rapport 95 voorspanning zonder aanhechting deel I CU stichting voor onderzoek, voorschriften en kwaliteitseisen op het gebied van beton
ONDERZOEKCOMMISSIES (1979) COMMISSIE A 7 Onderzoek naar het plastische gedrag van constructies. A 13 Onderzoek naar de krachtsverdeling in scheve platen. A 16 Veiligheid. A 19 Statisch onbepaalde constructies voor skeletten en doorgaande balken. A 21 Onderzoek naar de oplegreactie van vierzijdig ondersteunde platen. A 24 Plastische scharnieren A 26 Betonmechanica. COMMISSIE B 4 Onderzoek van betonstaal. B 14 Kwaliteitscontrole van beton. B 16 Reparaties aan betonconstructies. B 17 Ontkistingsmiddelen. B 18 Nieuwe betonsoorten. B 20 Beton bij afvalwaterzuiveringsinstallaties. B 21 Transporteren van betonspecie. B 22 Verontreiniging toeslagmaterialen. B 23 Duurzaamheid maritieme constructies. B 24 Hergebruik van cementslib als vulstof in beton. PB 25 Reparatie en bescherming van beton bij offshore constructies. PB 26 Effect van zeewater op grote diepte. PB 27 Spanningscorrosie van voorspanstaai PB 28 Olie-inwerking op beton. COMMISSIE C 15 Staal beton liggers. C 15A Staal beton kolommen. C 16 Lasverbindingen. C 18 Toleranties voor betonwerk. C 24 Doorbuigingen. C 26 Voorspankabels zonder aanhechting. C 26A Corrosiebeschcrming voorspankabels zonder aanhechting. C 27 Voegmortcls. C 28 Constructiedetails. C 29 Invloed van spatten op de brandwerendheid van beton. C 31 Constructief onderwaterbeton. C 32 Aanvangsspanningen bij voorgespannen lichtbeton. C 33 Wisselbelasting. C 34 Betondckking. C 35 Beton onder stootbelasting. C 37 Erosie van beton. C 38 Spanningen in betonconstructies, veroorzaakt door warmteontwikkeling tijdens het verhardingsproces. C 39 Lawaai bij het verwerken van betonspecie. C 40 Lasbaarheid betonstaal FeB 500. C 41 Betonconstructies bij brand. PC 42 Invloed van temperatuurverschillen op beton. PD 4 Inspectie- en bewakingsmethoden voor offshore constructies. COMMISSIE E 2 Rationalisatie van de wapening.
voorspanning zonder aanhechting deell ONDERZOEK UITGEVOERD DOOR HET INSTITUUT TNO VOOR BOUWMATERIALEN EN BOUWCONSTRUCTIES
De Stichting sluit iedere aansprakelijkheid uit voor schade voortvloeiende uit het gebruik van de in deze publikatie vervatte gegevens. ISBN 90 212 6039 5
VOORWOORD Sinds 1970 wordt in Nederland voorspanning zonder aanhechting (VZA) in vloeren toegepast, waarbij voor de berekening in hoofdzaak gebruik werd gemaakt van Amerikaanse voorschriften en gegevens. Aangezien dit systeem in toenemende mate ingang vond, was nadere bezinning noodzakelijk, te meer daar het hier een voorspansysteem betreft dat principieel verscnilt van de gebruikelijke systemen. Daartoe werd in 1972 commissie C 26 Voorspankabels zonder aanhechting" op instigatie van de Stuvo ingesteld met als taak een onderzoek in te stellen naar de relatie tussen belasting enerzijds en doorbuigingen, toeneming van de voorspankracht en scheurvorming anderzijds bij (doorgaande) voorgespannen VZA-platen. De commissie kon hierbij voortbouwen op het onderzoek van studiecel 4 van de Stuvo. De samenstelling van de commissie was: ir. P. van Woerden, voorzitter ir.j. VAN LEEUWEN, secretaris ir. R. J. C. VAN DER MEER dr. ir. L.J.M.NELISSEN ir. T. TUKKER ing. P. VEENSTRA ir. R. ARNOLDY, mentor Het onderzoek is uitgevoerd bij het Instituut TNO voor Bouwmaterialen en Bouwconstructies onder leiaing van ir. J. VAN LEEUWEN en met medewerking van ir. W. J. COPIER en ing. C. L. SMIT. Het rapport is geschreven door de secretaris van de commissie met uitzondering van hoofdstuk 7 dat is verzorgd door de commissieleden ir. T. TUKKER en ing. P. VEENSTRA. Namens de commissie spreekt de Slichting CUR-VB haar dank uit aan Europa BV voor het ter beschikking stellen van materialen ten behoeve van het experimentele onderzoek en Spanstaal NV voor haar financiële bijdrage die het uitvoeren van een brandproef mogelijk hebben gemaakt. december 1979 De Stichting voor Onderzoek, Voorschriften en Kwaliteitseisen op het gebied van Beton (CUR-VB)
INHOUD LIJST VAN NOTATIES 6 blz. Hoofdstuk 1 INLEIDING 9 Hoofdstuk 2 LITERATUUROVERZICHT 13 Hoofdstuk 3 EXPERIMENTEEL ONDERZOEK 19 3.1 Programma 19 3.2 Proefstukken 25 3.2.1 Algemeen 25 3.2.2 Vervaardiging 25 3.2.3 Staal 25 3.2.4 Beton 26 3.3 Opstelling en belasting 27 3.4 Verrichte metingen 27 3.5 Resultaten 29 3.6 Nadere beschouwing van de resultaten 40 Hoofdstuk 4 PLAAT IN ÉÉN RICHTING DRAGEND EN VOORGESPANNEN... 42 4.1 Theorie 42 4.2 Vereenvoudiging van de theorie 46 4.2.1 Vergelijking tussen rekenmethoden met AF^O en met AP=0 46 4.2.2 Rekenmethode met APïQ 50 4.2.2.1 Algemeen 50 4.2.2.2 Plaat met één veld 51 4.2.2.3 Doorgaande plaat 53 4.2.3 Evaluatie van de behandelde rekenmethoden 60 4.2.4 Toetsing van de ACI-formule (hoofdstuk 1) aan de theorie 60 Hoofdstuk 5 PLAAT IN TWEE RICHTINGEN DRAGEND EN VOORGESPANNEN 63 5.1 Algemeen 63 5.2 Vlakke plaatvloer 63 5.3 Plaat aan vier zijden lijnvormig ondersteund 65
Hoofdstuk 6 BRANDPROEF OP EEN DOORGAANDE PLAAT IN ÉÉN RICHTING DRAGEND EN VOORGESPANNEN 69 6.1 Proefopzet 69 6.2 Resultaten 73 Hoofdstuk 7 ONTWERP EN UITVOERING 80 7.1 Algemeen 80 7.2 Berekening 80 7.2.1 Buiging en dwarskracht bij in één richting dragende platen 80 7.2.2 Buiging en dwarskracht bij puntvormig ondersteunde in twee richtingen dragende platen 81 7.2.2.1 Buiging 81 7.2.2.2 Dwarskracht 84 7.3 Uitvoering 84 7.3.1 Algemeen 84 7.3.2 Bekisting 84 7.3.3 Spansysteem 85 7.3.3.1 Aanvoer strengen 85 7.3.3.2 Bevestigen van de ankers 85 7.3.3.3 Uitleggen van de supportstaven 85 7.3.3.4 Op hoogte brengen van het net 85 7.3.3.5 Verbinding streng/anker 86 7.3.3.6 Storten 86 7.3.3.7 Spannen 86 7.3.4 Toleranties 86 7.4 Bijzondere toepassingen 87 Hoofdstuk 8 SAMENVATTING 92 Zusammenfassung 94 Résumé 95 Summaiy 96
LIJST V A N NOTATIES A oppervlakte van een doorsnede B aanduiding voor de kwaliteit van beton E elasticiteitsmodulus H horizontale kracht L lengte van de kabel tussen twee verankeringen M buigend moment N normaal kracht P kracht in voorspanwapening R doorbuigingssnelheid W weerstandsmoment b breedte van de betondoorsnede c betondckking e excentriciteit van een kracht ƒ sterkte /; nuttige hoogte met betrekking tot de voorspanwapening /? a nuttige hoogte met betrekking tot de niet-voorgespannen wapening /;, totale hoogte van de betondoorsnede / lengte; overspanning m moment per lengte; aantal velden q belasting per lengte of per oppervlakte x hoogte van de betondrukzone y lengte z inwendige hefboomsarm a verhoudingsgetal Ji verhoudingsgetal )' coëfficiënt behorende bij de beschouwde grenstoestand ö doorbuiging e specifieke vervorming i] verhoudingsgetal d dimensieloze grootheid K kromming o normaalspanning q> hoekverdraaiing 6> wapeningsfractie = A/bh
Indices a niet-voorgespannen wapening of bijlegwapening b beton e vloeigrens g eigen gewicht p voorspanning q veranderlijke belasting r rustende belasting anders dan eigen gewicht s steunpunt; waar scheurvorming optreedt u grenstoestand met betrekking tot bezwijken v veld 0 toestand vóór het belasten van de constructie
HOOFDSTUK 1 INLEIDING Voorspanning zonder aanhechting, waarvoor hierna de afkorting VZA zal worden gebruikt, wordt in de Verenigde Staten van Amerika sinds circa 1955 toegepast in vloeren. In ons land vindt toepassing plaats sinds circa 1970, voornamelijk in vloeren van kantoorgebouwen, parkeergarages, bedrijfspanden, woningen en een enkele maal in woongebouwen. Bij VZA wordt gebruik gemaakt van in het werk gestort beton en van nagerekt voorspanstaai. Hierbij worden voorspanstrengen, meestal7-draads strengen 012,5,toegepast voorzien van een omhulling van bij voorbeeld kunststof. Omdat niet wordt geïnjecteerd, ontstaat geen aanhechting tussen de voorspanwapening en het beton. Deze wapening en het beton zijn alleen aan elkaar verbonden via de eindverankeringen. Door het ontbreken van aanhechting is bij toenemende belasting de vermeerdering van de staalspanning beperkt. Bezwijken van een constructie treedt daarom meestal op door het bezwijken van het beton en niet door het breken van de voorspanwapening. In het bezwijkstadium wordt de voorspanwapening dus niet volledig benut. Alleen bij constructies waar dit economisch nadeel wordt overtroffen door het economisch voordeel van het achterwege blijven van het injecteren, zal toepassing van VZA worden overwogen. Dit is in het algemeen niet het geval bij balken waar het aantal spanelementen gering is. Dit kan wel het geval zijn bij vloeren. Of VZA-vloeren economisch een aantrekkelijk alternatief zijn ten opzichte van andere vloersystemen dient echter van geval tot geval te worden bekeken. Wel kan worden gesteld dat deze aantrekkelijkheid toeneemt bij groter wordende overspanning. Een ander voordeel is dat door de voorspanning de kans op scheurvorming kan worden verkleind, terwijl ook - door een juist kabelverloop - de optredende doorbuiging klein kan worden gehouden. Hierdoor neemt de invloed van de kruip op de doorbuiging sterk af en soms wordt deze invloed zelfs geheel geëlimineerd. Zodoende verminderen ook de problemen die kruip kan geven bij het bouwkundige inbouwpakket, zoals bij voorbeeld gemetselde scheidingswanden. Bij de conceptie van het hoofddraagsysteem van een bouwwerk moet echter wel rekening worden gehouden met het feit dat moet worden voorgespannen. Het voorspannen leidt namelijk tot twee krachtswerkingen in het beton, te weten tot een drukkracht in de richting van de voorspanstrengen, alsmede - bij gekromd verloop van de voorspanstrengen - tot krommingsdrukken loodrecht op de strengen. De eerstgenoemde krachtswerking kan alleen ontstaan als de vloer ten ge-