Studienamiddag Toepassing Composieten in Bouw en Renovatie Flanders Congress & Concert Centre Antwerpen, 21 maart 2000

Vergelijkbare documenten
Simulatie van onthechtingsmechanismen bij betonconstructies versterkt met uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening. DOV mei 2004 Ernst Klamer

een duurzame herbestemming van betonconstructies

VOOR PROEVEN OP MATERIALEN

STRUCTURELE VERSTERKING VAN BETONCONSTRUCTIES

Versterking breedplaatvloeren onderzocht

Nieuwe generatie gelijmde wapening S. Matthys, UGent

Weerstand van het kritische detail bij bestaande breedplaatvloeren Toelichting bij rapport

Nieuwsbrief Editie 1/2010

QuakeShield Modellering constructief gedrag bij belasting in het vlak 17 November 2017

Nieuwe generatie gelijmde wapening

RUWBOUW DRAAGSTRUCTUREN PC CARBOCOMP UNI PC CARBOCOMP PLUS

Schöck Isokorb type QS 10

Uitwendig gelijmde wapeningen Context, concept en keuze

Flexvloer. Inhoud presentatie. Inleiding Doelstelling Dwarskrachtcapaciteit Stijfheid Conclusies Aanbevelingen

BA-richtlijn 3.1 Versie januari 2007

Vacuüm als constructief bindmiddel. Promotieonderzoek naar met vacuüm voorgespannen (draag)constructies. extra online

Belang van goede hechting bij betonherstel. Prof. dr. ir. Stijn Matthys dr. ir. Elke Gruyaert

Het versterken en verstijven van bestaande constructies

Vergelijking Q-last en puntlasten op magazijnvloeren. Puntlasten op vloeren vaak onderschat. Puntlasten op vloer vaak onderschat

Prof. dr. ir. D. Van Gemert Prof. dr. ir. P. Van Houtte, voorzitter Prof. dr. ir. L. Schueremans Prof. dr. ir. L. Vandewalle Prof. dr. ir. I.

MEMO. (complexnummer 694, 701 en 704) en ter aanvulling 1 woonblok (complexnummer 725) Onderdeel : Sparingen in galerijplaat tbv warmtenet Revisie : 0

Boutverankering van multi-directionele vezelcomposietwapening bij betonversterking

Eigenschappen basalt composiet

Buigtrekwapening en beugels

KRACHTSWERKING VERBINDINGSELEMENT VAN EEN EXPERIMENTEEL WANDELEMENT

Versterken van betonnen constructies

Beproevingen casco. Leren van het SVB-proefproject (1) thema

J. Bienefelt Aan: Projectgroep RWS Bramen Datum: 21 maart 2017 Cc: -

Eindhoven Airport 27 mei 2017

Hechting dekvloeren. Onderzoek naar het scheuren onthechtingsgedrag van cementgebonden dekvloeren

Rotatiecapaciteit van plastische scharnieren in beton

Rekenregels vvuhsb; een voorzet

Nieuwe generatie gelijmde wapeningen

BUtgb Belgische Unie voor de technische goedkeuring in de bouw Lid van UEAtc en van EOTA

Q U A K E S H I E L D E X P E R I M E N T B I J E E N K O M S T 30/11/2017

7.3 Grenstoestand met betrekking tot de dragende functie Kanaalplaatvloeren Buiging

gedrongen balken en korte consoles

Nieuwsbrief Editie 10/2010

Ontwikkeling van het Verankeringsysteem van Vogel B.V. voor Uitkragende betonnen Vloeren (VVUV) Inhoud presentatie uitkragende vloeren

gedeeltelijk voorgespannen beton

Werkstuk Natuurkunde Trekproef, buigproef en de afschuifproef

THEMA IS BEZWIJKEN HET BEREIKEN VAN DE VLOEIGRENS?

White Topping Ronald Diele en Marc van der Weide

Pons bij funderings palen. Onderzoek naar vorm ponskegel bij op druk belaste palen onderwaterbetonvloer

Is de bestaande gevel, een bouwsteen voor de toekomst?

Nieuwsbrief Editie 1/2009

BETONSTAAL MECHANISCHE VERBINDINGEN VAN BETONSTAAL

Afbouw & RenovAtie ConStRuCtieve versterking Met SiKA SYSteMen

Pagina's : 6 Tabellen : 1 Figuren : 11 Bijlagen : -

POEREN. ir. R.H.G. Roijakkers ABT Antwerpen

Innovatief beschermen en/of versterken van leidingsystemen

TNO Bouw en Ondergrond. Parkeergarage Bos en Lommerplein Amsterdam veldonderzoek. TNO-rapport 2006-D-R0167

Hout. Houteigenschappen 2013/12

Producten en technieken voor bouw en chemische nijverheid

Productontwikkeling 3EM

Notitie Dossier Onderzoek constructieve veiligheid breedplaatvloeren in bestaande bouwwerken opgeleverd na 1999

Gedrag bij brand van staal-beton vloersystemen. Eenvoudige ontwerpmethode. Doel of van de ontwerpmethode. Inhoud van de presentatie

ONDERZOEK NAAR DE MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN EN DUURZAAMHEID VAN 3D GEPRINT BETON

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

Schöck Isokorf type Q, Q+Q

Innovatie versterkings - methode balkons

Technisch HEXA FLOORING

Constructieve analyse bestaande vloeren laag 1/2/3 (inclusief globale indicatie van benodigde voorzieningen)

EERSTE HULP. Bij afbraak- en stabiliteitswerken. I I Oei, het was toch een dragende muur!?!

TECHNISCHE AANBEVELING

Evaluatie uitgevoerde proefbelastingen en beschouwingen m.b.t. richtlijn proefbelasten en CUR ASR Aanbeveling

Constructief Ontwerpen met Materialen B 7P118 DOORSNEDE- BEREKENING

Bezwijken parkeergarage MPB1 Eindhoven Airport

Uitvoeringsfiche Berlijnse wanden Type 1: beschotting aangebracht tijdens de uitgraving

AFIX Durmelaan 20 B-9880 Aalter Tel: 0(032) 9 / Fax: 0(032) 9 /

Symposium: Gemetselde kopgevels naoorlogse hoogbouw vragen aandacht

Uitwendige versteviging van betonnen balken ter plaatse van een lokale dwarse doorboring. Dieter Vanhaegenberg

Mechanica van Materialen: Voorbeeldoefeningen uit de cursus

Onderzoek naar het gedeeltelijk instorten van parkeergarage P1 Eindhoven Airport 25 september 2017; Gerrie Dieteren; Huibert Borsje

Solico. Brugdekpaneel 400x85. Solutions in composites. Mechanische eigenschappen. Versie : 1. Datum : 20 september 2011

SHERATON AMSTERDAM SCHIPHOL Herberekening dakvloer i.v.m. deursparingen dragende wanden 12 MEI 2016

J. Bienefelt Aan: Projectgroep RWS Bramen Datum: 6 maart 2017 Cc: Efectis-M000409[Rev.1]/BTJ/TNL

Schöck Isokorb type KS

Schöck Isokorb type D

Bestekbeschrijving niet akoestische VBIONEN

Draagconstructies in staal, hout en beton Module ribbc01 3z Opleiding: Bouwkunde / Civiele techniek 5 e semester deeltijd

sterkte en stijfheid van kolommen bij wisselbelasting

INSTITUUT TNO VOOR BOUWMATERIALEN EN BOUWCONSTRUCTIES TOEGEPAST-NATUURWETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK

NHC Singelborch te Utrecht. Datum 20 januari 2011

J. Bienefelt Aan: Projectgroep RWS Bramen Datum: 6 maart 2017 Cc: -

Calduran Kalkzandsteen Dilatatierichtlijnen

Verslag Proefbelasting Zeewijkplein te IJmuiden

Lichte inhaak arm (type CL) Geboute arm (type CB) Zware inhaak arm (type CH) Geklemde arm (type CP)

Schöck Isokorf type KS

Lichtbeton voor balkons

Funderingen, balken en draagvloeren voor beginners

Ambities in hybride beton

Schöck Isokorb type K

Op zoek naar de werkelijke of voldoende sterkte!?

Schöck Isokorf type QS

Indicatieve bepaling brandwerendheid tegel PL2/40+A gemonteerd op een spouw met steenwol tegen een staalplaat met verstijvingen.

Wetenschappelijke onderbouwing rekenregels voor het laterale gedrag

Transcriptie:

Studienamiddag Toepassing Composieten in Bouw en Renovatie Flanders Congress & Concert Centre Antwerpen, 21 maart 2000 EXPERIMENTEEL ONDERZOEK OP EEN VERSTERKINGSSYSTEEM MET VEZELCOMPOSIETMATERIALEN Ir. S. Matthys (IWT Bursaal), Ir. H. Blontrock (Aspirant FWO) Laboratorium Magnel voor Betononderzoek Universiteit Gent, Vakgroep Bouwkundige Constructies 1. Inleiding In België, zoals in de meeste geïndustrialiseerde landen, is de hedendaagse bouwkundige infrastructuur (bruggen, wegen, utiliteitsbouw,...) in zeer belangrijke mate uitgebouwd. Het onderhouden, herstellen en versterken van bouwkundige constructies is dan ook van groot belang. Het innovatief aanwenden van nieuwe producten om te komen tot nieuwe, efficiënte en economisch interessante herstellings- en versterkingsmethoden kent dan ook een grote belangstelling. Een dergelijke innovatie is de aanwending van vezelcomposietmaterialen als uitwendig gelijmde wapening. Hierbij worden, analoog aan de techniek van gelijmde staalplaten, dunne strippen (laminaten) of weefsels uitwendig op de constructie verlijmd door middel van epoxy. De belangrijkste voordelen van uitwendige versterking met gelijmde vezelcomposietwapening zijn de ongevoeligheid voor corrosie, de hoogwaardige materiaaleigenschappen en de grote eenvoud en flexibiliteit inzake uitvoering. Inzake de aanwending van vezelcomposieten als structurele wapening voor beton wordt reeds een tiental jaar intensief onderzoek verricht aan het Laboratorium Magnel voor Betononderzoek [1-3]. In opdracht van de NV ECC werden aan het Laboratorium Magnel, begin 2000, een aantal proeven uitgevoerd op nieuwe koolstofvezelversterkingen voor balken en platen [4,5]. Het betreft koolstofvezellaminaten met de merknaam PC CarboComp Plus en een versterkingssysteem op basis van deze laminaten, ontwikkeld door ECC NV. In hetgeen volgt worden de uitgevoerde proeven en de voornaamste proefresultaten toegelicht. 2. Proefopvatting en proefparameters 2.1. Afschuifproeven ter bepaling van de aanhechtingssterkte In een eerste deel van het proefprogramma werd de hechtsterkte van de op beton gelijmde koolstofvezellaminaten nagegaan aan de hand van afschuifproeven zoals weergegeven in figuur 1. 1

300mm VOORAANZICHT ZIJDE 1 250mm 10 25 40 75 75 LVDT 1 Vezelcomposietstrip Vervormingsmeter Demec Opgelijmde staalplaat Beugelklem 150mm 1 2 3 4 5 Rekstrookjes Betonprisma Betonprisma vastgeklemd op onderliggend draagprofiel 6 7 8 9 LVDT 2 BOVENAANZICHT Krachtopnemer Opgelijmde staalplaat 1 2 3 4 5 LVDT 1 Vezelcomposietstrip Vijzel (Capaciteit 200 kn) Fig. 1 Proefopstelling afschuifproeven De proefstukken bestaan uit twee betonprisma s onderling verbonden met gelijmde laminaten op twee overstaande zijvlakken (fig. 1). Eén prisma wordt vastgeklemd en (met tussenplaatsing van opgelijmde staalplaten) verder van beugelklemmen voorzien. Deze beugels beletten een afschuifbreuk ter plaatse van dit proefstukuiteinde. Door middel van een belastingsvijzel wordt het tweede prisma t.o.v. het eerste weggedrukt, en worden daarmee de laminaten aan afschuiving onderworpen. Met een eerste proefstuk (fig. 1), aangeduid als AR, werd de hechtsterkte nagegaan van op beton gelijmde laminaten, met een hechtlengte van 250 mm. Indicatieve berekeningen [6] tonen immers aan dat grotere hechtlengten geen noemenswaardige verhoging van de bezwijkkracht opleveren. Een tweede proefstuk, aangeduid als AV, werd analoog opgevat doch voorzien van een bijkomende verankering zoals weergegeven in figuren 2 en 3. Deze verankering bestaat uit een boutverbinding (bout 12 mm) met tussenplaatsing van een opgelijmde staalplaat (met dikte 2.5 mm). De bout wordt aangespannen met een momentensleutel (moment 100 Nm). Specifiek voor het verankeringsysteem is dat de laminaten voorzien zijn van een eindzone waar de vezels in meerdere richtingen geplaatst zijn (buiten de eindzone liggen de vezels uitsluitend in één richting, overeenkomstig de op te nemen trekkrachten), hetgeen een betere krachtsverdeling toelaat. 2

DETAIL VERANKERD ELEMENT 300mm 250mm 130mm VOORAANZICHT Opgelijmde staalplaat BOVENAANZICHT 5 6 7 4 1 2 3 Rekstrookjes 100mm 80 Bout (diameter 12mm) 20 20 45 40 15 4 1 2 3 Fig. 2 Detail van het verankerd element Fig. 3 Foto proefopstelling, proefstuk AV Het aanbrengen van de laminaten werd uitgevoerd conform de opgegeven specificaties (voorbereiding betonoppervlak, verlijming, uitharding gedurende 7 dagen). Tijdens de proef werden de kracht, de slip tussen het laminaat en het beton en de laminaatvervormingen opgemeten zoals weergegeven in figuren 1 en 2. 2.2. Belastingsproeven In een tweede deel van het proefprogramma werd het buigingsgedrag van versterkte balken en platen nagegaan. Hiertoe werden 4-puntsbuigproeven uitgevoerd op een onversterkte en een versterkte betonbalk en betonplaat. De versterking bestaat uit een vulelement van balsahout met daaronder een opgelijmd koolstofvezellaminaat. Het geheel is verlijmd op het beton en verder omwikkeld met gelijmde en geïmpregneerde koolstof- en glasvezelweefsels. Bovendien werden de uiteinden van het laminaat met telkens één bout aan het beton verankerd. Ter hoogte van de steunpunten werden epoxy-eindblokken voorzien. De proefstukken, aangemaakt en geleverd door ECC NV, werden voor beproeving voorzien van de nodige meetapparatuur (opmeten kracht, vervormingen en doorbuigingen) zoals weergegeven in figuur 4. Deze figuur geef eveneens een beeld van de proefopstelling en de kenmerken van de proefelementen. De opbouw van de versterkte elementen is eveneens weergegeven in figuren 5 en 6. 3

Fig. 4 Proefopstelling en proefstukkenmerken 4

Fig. 5 Opbouw versterkte betonbalk Fig. 6 Opbouw versterkte betonplaat De proefstukken worden als volgt aangeduid : - F1R en F1: referentiebalk (onversterkt) en versterkte betonbalk - F2R en F2: referentieplaat (onversterkt) en versterkte betonplaat. De aanwezige wapening in het beton is weergegeven in figuur 4. Gezien de geringe hoeveelheid wapening kan verwacht worden dat grote versterkingsfactoren zullen bekomen worden. 5

3. Voornaamste proefresultaten 3.1. Afschuifproeven Het proefstuk AR, waarbij het laminaat aan het beton gelijmd is zonder extra boutverankering, bezweek door afschuiving bij een kracht van 95 kn (47.5 kn per laminaat). De breuk trad eerst op aan één zijde van het prisma, gevolgd door de andere zijde. De afschuifbreuk treedt op in het beton (een dunne betonlaag blijft aan het laminaat gehecht). Zoals bij een goede verlijming het geval, vormt het beton inderdaad veelal de zwakke schakel. Uit de opgemeten laminaatrekken werd vastgesteld dat de effectieve verankeringslengte ongeveer 220 mm bedraagt. Figuur 7 geeft een beeld van proefstuk AR na breuk. Bij proefstuk AV, met de extra boutverankering, wordt een afschuifbreuk bekomen bij een kracht van 137 kn (68.5 kn per laminaat). Bij de breuk is de bout afgeschoven ter hoogte van het contactvlak laminaat-beton. Over nagenoeg het volledig gelijmde oppervlak blijft een dunne laag beton aan het laminaat hechten. Er werden geen tekenen van schade vastgesteld aan het laminaat ter plaatse van de boutverbinding. Figuur 8 geeft een beeld van proefstuk AV na breuk. Figuur 9 geeft de opgemeten slip bij de afschuifproef op het verankerde element (AV). Bij een slip van ongeveer 0,4 mm wordt een plotse sliptoename vastgesteld. Dit stemt overeen met een aanvang van afschuifbreuk in het beton waarna vooral de bout op afschuiving belast wordt en aldus de belasting verder kan opgevoerd worden tot afschuifbreuk van de bout. Fig. 7 Proefstuk AR na breuk 6

Fig. 8 Proefstuk AV na breuk 160 140 120 Kracht (kn) 100 80 60 40 20 verplaatsingsopnemer 1 verplaatsingsopnemer 2 0 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Slip (mm) Fig. 9 Opgemeten slip, bij proefstuk AV 3.2. Buigproeven op balken De balk wordt belast met twee puntlasten Q. De onversterkte referentiebalk (F1R) bezwijkt bij een belasting van 2 x 32 kn, door het vloeien van de wapening gevolgd door verbrijzeling van het beton nabij één van de belastingspunten. De versterkte betonbalk (F1) bezwijkt bij een belasting van 2 x 190 kn door een combinatie van een dwarskrachtbreuk en een afschuifbreuk. In figuur 10 wordt het opgemeten belastingdoorbuigingsdiagram van de versterkte balk weergegeven, in vergelijking met dat van de referentiebalk. Een aanzienlijke toename in bezwijkbelasting en stijfheid wordt waargenomen. De vervormingscapaciteit bij breuk is enigszins afgenomen. Het breukaspect van de versterkte balk is weergegeven in figuur 11. 7

200 Puntlast Q (kn) 180 160 140 120 100 80 60 Referentiebalk F1R Versterkte balk F1 40 20 0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 Doorbuiging (mm) Fig. 10 - Vergelijking van de doorbuiging van de niet-versterkte en de versterkte balk Fig. 11 - Breukaspect versterkte balk (F1) 3.3. Buigproeven op platen De niet-versterkte plaat bezwijkt op buiging bij eerste scheurvorming, bij een belasting van 2 x 13,4 kn. Door de geringe hoeveelheid wapening kunnen geen krachtswerkingen boven de scheurbelasting opgebouwd worden. De versterkte plaat bezwijkt bij een belasting van 2 x 162 kn door een dwarskrachtbreuk die ontstaat als een verticale afschuifbreuk in het balsa-vulelement en de omwikkelingswapening, en die verder uitgroeit tot een gehelde scheur in het beton. Voorzover zichtbaar kunnen geen tekenen van schade aan het koolstofvezellaminaat zelf waargenomen worden. In figuur 12 wordt het opgemeten belasting doorbuiging gedrag van de versterkte plaat weergegeven, in 8

vergelijking met dat van de referentieplaat. Er wordt terug een aanzienlijke toename in bezwijkbelasting en stijfheid waargenomen. Ook de vervormingscapaciteit bij breuk is sterk toegenomen (door bezwijken bij eerste scheurvorming van de referentieplaat vertoont deze laatste een zeer geringe doorbuiging bij breuk). Het breukaspect van de versterkte plaat is weergegeven in figuur 13. 180 160 140 Puntlast Q (kn) 120 100 80 60 40 20 Referentieplaat F2R Versterkte plaat F2 0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 Doorbuiging (mm) Fig. 12 - Vergelijking van de doorbuiging van de niet-versterkte en de versterkte plaat Fig. 13 Breuk van de versterkte plaat (F2) 9

4. Besluiten Aan de hand van de uitgevoerde proeven kunnen de volgende besluiten getrokken worden i.v.m. het versterkingssyteem op basis van PC CarboComp Plus : - De specifieke opvatting van de vezelcomposietlaminaten laat toe deze (indien nodig) extra aan het beton te verankeren door middel van bouten. De belasting wordt, ondanks de doorboorde vezels, volledig overgedragen op de naastliggende versterkingsvezels. In deze extra belaste zone kon visueel geen beschadiging van het laminaat waargenomen worden. - Met het versterkingssysteem wordt een aanzienlijke toename in de bezwijkbelasting bekomen voor betonelementen onderworpen aan een buigproef. - De buigstijfheid van de balken en platen kan op een efficiënte manier verhoogd worden door onderaan een koolstofvezelversterking aan te brengen met tussenplaatsing van een vulmateriaal. Dit vulmateriaal dient in staat te zijn de krachtswerking verder over te dragen tussen het beton en het koolstofvezellaminaat. 5. Referenties 1. S. Matthys (1998), Vezelcomposietlaminaten: Uitwendige versterking van constructieve betonelementen, Cement, 50 jaargang, nr. 2, pp. 50-58. 2. L. Taerwe, S. Matthys (1999), FRP For Concrete Construction: Activities In Europe, ACI - Concrete International, October 1999, Vol. 21, No. 10, pp.33-36. 3. L. Taerwe, P. Thomas, G. De Schutter, P. De Pauw, S. Matthys, W. Moerman, A.-M. Poppe, J. Monteny, H. Blontrock, Ch. Van Steelandt (1999), Betononderzoek aan de Universiteit Gent anno 1999, Bouwkroniek Extra editie : Betondag 21-10-1999, pp. 58-64. 4. Laboratorium Magnel voor Betononderzoek (2000), Proeven in verband met een versterkingssysteem voor betonelementen Deel 1: Belastingsproeven op een onversterkte en een versterkte betonbalk en betonplaat, Proefverslag nr. 2000/030-a, Laboratorium Magnel voor Betononderzoek, Vakgroep Bouwkundige Constructies, Universiteit Gent, 44 pp. 5. Laboratorium Magnel voor Betononderzoek (2000), Proeven in verband met een versterkingssysteem voor betonelementen Deel 2: Afschuifproeven op een nietverankerde en een verankerde koolstofvezelstrip, Proefverslag nr. 2000/030-b, Laboratorium Magnel voor Betononderzoek, Vakgroep Bouwkundige Constructies, Universiteit Gent, 18 pp. 6. Rostásy F.S., Holzenkämpfer P., Hankers Ch. (1996), Geklebte Bewehrung für die Verstärkung von Betonbauteilen, Betonkalender 1996, Vol. II, pp. 547-576. 10