Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving 38

20 Aanvullende regels vlakke platen Pons met bepaling β-factor β = vermindering factor u i tot u i,eff 39 Aanvullende regels vlakke platen β-factor 40

21 Aanvullende regels vlakke platen u i EN Modelcode 2010? u i fib12 41 Aanvullende regels vlakke platen Rotatieveerstijfheid toevoegen, maakt berekende β factor mogelijk. Berekende β = 1 tot 3! 42

22 Aanvullende regels vlakke platen Voorbeeld berekeningsmodel: β P3,3 =1,15 β P3,1 =1,13 43 Aanvullende regels vlakke platen Ponswapening Veel economischere oplossing mogelijk Ductiel gedrag Verankering door aangelaste staven of haak rondom staaf, praktisch? 44

23 Aanvullende regels vlakke platen Kenmerken vlakke plaatvloer met vulelementen (vb. Airdeck) Reductie dwarskracht A x 0,70 Reductie oppervlakte traagheid: I x 0,90 te bekomen door aanpassing E Reductie weerstandmodulus: W x 0,80 te bekomen door aanpassing f ctm 45 Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving 46

24 Invloed voeg: Plaatdikte 5 cm Voegbreedte 1 cm ISO834 Gedrag bij brand Isotherm 500 C <blijft onder 1 cm 47 Eigenaardigheid: Gedrag bij brand v Rd,c =C Rd,c.(1+ (200/d)).(100.ρ l.f ck ) 1/3 Door 3 e machtswortel afvlakken temperatuurseffect? Oplossing = herschrijven met inbrengen treksterkte: v Rd,c =C Rd,c.k.(100.ρ l ) 1/3.f ctk;0,05.f ck 1/2 /0,21 Dit geeft 0-waarde bij 600 C! 48

25 Gedrag bij brand Aanvullende regels EN : Waarnemingen bij vlakke plaatvloer na brandproef: Tot op heden geen breuk t.g.v. splijtkrachten in ribben zoals bij welfsels 49 Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving 50

26 Gedrag bij aardbevingen Verkend wetenschappelijk terrein met tegenvallende resultaten: Test in Italië voor combinatie vloer met massieve kolomkop + centraal wafelvloer Enkel voor gebieden met lage seismiciteit en q < 1,5 (quasi elastisch); EN Twijfel over toegepaste β-factoren, standaardwaarden bepaald voor verticale lasten geen horizontale. 51 Gedrag bij aardbevingen JRC Pseudodynamic Earthquake tests on a Full-Scale RC Flat-Slab Building Structure: 52

27 Voorbeeld berekeningsmodel, F T = Shear: β P3,3 =1,48 Gedrag bij aardbevingen β P3,1 =1,33 Ex3 = Mx1,6à2 dz gemeten 53 Inhoud Back to basics Normtechnische vereisten Aandachtspunten breedplaatvloeren Aanvullende regels vlakke platen Gedrag bij brand Gedrag bij aardbevingen Brand na aardbeving 54

28 Brand na aardbeving Onontgonnen wetenschappelijk terrein Eerste set-ups in India voor ter plaatse gestorte vloeren. Toepassingen in aardbevingsgevoelige gebieden op dit moment nog miniem: transportkost half fabricaat te groot kennisgebrek 55 Besluit Oplossing met breedplaten voor vlakke vloeren zonder meer mogelijk. Orthotrope berekening = veilige benandering en voldoet prima gescheurd. Belang ruwheid breedplaat. Aandacht voor betondrukspanning t.p.v. voegen. Correct gebruik β-factor voor pons. 56

29 Besluit Voorstel aanvullende werkzaamheden Volume benadering met meer geavanceerde breukcriteria bvb. Drücker- Präger + gescheurd. Plastische benadering omwille van brand en aardbevingen waar energie verdeling (rekken) belangrijk is. Validatie met testen. 57 Einde Bedankt voor de aandacht Contact: tom@stubeco.be Informatie: 58

30 Studiebureel Stabiliteit Appartementen & kantoren Renovaties & herstellingen Grondkeringen & bemalingen Productontwikkeling Expertise Opleiding Industriebouw Burgerlijke bouwkunde Fire-engineering Bruggenbouw Hoevenstraat Overpelt 011/ F. Roosenveltlaan 68/ Vilvoorde 02/