Rekenregels vvUHSB;

een voorzet

Ir. P.C. van Hennik

Ing. P.P.F. van Rijen

23 Juni 2011

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

CAE Nederland B.V.

Introductie

Praktijk voorbeelden

Het materiaal (samenstelling & eigenschappen)

Rekenen:

Buiging

Dwarskracht

kolom

Inhoudsopgave

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Pontsteiger, Amsterdam Sanquin, Amsterdam

HaKa gebouw, Rotterdam

Blijdorp, Rotterdam

Appartementenbouw Utiliteitsbouw

Renovatie

Speciale constructies

CAE Nederland B.V.

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

vvUHSB vezel versterkt Ultra Hoge Sterkte Beton

Internationaal beter bekend als:

UHPFRC Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete

BETON vvUHSB

Ontwikkeling staalvezelbeton

Ontwikkeling betonsterkte (HSB // ZHSB // UHSB)

Introductie

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Kennis wereldwijd

Frankrijk toepassingen in kerncentrales (Cattenom)

– Rekenrichtlijnen opgesteld (AFGC-Setra)

Duitsland enkele civiele werken (met voorspanning)

– Onderzoek op universiteit van Kassel

– 2x symposium (2004 & 2008 te Kassel)

– State of the art report (2007) (DAfStb)

Canada, Japan, Australië, Denemarken

Nederland Folley sanatorium Zonnestraal Hilversum

– Onderzoek op TU Delft, onder leiding van Prof. Walraven

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Introductie

Afstudeer project: toepassing van vvUHSB in bouwkundige

constructie

Vervolg afstudeer project: balkon Cypress tower in vvUHSB

Publicatie: Cement // jaargang 3-2011

Doel: samen rekenregels ontwikkelen voor een theoretische

onderbouwing van vvUHSB toepassingen

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Introductie

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Praktijk voorbeeld

Foto: Sakata Mirai Bridge, Japan

Praktijk voorbeeld

Foto: HiCon CRC Precast, Denemarken

Praktijk voorbeeld

Foto: HiCon CRC Precast, Denemarken

Praktijk voorbeeld

Foto: Lafarge North America, Canada

Praktijk voorbeeld

Foto: HiCon CRC Precast, Denemarken

Praktijk voorbeeld

Foto: HiCon CRC Precast, Denemarken

Verbeterde eigenschappen door:

Fijnere toeslagmaterialen

Verlaagde water/cementratio

Toevoeging van vulstoffen (silicafume)

Toevoeging van superplastificeerders

Toevoeging van (staal)vezels

Verhoogde dichtheid

Verhoogde taaiheid

De samenstelling

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Conventioneel beton

C35/45 vvUHSB

Ductal FM/AF

Cement 360 710

Kg

/m3

Silicafume (vulstof) 0 230

Zand 0-2 mm 790 1020

Grove toeslagmaterialen 1110 0

Kwartspoeder 0 210

Staalvezels 0 160 (2,15 vol-%)

Water/cementratio 0,4 0,2

De samenstelling

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

De samenstelling

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Symbool Conventioneel beton UHPFRC Ductal FM/AF®

Naam - C28/35 C170/200

MP

a

Karakteristieke (cilinder)druksterkte

fck 28 170

Rekenwaarde druksterkte fcd 18,7 113,3

Karakteristieke treksterkte fctk;0,05 1,9 8,0

Rekenwaarde treksterkte fctd 1,3 5,3

Rekenwaarde elasticiteitsmodulus

Ecm 32.000 50.000

Rek bij begin plastische vervorming (druk)

ec3 1,75 2,3

‰

Rek bij grenswaarde van de betonstuik (druk)

ecu3 3,5 2,6

Maximale rek trekzijde ectu 0,12 5,0 – 25,0

Krimpfactor j ± 0,5 ± 0,5 < zonder nabehandeling

± 0,01 < met nabehandeling

Kruipfactor j ± 2,0 ± 0,8 < zonder nabehandeling

± 0,3 < met nabehandeling

Gedragskenmerken

Verstevigingsgedrag

– Treksterkte neemt toe na het ontstaan van de eerste scheur

Multiple cracking principe

– Er ontstaan veel kleine scheurtjes waarbij pas na het behalen van een

voltooid scheurpatroon de scheurtjes groter worden.

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Gedragskenmerken

Scheuren dóór de kiezel

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Normen

NEN-EN zegt niets over vezelversterkt beton

Hanteren van de NEN-EN met aanvullingen specifiek voor vvUHSB volgens de Franse richtlijn AFGC-Setra2002

CEB-fib

model code 90

BPAL

BEAL

NEN-EN

1992-1-1

AFGC-Setra 2002 Aanvulling op nationale norm voor vvUHSB

(geen regels maar een richtlijn!)

CUR 111 Aanvulling op nationale norm voor vezel

versterkte dunne plaatvloeren

Frankrijk

Nederland

Spanning-rek diagram vvUHSB

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

1 2 3

4

[fft rep,1] [fft rep,2]

1. 1e scheur betonmatrix, vezels actief.

2. Voltooid scheurpatroon bereikt (multiple

cracking), scheurwijdte neemt toe.

3. Vezels beginnen te bezwijken of worden

uitgetrokken.

4. Vezels nemen niets meer op, beton bezwijkt.

Spanning-rek diagram vvUHSB

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Drukproef

4-puntsbuigproef 3-puntsbuigproef

Randvoorwaarden

• Uiterste grens toestand (ULS)

• Betonmix: Ductal FM/AF®

• Proefresultaten: leverancier Lafarge FR

• Trekzijde volgens AFGC-Setra2002

• Rekenwaarde volgens NEN-EN

Zuivere buiging

Scheurvorming (SLS) maatgevend

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Rekenvoorbeeld: buiging

Uitgangspunten

– Balkafmeting : 400x600 mm

– Nuttige hoogte : 0,9 h = 540 mm

– Wapening : Maximaal toelaatbaar

Resultaten

Conclusies

De hoge sterkte van het beton heeft weinig invloed op het

opneembare moment.

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Wapening Percentage Conventioneel beton C28/35

vvUHSB C170/200

Opneembaar moment

3115 mm2 1,3 % 604 KNm 708 KNm

6392 mm2 2,7 % (meer is mogelijk)

Niet haalbaar 1503 KNm

Dwarskracht

Dwarskracht aandeel

1. betonmatrix

2. langswapening

3. vezels

4. dwarskrachtwapening

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

𝑉𝑅𝑑,𝑐+𝑓 ≥ 𝑉𝑒𝑑

Conventioneel beton Vezel versterkt UHSB

Dwarskracht

Dwarskrachtweerstand vezels

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

𝑉𝑅𝑑;𝑓 =𝑆𝑒𝑓𝑓 ∙ 𝜎𝑝

𝛾𝑐 ∙ 𝑡𝑎𝑛𝜃

𝑆 𝑒𝑓

𝑓=

ℎ∙𝑏

Gemiddelde

treksterkte in

trekzone

Hoek

drukdiagonaal

Partiële

veiligheidsfactor

Rekenvoorbeeld: dwarskracht

Uitgangspunten

– Balkafmeting : 400x600 mm

– Nuttige hoogte : 0,9 h = 540 mm

– Langswapening : 2128 mm2 (0,8%)

– Med : 500 kNm

Resultaten

Conclusies

De vezels zorgen voor een aanzienlijk hogere dwarskrachtweerstand

van de doorsnede.

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Vezels Conventioneel beton C28/35

vvUHSB C170/200

Dwarskracht weerstand Zonder vezels 82 kN 201 kN

Met vezels - 585 kN

Kolomberekening

Kolomgrafiek opgesteld zoals bekend in VBC

Vezels buiten beschouwing gelaten

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Minder last van splijtkracht?

kolomberekening

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Conventioneel beton UHSB

Uitgangspunten

– Kolomafmeting : 400x400mm

– Kniklengte : 4000mm

– Wapening : 4% = 6400mm2

Resultaten

Conclusies

Ondanks slanke constructies erg hoge drukkrachten opneembaar.

Rekenvoorbeeld: kolomberekening

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Conventioneel beton C28/35

vvUHSB C170/200

Opneembare normaalkracht NEd 1405 kN 5435 kN

Opneembaar 2e orde moment Mx;Ed 442 kNm 1068 kNm

Totaal wapeningspercentage r 4 % 4 %

Hoe verder?

Kansen vvUHSB binnen gebouwconstructies

– Prefab (dunne)plaat constructies (balkons / galerijen)

– Druk elementen (verder onderzoek nodig)

– Voorgespannen elementen

– Architectonisch beton

Website online met onze kennis over vvUHSB

– www.uhsb.nl

Rekensheets (excel) hier te downloaden

– Sterkteberekening balk constructie met wapening

– Sterkteberekening dunneplaat constructie zonder wapening

Incl. korte uitleg & bronnen

Doel: Discussie opgang brengen

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek

Tijd voor vragen

Bedankt voor uw

belangstelling

Constructeursmiddag 2011 // Staaltjes in techniek