Normen voor Vezelversterkte Kunststof (VVK)

Transcriptie

1 Normen voor Vezelversterkte Kunststof (VVK) Ing. Kees van IJselmuijden PMSE Ir. Liesbeth Tromp

2 Composiet Wie heeft er een surfplank (gehad)? Wie heeft er boot? Wie heeft kunststof constructief toegepast? Wie zou het willen toepassen? Normen voor VVK Page 2

3 presentatie Wat is kunststof en wat zijn de verschillen met de traditionele materialen CUR en Eurocode en waarom? Waarom kies je voor kunststof en wat maakt dit materiaal zo mooi? Normen voor VVK Page 3

4 Staal vs VVK onderdeel staal VVK profielen standaard IPE, HEA, enz Pultrusie: IPE, box, C-profielen platen staalplaat of orthotrope dek VVK-plaat of sandwich materiaal S235;S355; enz. GVK, CVK, Hybride E-modulus isotroop, E in alle richtingen gelijk anisotroop, E in alle richtingen anders en invloedbaar uitzetting in alle richtingen gelijk in alle richtingen ongelijk, afhankelijk van vezels verbindingen bouten en lassen bouten (indien nodig), lijmen en injecteren Normen voor VVK Page 4

5 Wat is composiet? (Kunststof) Composiet = vezelversterkte kunststof = vezel + hars (matrix) Wat is de rol van de vezel? Mechanische eigenschappen: stijfheid, sterkte (Trek en druk) Wat is de rol van de hars? Drukondersteuning vezel Verlijming tot laminaat Chemische eigenschappen (UV,vocht, chemicaliën, brandeigenschappen, etc) vezel Geïmpregneerde vezel Normen voor VVK Page 5

6 Vezeloriëntatie / Laminaat Types Unidirectional (0 or 90 ) Biaxial ( ± 45' ) Biaxial (0 /90 ) Triaxial (0 /±45 ) (-45 /90 /+45 ) Quadriaxial (0 /-45 /90 /+45 ) Description g/m² g/m² Combination & tape available g/m² Combination available g/m² Combination available g/m² Combination available Normen voor VVK Page 6

7 Vacuüminjectie simulation Injectie van hars onder folie met 1 bar drukverschil. Geen beperkingen in afmetingen doorsnede (dikte is bepalend) Grote vormvrijheid en materiaalcombinaties materialen zijn mogelijk Normen voor VVK Page 7

8 Pultrusie Continue geautomatiseerd proces voor productie prismatische profielen Beperkte afmetingen doorsnede Vezels vooral in lengterichting Normen voor VVK Page 8

9 Mechanische eigenschappen UD Glas tensile modulus ultimate strength strain at failure specific density GPa MPa (%) Staal 36: UD glas, Vf 50% QI glas Vf 50% UD Koolstof Vf 60% /90 Koolstof Vf 50% Normen voor VVK Page 9

10 Waar wordt composiet toegepast? Hoge sterkte Lichtgewicht Vliegtuigen (interieurdelen en structural parts) Transportmiddelen (treinen, bussen) Verpakkingen Ruimtevaart Sportequipment Tijdelijke constructies etc Drukvaten Rotorbladen Tuien Brugdekken Vishengels Masten, gieken Etc. Chemisch resistent, onderhoudsarm (geen corrosie) Drukvaten Pijpleidingen Opslagtanks Bruggen Jachtrompen Industriele trappen, roosters Etc. Electrische en thermische eigenschappen Mijnenvegers Radardomes Koelwagens Röntgen tafels Ruimtevaart Machinedelen Etc. Vormvrijheid Vormdelen, aerodynamische kappen. Moskee koepels Architectuur Propellors Kunst, stoel Etc. Energieabsorptie Formule 1 wagens Bumper Crashcones Helicopterstoelen Pantseringplaten, Helmen Etc. Normen voor VVK Page 10

11 Onzekerheid bij innovatieve nieuwe materialen Ontwerp Lightweight Structures Ontwerp Royal Haskoning Ontwerp Royal Haskoning, Lightweight Structures en Ballast Nedam Normen voor VVK Page 11

12 Waarom kiezen we traditioneel voor staal of beton? 2007 Hollandse brug (bj. 1969) voldoet niet op sterkte na ca. 40 jaar 2009 Renovatie 8 stalen bruggen (bj t/m 1976 en 1990) voldoen na ca. 40 jaar niet op vermoeiing. Normen voor VVK Page 12

13 Er is al veel gerealiseerd op basis van de huidige VVKrichtlijnen 1996 EUROCOMP Design Code Structural Design of Polymer Composites NL: 2003 CUR 96 Vezelversterkte kunststoffen in civiele draagconstructies UK: 2005 BD90/05 Design of FRP Bridges and Highway Structures USA: 2008 AASHTO: Guide Specification for Design of FRP Pedestrian bridges Allen niet compleet, nieuwe richtlijn is nodig!! Normen voor VVK Page 13

14 Wensen voor nieuwe richtlijn! Toegankelijk Herkenbaar Gelijkwaardig Betrouwbaar Hoe doen we dat? Opzet op basis van methodiek van Eurocode Let op: Een VVK-richtlijn of norm wil niet zeggen dat een beton- of staalconstructeur met VVK kan ontwerpen. Opleiding is nodig. Normen voor VVK Page 14

15 Eurocode opzet VVK Normen voor VVK Page 15

16 2010: Start CUR Aanbeveling 96+ Rijkswaterstaat DI, Gemeenten, FiberCore, Bijl Profielen, Lightweight Structures, DSM, PPG, WMC, Technoconsult, Biinc, Breijn en Royal Haskoning Commissie later aangevuld met: NEN, Witteveen + Bos; Movares; Arcadis; Teijin; CTC; Solico Normen voor VVK Page 16

17 Aanpak Fase 1: Inventarisatie (100% gereed) Aerospace Offshore Windindustrie Jachtbouw Fase 2a: Schrijven van de aanbeveling volgens Eurocode (95%) Fase 2b: Leren van gerealiseerde projecten (60% gereed) Wat ontbreekt er? Wat is de betrouwbaarheid? Normen voor VVK Page 17

18 Hoofdstukken CUR96+ Hoofdstuk Verantwoordelijke uitvoering 1 Algemeen Royal HaskoningDHV/Kees van IJselmuijden 2 Grondslagen van het ontwerp en de berekening Royal HaskoningDHV/Kees van IJselmuijden en Liesbeth Tromp 3 Materialen DSM/José Maria Rodriguez 4 Duurzaamheid Biinc/Ben Drogt 5 Constructieve berekening Royal HaskoningDHV/Ernst Klamer 6 Uiterste grenstoestand Solico/Eric van Uden + CTC/Peter Joosse 7 Bruikbaarheidsgrenstoestand FiberCore/Jan Peeters 8 Detailleren van elementen Royal HaskoningDHV/Liesbeth Tromp + INHolland/Rogier Nijssen 9 Verbindingen Royal HaskoningDHV/Liesbeth Tromp Normen voor VVK Page 18

19 Nieuwe CUR wat is anders? Toevoeging koolstof Herkenbardere indeling Duidelijker welke testen Uitgebreidere toetsing Sandwich constructies Verbindingen Details Normen voor VVK Page 19

20 Referentie projecten Case partijen 1 Brug Dronten FiberCore / Gemeente Dronten 2 Brug Oosterwolde FiberCore / Witteveen+Bos 3 Bruggen Rotterdam (9 stuks) Bijl Profielen / Gemeente Rotterdam 4 Brug Spoorlijn FiberCore / Gemeente Den Haag Provincie Groningen/Drenthe en FiberCore 5 Spieringsluis RWS 6 Sluizen Ter Apel FiberCore / Provincie Groningen en Drenthe 7 Perronoverkapping Zoetemeer Solico / Movares 8 Brug A27 Breijn / FiberCore Breijn en FiberCore 9 Randelementen N201 Smit Kunststoffen / Royal Haskoning Normen voor VVK Page 20

21 Presentatie CUR96+ Normen voor VVK Page 21

22 Eurocode 1. Bestaande constructies versterken 2. Kunststofwapening in beton 3. Volledig nieuwe constructies uit VVK FiReCo Normen voor VVK Page 22

23 Eurocode TC/250 WG4 Luigi Ascione, CHAIRMAN Italië Eugenio Gutierrez Italië Carlo Paulotto Spanje Pawel Poneta Polen Miroslav Cerny Tsjechië Patrice Godonou Zweden Morten Gantriis Sorensen Denemarken Jan Knippers Duitsland Matthias Oppe Duitsland Thomas Keller Zwitserland Toby Mottram Engeland T Triant Griekenland Kees van IJselmuijden Nederland Normen voor VVK Page 23 23

24 Spiegelcommissie vanuit Nederland Ane de Boer RWS voorzitter Rolph Holthuijsen NEN secretaris Kees van IJselmuijden RHDHV vertegenwoordiger Albert ten Busschen VKCN / PolyProducts Jan Peeters FiberCore Frits van den Boogaard Breijn José-Maria Rodriguez DSM Piet Leegstra PPG Rogier Nijssen WMC Jos ter Laak VKCN / CTC Normen voor VVK Page 24

25 Planning CUR96+ gereed 2013 Draft Eurocode Fiber Reinforced Polymer (FRP) gereed 2015 Beoordeling Eurocode FRP gereed 2018 Invoering Eurocode FRP op zijn vroegst 2020 Ontwerp Royal Haskoning, Combinatie KWS VHB en Delft Composites Normen voor VVK Page 25

26 Waarom moet Nederland in de Eurocode? Kennis Innovatieve producenten Opdrachtgevers Innovatieve ingenieursbureaus Meeste kunststofbruggen per inwoner in de hele wereld Nederland is koploper Normen voor VVK Page 26

27 Wanneer kies je voor kunststof? Keuze vanuit de functie Keuze vanuit de eigenschappen van een materiaal Gewicht Sterkte Vermoeiingsresistent Beheer en onderhoud Vormgeving Beschikbare ruimte Kosten Eigenlijk kunnen we hartstikke mooie, degelijke en duurzame constructies maken met kunststof! Normen voor VVK Page 27

28 Ontwerp op basis van eigenschappen => gewicht fundering op staal. Movares, Heijmans, FiberCore Normen voor VVK Page 28

29 Ontwerpen op basis van functie Sluisdeur Provincie Groningen/Drenthe en FiberCore Normen voor VVK Page 29

30 Kansen bij innovatie, ontwerp op basis van vormgeving Normen voor VVK Page 30

31 Kansen bij innovatie, vormgeving en prijs. Aanzienlijke besparing op realisatiekosten t.o.v. de ander ingediende projecten. Ontwerp Joris Smits Royal Haskoning Normen voor VVK Page 31

32 Huidige stand en ontwikkeling Realiseren normen/richtlijnen (Eurocode en CUR96+) Stimuleren van materiaalkennis en productietechniek in de huidige opleidingen voor HBO en TU. Pultrusion Infusion Sandwich Aanvullende opleidingen voor bestaande constructeurs, maar ook voor projectleiders en beheer en onderhoud. PAO Cursus Construeren met kunststofcomposieten (voorjaar) PAO Cursus Kunststofcomposieten in civiele draagconstructies en bouw (najaar) Normen voor VVK Page 32

33 Functioneel ontwerpen, kan heel mooi zijn. Met de richtlijn maken we meer mogelijk!! Normen voor VVK Page 33

34 Handsom Berekening doorbuiging plaat. Q = 1 kn/m 2 20 mm L = 5000 mm I = 1/12*1000*20^3 = 66.67*10 4 mm 4 E vvk = GPa w vvk = 5/384*Q*L 4 /E*I = mm E staal = 210 GPa w staal = /210*414.8 = 58.1 mm Normen voor VVK Page 34

35 Som SCIA, doorbuiging VVK en staal Normen voor VVK Page 35

36 VVK aangepast op doorbuiging Normen voor VVK Page 36

37 Doorbuiging VVK sandwich = 59.7 mm Staal = 57.6 mm VVK = mm Normen voor VVK Page 37

38 Momenten in plaat M = 1/8*1*5 2 = 3.1 knm M = 93.51kN*0.032m = 2.99 knm 3.12 knm Normen voor VVK Page 38

39 Spanningen in plaat = 3.12*10 3 / (1/6*1000*20 2 ) = 46.8 MPa Normen voor VVK Page 39

40 Spanningen in samengestelde VVK plaat Druk: MPa Druk: -6.4 MPa Normen voor VVK Page 40

41 Handsom spanningen Rekenen bij VVK i.p.v. spanningen. Rekken omrekenen naar spanningen. Spanning bovenkant bovenplaat is 12.4 MPa, klopt. Spanning onderkant bovenplaat is 6.5 MPa 6.4 MPa. Normen voor VVK Page 41

42 Toekomst? Gewicht dek 345 kg/m2 Dek breedte verkeer 18 m Fietspad 2 keer 5 m Hoofdoverspanning 150 m Normen voor VVK Page 42

43 Vragen Vragen? Kees van IJselmuijden tel: Liesbeth Tromp tel: Normen voor VVK Page 43