Voorgespannen beton: opvatting, historiek en ontwerpbeginselen

Vergelijkbare documenten
Schematisering. Belastingen. Milieuklasse. Doorsnedegegevens. VBI R&D (RKH) 29 augustus Ligger op twee steunpunten, scharnierend opgelegd.

Nagespannen beton op de bouwplaats

gedeeltelijk voorgespannen beton

Examenvragen Gewapend en voorgespannen beton II

Colofon. Dycore B.V. (1.19), Kees Quartel, Spanbeton (1.20, 1.21 en 1.24), Dywidag-Systems International B.V. (1.25 en 1.27)

Draagconstructies in staal, hout en beton Module ribbc024z Opleiding: Bouwkunde / Civiele techniek 5 e semester deeltijd

Doorbuiging in de GTB

DOORBUIGING VAN BETONCONSTRUCTIES

TS-Abfab Rel: apr 2014

Betonconstructies controleren met IDEA Concrete

voorspanning zonder aanhechting deel I stichting voor onderzoek, voorschriften en kwaliteitseisen op het gebied van beton

beheersorganisme voor de controle van de betonproducten Tel. (02) Fax (02)

Eindhoven University of Technology

Productontwikkeling 3EM

1.2 Vloer fibre only. ULS, bepaling uiterst opneembaar moment. Doorsnede Type constructie. vloer. Elementbreedte

THEMA IS BEZWIJKEN HET BEREIKEN VAN DE VLOEIGRENS?

EXPERIMENTELE DESTRUCTIE VAN DE EERSTE BELGISCHE VOETGANGERSBRUG IN VOORGESPANNEN BETON

BB-Engin THEORETISCHE ACHTERGROND

Wapening en Voorspanning

Flexvloer. Inhoud presentatie. Inleiding Doelstelling Dwarskrachtcapaciteit Stijfheid Conclusies Aanbevelingen

EEM goed alternatief voor staafwerkmodellen. Inleiden krachten in betondoorsnede

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

sterkte en stijfheid van kolommen bij wisselbelasting

Het versterken en verstijven van bestaande constructies

Nieuwbouw paardenstal dhr. M. Wouters Wissengrachtweg 25 te Hulsberg Gewichts-, sterkte- en stabiliteitsberekening. 13 mei 2014

Module 3 Uitwerkingen van de opdrachten

Masterproef Berekeningsmethoden voor knik in betonnen elementen: vergelijkende studie en in rekening brengen van voorspanning

Vervormingseigenschappen

beton buigwapening in een rechthoekige betondoorsnede: 1000 x 220 berekening volgens eurocode 2 inclusief controle scheurwijdte en betondekking

83 doorgaande balken van gewapend beton

BB-Engin THEORETISCHE ACHTERGROND

RAPPORT DE SLIP BIJ EN DE STERKTE VAN EIND- VERANKERINGSSYSTEMEN FREYSSINET EN MAGNEL

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

BK Rekenvoorbeeld

Dwarskracht. V Rd,c. ν min. k = 1 +

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 4 bladzijden inclusief dit voorblad.

RAPPORT EXPERIMENTELE ONDERZOEKINGEN BETREFFENDE HET PLASTISCH GEDRAG VAN PLATEN

Nieuwe generatie gelijmde wapening S. Matthys, UGent

doorbuiging van betonconstructies

BETONSTAAL MECHANISCHE VERBINDINGEN VAN BETONSTAAL

Constructief Ontwerpen met Materialen B 7P118 DOORSNEDE- BEREKENING

Schöck Isokorb type D

Tangent & Bypass Mechelen

Holle vloerplaten van spanbeton. Holle vloerplaten zijn onmisbaar bij het ontwerpen van een modern huis!

TS-Abfab Rel: feb 2015

Bezwijkanalyse kokerbrug met 3D schalenmodel (2)

Glasvezelstaven voor toepassing als wapening in beton

Proefbelasten ASR-object Zijlweg

Constructief herstel van balkons en galerijen

Bouwen in Beton. Week 3 Docent: M.J.Roos

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

Module 5 Uitwerkingen van de opdrachten

Nieuwe generatie gelijmde wapening

Bouwen in Beton Verankeringslengte. Week 3 Docent: M.J.Roos

Liggers in voorgespannen beton met variabele hoogte (IV-balken)

Versterking koker brug bij Heteren. Oplossing gevonden in combinatie externe voorspanning en staalconstructie. thema

Schöck Isokorf type K

Schöck Isokorb type D

Mechanica, deel 2. Daniël Slenders Faculteit Ingenieurswetenschappen Katholieke Universiteit Leuven

Onderwerp Inventarisatie knelpunten NEN-EN en NEN-EN voor bestaande bouw

TWEEDE, GEWIJZIGDE DRUK RAPPORT COMMISSIE VOOR UITVOERING VAIM RESEARCH INGESTELD DOOR DE RETONVERENICING BRANDPROEVEN VOORGESPANNEN BETONLIGGERS

Advanced Expert Training

1.2 Vloer fibre only. ULS, bepaling uiterst opneembaar moment. Doorsnede Type constructie

Schöck Isokorb type K

Verantwoord dilateren met nieuwe dilatatietool. Prof. ir-arch. D.R.W. Martens

Schöck Isokorf type Q, Q+Q

NEDRI Product Range: voorspandraad. Scala van afmetingen. Type. Relaxatie. Oppervlakte. Profiel. Coil / ringgewicht. Ring afmetingen.

NEDRI Product Range: voorspandraad. Scala van afmetingen. Type. Relaxatie. Oppervlakte. Profiel. Coil / ringgewicht. Ring afmetingen.

RAPPORT COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETONVERENIGING ONDERZOEK NAAR DE SAMENWERKING VAN GEPROFILEERD STAAL MET BETON

Nieuwe generatie gelijmde wapeningen

ONDERZOEKINGSCOMMISSIES (1977)

Ontwerp van koudgevormde stalen gordingen volgens EN met Scia Engineer 2010

Basic Creative Engineering Skills

Statische berekening. Geldersekade 37-3 te Amsterdam. werk no aug-17. Opdrachtgever. dhr. Philip Provoost

beheersorganisme voor de controle van de betonproducten Tel. (02) Fax (02) TECHNISCHE VOORSCHRIFTEN PTV 201

P. Vermeulen Heiwerken B.V.

Analyse van de vervormingen van de Fusée Ceramique daken van de productiehallen in Dongen

BETONSTAAL - GELASTE WAPENINGSNETTEN

Voorspanstaal Strengen

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

beheersorganisme voor de controle van de betonproducten Tel. (02) Fax (02) TECHNISCHE VOORSCHRIFTEN PTV 201

Bouwkundig buro. INSI Teken & Bouwkundig adviesburo. Morra KH Drachten Tel : Mob: Werknummer:

Stabiliteitsstudie Woning Voeten

brandwerendheid van voorgespannen betonliggers

ADVIES PLAATSING ZONNEPANELEN

Optimalisatie van spoorwegdwarsliggers

Rekenregels vvuhsb; een voorzet

Nummer K46840/01 Vervangt -- Uitgegeven d.d. -- Geldig tot Onbepaald Pagina 1 van 5

Schöck Isokorb type Q, Q+Q

Schöck Isokorf type D

Inhoudsopgave. 1. Projectgegevens. 2. Snedecontroles Snede S Extreme S 1 - E 1

Statische berekening. Constructieve berekeningen stalen ligger t.b.v. muurdoorbraak keuken/woonkamer te Naarden

Combinatie druk met buiging.

Transcriptie:

Voorgespannen beton: opvatting, historiek en ontwerpbeginselen Prof. Dr. ir. Luc Taerwe Gewoon hoogleraar Betonconstructies UGent Directeur Labo Magnel voor Betononderzoek MAGNEL LABORATORY FOR CONCRETE RESEARCH Faculty of Engineering and Architecture Department of Structural Engineering 1

Overzicht 1 Opvatting 2 Historiek 3 Technieken en systemen 4 Ontwerpbeginselen 5 Bijkomende aspecten 6 Slotbedenking

1 Opvatting Klassieke krachten inwerkend op een constructie: belastingen door zwaartekracht, wind, Saai? (uitzondering aardbevingen) Iets creatiever? T d M w D = d V V T+V Hoe kunnen we als ontwerper zelf krachten creëren met (liefst) gunstige effecten?

Vrijheid Creatief Grensverleggend Elegant

Innovatief Maatschappelijk relevant Veilig

Beton: hoge druksterkte lage treksterkte Door keuze geometrie (boog) beton onder druk Ander concept om beton onder druk te laten werken?

Gewapend beton reinforced concrete Enkel gedrukt beton is nuttig om krachten op te nemen Scheuren: - probleem duurzaamheid - reductie buigstijfheid Getrokken beton: - draagt bij aan eigengewicht - nodig om drukzone en wapening te verbinden

Oplossing: voorspanning voorspanning Creëren van drukspanningen die optredende trekspanningen compenseren in BGT P

Voorbeeld van Magnel: stapel boeken opheffen door uitoefenen van zijdelingse druk voorspanning

Een element in voorgespannen beton is een betonelement waarin van bij de aanvang oordeelkundig bepaalde spanningen gecreëerd worden door een stelsel op zichzelf in evenwicht zijnde krachten van blijvende aard. voorgespannen opgewekte spanningen voorafgaandelijk aan en onafhankelijk van de optredende belastingen oordeelkundig bepaald drukspanningen creëren die trekspanningen t.g.v. uitwendige acties compenseren stelsel krachten verwezenlijken met voorspanelementen; initiële kracht in deze elementen realiseren via hydraulische vijzels in evenwicht krachten uitgeoefend door voorspanelementen op het beton zijn op zichzelf in evenwicht

druk trek spankabel trek l g q Gewapend beton: Enkel drukzone van beton is echt nuttig Scheuren: duurzaamheidsproblemen? Stijfheid gescheurd trekzone vermijden druk Voorgespannen beton: Scheurmoment : stijfheid ongescheurd in GGT Sterkte : M u 0.9dA s f y DUS grotere overspanningen, slankere constructies Hoger voor voorspanstaal

Veralgemeend principe Is ook geldig voor tuikabels, fietswiel, ton met hoepels

Eerste pogingen: wapeningsstaven aanspannen problemen met tijdsafhankelijke verkorting van beton 1. Aanspannen gewoon betonstaal σ pmo = 120 N/mm² (beginperiode) ε pmo =120/200000 = 600 10-6 Krimp & kruip beton balk verkort: σ pmo 0 2. Hoogwaardig staal (idee van Freyssinet) σ pmo = 0.75 x 1860 = 1395 N/mm² ε pmo =1395/200000 = 6975 10-6 Krimp & kruip beton 1000 10-6 ε pm = 5975 10-6 σ pm = 0.85 σ pmo 1860 500 σ voorspanstaal betonstaal ε

Hoogwaardig voorspanstaal Gladde en geprofileerde voorspandraden f pk typisch 1860 N/mm² 3 - draads en 7 - draadsstrengen Compacte streng

Geribde en gladde staven f pk tot 1230 N/mm²

2 Historiek 1939 1939 Eugène Freyssinet (1879-1962) (ervaring met boogbruggen)

Aula TUDelft

Prof. Gustave Magnel (1889-1955) 1923

Voorspansysteem Blaton - Magnel

Magnel toont aan dat de theorie ook in de praktijk kan toegepast worden 1944: eerste spoorwegbrug over de Spiegelstraat in Brussel - overspanning 20m totale hoogte 1.15m ( 1.85m voor GB) - één van de eerste spoorwegbruggen in Europa s c,adm = 15 MPa s p,0 = 850 MPa (56 draden Ø5mm per kabel)

1947-1948: UCO fabriek in Gent - dakstructuur in VB met oppervlakte van 35000 m² - 100 hoofdbalken (20.5m overspanning, 1.75m hoogte) - 600 kinderbalken (13.7m overspanning, 1m hoogte) "During the last 3 to 4 months, this project attracts numerous architects, engineers and contractors both from Belgium and from abroad. They want to qualify themselves in the field of prestressed concrete, firstly in our lab and secondly at the building site".

Walnut Lane bridge in Philadelphia: eerste brug in VB in USA (1949), dank zij overtuigingskracht Magnel - hoofdoverspanning 47m; breedte 18.5m; 13 langsliggers - per balk: 4 kabels 64 draden Ø7 mm; systeem Blaton- Magnel

"Americans make soup, not concrete, says Belgian professor"

Uitreiking Gouden Medaille Gustave Magnel Gent - 12 december 2014

3 Technieken en systemen 3.1 Twee systemen Voorgerekt staal (prefab) pretensioning Nagerekt staal (bouwplaats) post-tensioning - Hechtende kabels in geïnjecteerde kabelkokers - Niet-hechtende kabels, inwendig of uitwendig aan de betondoorsnede

3.2 Voorgerekt staal aanspannen voorspanstaal vóór betonneren σ c = 0

3.3 Nagerekt staal aanspannen voorspanstaal na betonneren Bevestigen kabelkokers aan wapeningskorf Strengen in kabelkoker

Kabelkokers: plaatstaal of kunststof

Betonneren Plaatsen verankeringen

Aanspannen kabels controle van kracht en verlenging Voorspanvijzels

Hechtende voorspanning: injectie van de kabelkoker Corrosiebescherming voorspanstaal Samenwerking voorspanstaal en omringend beton: ε c = ε p

Niet-hechtende voorspanning uitwendig aan betondoorsnede bruggen Kabels in kunststofomhulling (HDPE) [35]

Voorgespannen bruggen met drie overspanningen met veranderlijke hoogte over de Ringvaart rond Gent (ontwerp Prof. D. Vandepitte; 1953) uitwendige voorspankabels

Brug in Kortrijksesteenweg morteldekking 35mm

Inwendige monostrengen zonder aanhechting (VZA) [38]

4 Ontwerpbeginselen 4.1 Normaalspanningen t.g.v. voorspanning σ c = P + A c Pey I c P invoeren als drukkracht met excentriciteit e inwerkend op betondoorsnede Langse normaalspanningen in bepaalde sectie t.g.v. voorspanning: Enkel functie van grootte en ligging van voorspankracht in die sectie Onafhankelijk van kabelbeloop elders in de balk Deze regel is over het algemeen niet geldig voor hyperstatische liggers

c σ σ σ σ Pi2 σ Pi1 c tadm c adm

c tadm c c adm σ σ σ Nazicht in BGT: Integrale voorspanning: σ ctadm = 0 Beperkte voorspanning: kleine trekspanningen toegelaten Gedeeltelijke voorspanning: scheurvorming toegelaten Waarden van w max en grenstoestand van decompressie volgens EC2 Milieuklasse Gewapend beton en voorspanning zonder aanhechting Voorspanning met aanhechting Quasi-permanente belastingscombinatie Frequente belastingscombinatie X0, XC1 0,4-0,2 XC2, XC3, XC4 XD1, XD2, XD3 XS1, XS2, XS3 0,3 decompressie 0,2 (**) - decompressie Decompressie: bereiken van nulspanning in het beton aan de uiterste vezel die aan trek onderworpen wordt onder de veranderlijke belastingen

4.2 Voorspanning als systeem van krachten uitgeoefend op betonelement 4.2.1 Kabeltracés

Polygonaal kabeltracé e e 1 x e 0 θ 1 θ 2 e 2 Kabelbeloop l 1 l 2 P.tanθ 2 P.tanθ 1 P F P Uitwendige acties -P.e 1 -P.e 0 M-lijn -P.e 2 P. e 0 -e 1 l 1 P. e 2-e 0 l 2 V-lijn (V = - dm dx )

Gekromd kabeltracé p n = P ρ constant voor cirkelboog 2 d e p n = P 2 dx constant voor parabool radiale krachten benaderend verticale krachten

equivalente belasting aangrijpend op betonelement

4.2.2 Load-balancing method (T.Y. Lin) per vak : kabelbeloop en P zodanig dat g + χ q in evenwicht is met opwaartse acties t.g.v. voorspanning g + P = (g + y q) + P + (- y q) (g + y q) + P g + q + P = (g + y q) + P + (1 - y ) q enkel centrische P

vlakke vloerplaten met VZA [47]

5 Bijkomende aspecten 5.1 Hyperstatische constructies bij isostatische liggers kunnen vervormingen vrij optreden bij hyperstatische liggers: vervormingen worden verhinderd door verbindingen (steunpunten) hyperstatische momenten fictieve excentriciteiten (G. Magnel, 1947) brug in Sclayn over de Maas (1949) eerste brug in VB met twee overspanningen (elk 63m)

5.2 Nazicht UGT buiging f pd = f p0.1k γ S rekendiagram f p0.1k = 0,9 f pk γ S = 1,15 toegelaten vereenvoudiging A: karakteristiek diagram B: rekendiagrammen

5.3 Nazicht dwarskracht (UGT) Gunstige invloed van voorspanning op dwarskrachtsterkte: opwaartse krachten t.g.v. kabelbeloop (afbuigpunten, kromming) tegengesteld gericht aan de neerwaarts aangrijpende permanente en veranderlijke belasting langse druk: vermindering hoofdtrekspanning en uitstel van scheurvorming

5.4 Verankeringszones splijtwerking eindblokken [51]

splijtwapening [52]

5.5 Voorspanverliezen Ogenblikkelijke verliezen: P 0 P i wrijvingsverliezen, slip in verankeringen, ogenblikkelijke verkorting beton Tijdsafhankelijke verliezen: P i P(t) P krimp en kruip van beton, relaxatie voorspanstaal, interactie forfaitaire waarde voor de tijdsafhankelijke voorspanverliezen: 15 of 20 % van P i ; P = (0,85 of 0,80) P i σ pscr εcs = ( t, t 0 ) Ep + α ( σ σcpo 1 + α σ pmo cg + σ cpo ) ϕ ( t, t [ 1 + 0,8 ϕ ( t, t )] 0 0 ) + σ pr [53]

6 Slotbedenking Do not let us make long calculations in order to increase the accuracy. Let us rather concentrate on a good general conception of the structure to be made and see that the prestressing operation is done in the best possible manner. (G. Magnel, 1951)