Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek
-
Upload
truongnhan -
Category
Documents
-
view
228 -
download
0
Transcript of Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek
![Page 1: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/1.jpg)
Voorgespannen beton: opvatting,
historiek en ontwerpbeginselen
Prof. Dr. ir. Luc TaerweGewoon hoogleraar Betonconstructies UGentDirecteur Labo Magnel voor Betononderzoek
MAGNEL LABORATORY FOR CONCRETE RESEARCHFaculty of Engineering and Architecture – Department of Structural Engineering 1
![Page 2: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/2.jpg)
Overzicht
1 Opvatting
2 Historiek
3 Technieken en systemen
4 Ontwerpbeginselen
5 Bijkomende aspecten
6 Slotbedenking
![Page 3: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/3.jpg)
TwM
=Dd d
VT+V
V
“Klassieke” krachten inwerkend op een constructie:belastingen door zwaartekracht, wind, …
Hoe kunnen we als ontwerper zelf krachten creëren met (liefst) gunstige effecten?
1 Opvatting
Saai?(uitzondering aardbevingen)
Iets creatiever?
![Page 4: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/4.jpg)
Vrijheid
Creatief
Grensverleggend
Elegant
![Page 5: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/5.jpg)
Innovatief
Maatschappelijk relevant
Veilig
![Page 6: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/6.jpg)
Beton: hoge druksterkte ↔ lage treksterkte
Door keuze geometrie (boog)→ beton onder druk
Ander concept om betononder druk te laten werken?
![Page 7: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/7.jpg)
reinforced concrete
Enkel gedrukt beton is nuttig om krachten op te nemen
Getrokken beton: - draagt bij aan eigengewicht- nodig om drukzone en
wapening te verbindenScheuren:- probleem duurzaamheid- reductie buigstijfheid
Gewapend beton
![Page 8: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/8.jpg)
voorspanning
P
Oplossing: voorspanning
Creëren van drukspanningen die optredende trekspanningen compenseren in BGT
![Page 9: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/9.jpg)
voorspanning
Voorbeeld van Magnel:stapel boeken opheffen door uitoefenen van zijdelingse druk
![Page 10: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/10.jpg)
• ‘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
Een element in voorgespannen beton is een betonelement waarin van bij de aanvang oordeelkundig bepaaldespanningen gecreëerd worden door een stelsel op zichzelf in evenwicht zijnde krachten van blijvende aard.
![Page 11: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/11.jpg)
Gewapend beton:• Enkel drukzone van beton
is echt nuttig• Scheuren:
duurzaamheidsproblemen?• Stijfheid gescheurd ↓ → trekzone vermijden
Voorgespannen beton:• Scheurmoment ↑: stijfheid ↑
ongescheurd in GGT• Sterkte ↑: Mu ∼ 0.9dAsfyDUS grotere overspanningen,
slankere constructies
druk
trek
trek
druk
spankabel
l↑ g↑ q↓
Hoger voor voorspanstaal
![Page 12: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/12.jpg)
Veralgemeend principe
Is ook geldig voor tuikabels, fietswiel, ton met hoepels
![Page 13: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/13.jpg)
Eerste pogingen: wapeningsstaven aanspannen → problemen met tijdsafhankelijke verkorting van beton
1. Aanspannen gewoon betonstaal• σpmo = 120 N/mm² (beginperiode)• εpmo =120/200000 = 600 10-6
Krimp & kruip beton → balk verkort: σpmo → 02. Hoogwaardig staal (idee van Freyssinet)
• σpmo = 0.75 x 1860 = 1395 N/mm²• εpmo =1395/200000 = 6975 10-6
• Krimp & kruip beton ≈ 1000 10-6
• εpm∞ = 5975 10-6
σpm∞ = 0.85 σpmo
ε
1860
500
σ
betonstaal
voorspanstaal
![Page 14: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/14.jpg)
Hoogwaardig voorspanstaal
Gladde en geprofileerde voorspandraden
Compacte streng
3 - draads en 7 -draadsstrengen
fpk typisch 1860 N/mm²
![Page 15: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/15.jpg)
Geribde en gladde staven
fpk tot 1230 N/mm²
![Page 16: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/16.jpg)
1939
Eugène Freyssinet (1879-1962)(ervaring met boogbruggen)
1939
2 Historiek
![Page 17: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/17.jpg)
Aula TUDelft
![Page 18: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/18.jpg)
Prof. Gustave Magnel (1889-1955)
1923
![Page 19: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/19.jpg)
Voorspansysteem Blaton - Magnel
![Page 20: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/20.jpg)
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
MPa850MPa15
0,p
adm,c
=σ
=σ
(56 draden Ø5mm per kabel)
![Page 21: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/21.jpg)
![Page 22: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/22.jpg)
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 numerousarchitects, engineers and contractors both from Belgium and fromabroad. They want to qualify themselves in the field of prestressedconcrete, firstly in our lab and secondly at the building site".
![Page 23: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/23.jpg)
- hoofdoverspanning 47m; breedte 18.5m; 13 langsliggers- per balk: 4 kabels 64 draden Ø7 mm; systeem Blaton- Magnel
Walnut Lane bridge in Philadelphia: eerste brug in VB in USA (1949), dank zij overtuigingskracht Magnel
![Page 24: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/24.jpg)
"Americans make soup, not concrete,says Belgian professor"
![Page 25: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/25.jpg)
Uitreiking
Gouden Medaille Gustave Magnel
Gent - 12 december 2014
![Page 26: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/26.jpg)
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 Technieken en systemen
![Page 27: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/27.jpg)
3.2 Voorgerekt staal→ aanspannen voorspanstaal vóór betonneren
σc= 0
![Page 28: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/29.jpg)
Bevestigen kabelkokers aan wapeningskorf
Strengen in kabelkoker
3.3 Nagerekt staal→ aanspannen voorspanstaal na betonneren
![Page 30: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/30.jpg)
Kabelkokers: plaatstaal of kunststof
![Page 31: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/31.jpg)
BetonnerenPlaatsen verankeringen
![Page 32: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/32.jpg)
VoorspanvijzelsAanspannen kabels→ controle van kracht en verlenging
![Page 33: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/33.jpg)
Hechtende voorspanning: injectie van de kabelkoker→ Corrosiebescherming voorspanstaal→ Samenwerking voorspanstaal en omringend beton: ∆εc = ∆εp
![Page 34: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/35.jpg)
[35]
Kabels in kunststofomhulling (HDPE)
Niet-hechtende voorspanning
bruggen
uitwendig aan betondoorsnede
![Page 36: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/36.jpg)
Voorgespannen bruggen met drie overspanningen met veranderlijke hoogte over de Ringvaart rond Gent (ontwerp Prof. D. Vandepitte; 1953)
uitwendige voorspankabels
![Page 37: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/37.jpg)
Brug in Kortrijksesteenweg
morteldekking 35mm
![Page 38: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/38.jpg)
[38]
Inwendige monostrengen zonder aanhechting (VZA)
![Page 39: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/39.jpg)
4.1 Normaalspanningen t.g.v. voorspanning
ccc I
PeyAP
+=σ
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
4 Ontwerpbeginselen
![Page 40: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/40.jpg)
2iPσ
1iPσ
c a d mcc t a d m σσσ ≤≤
![Page 41: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/41.jpg)
Milieuklasse Gewapend beton envoorspanning zonder
aanhechting
Voorspanning metaanhechting
Quasi-permanente belastingscombinatie Frequente belastingscombinatie
X0, XC1 0,4 - 0,2XC2, XC3, XC4
0,3decompressie 0,2 (**)
XD1, XD2, XD3XS1, XS2, XS3
- decompressie
Waarden van wmax en grenstoestand van decompressie volgens EC2
Decompressie: bereiken van nulspanning in het beton aan de uiterste vezel die aan trek onderworpen wordt onder de veranderlijke belastingen
Integrale voorspanning: σctadm = 0
Beperkte voorspanning: kleine trekspanningen toegelaten
Gedeeltelijke voorspanning: scheurvorming toegelaten
c a d mcc t a d m σσσ ≤≤Nazicht in BGT:
![Page 42: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/42.jpg)
4.2.1 Kabeltracés
4.2 Voorspanning als systeem van krachten uitgeoefend op betonelement
![Page 43: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/43.jpg)
l2
Kabelbeloop
Uitwendigeacties
P
M-lijn
V-lijnP.
-P.e1
P
l1
e2
e0e1
F
P.tanθ2
P.tanθ1
-P.e0
-P.e2
e0-e1l1
P.e2-e0l2
θ1θ2
ex
(V = - dMdx )
Polygonaal kabeltracé
![Page 44: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/44.jpg)
ρ=
Ppn constant voor cirkelboog
constant voor parabool 2
2
n dxedPp =
radiale krachten
benaderend verticale krachten
Gekromd kabeltracé
![Page 45: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/45.jpg)
→ equivalente belasting aangrijpend op betonelement
![Page 46: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/46.jpg)
per vak : kabelbeloop en P zodanig dat g + χqin evenwicht is met opwaartse acties t.g.v. voorspanning
P)qg( +ψ+
( ) ( )qPqgPg ψ−++ψ+=+
( ) ( )q1PqgPqg ψ−++ψ+=++
◄ enkel centrische P
4.2.2 “Load-balancing method” (T.Y. Lin)
![Page 47: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/47.jpg)
[47]
vlakke vloerplatenmet VZA
![Page 48: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/48.jpg)
bij isostatische liggers kunnen vervormingen vrij optredenbij hyperstatische liggers: vervormingen worden verhinderd
door verbindingen (steunpunten) ► hyperstatische momenten► fictieve excentriciteiten (G. Magnel, 1947)
5 Bijkomende aspecten
5.1 Hyperstatische constructies
brug in Sclayn over de Maas (1949)
eerste brug in VB met twee overspanningen (elk 63m)
![Page 49: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/49.jpg)
rekendiagram
S
k1.0ppd
ff
γ=
γS = 1,15
fp0.1k = 0,9 fpk
A: karakteristiek diagram
B: rekendiagrammen
toegelaten vereenvoudiging
5.2 Nazicht UGT buiging
![Page 50: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/50.jpg)
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
5.3 Nazicht dwarskracht (UGT)
![Page 51: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/51.jpg)
[51]
5.4 Verankeringszones
splijtwerking ↓
eindblokken
![Page 52: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/52.jpg)
[52]
splijtwapening
![Page 53: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/53.jpg)
[53]
Ogenblikkelijke verliezen: P0 → Pi
Tijdsafhankelijke verliezen: Pi → P(t) → P∞
► forfaitaire waarde voor de tijdsafhankelijke voorspanverliezen:
15 of 20 % van Pi ; P∞ = (0,85 of 0,80) Pi
►wrijvingsverliezen, slip in verankeringen, ogenblikkelijke verkorting beton
► krimp en kruip van beton, relaxatie voorspanstaal, interactie
5.5 Voorspanverliezen
[ ]),(8,011
),()(),(
0
00
tt
ttEtt
pmo
cpo
prcpocgpcspscr
ϕσσ
α
σϕσσαεσ
++
∆+++=∆
![Page 54: Voor-en naspanning op de werf: inleiding techniek en historiek](https://reader031.fdocuments.us/reader031/viewer/2022012914/5875feca1a28abfd658b4807/html5/thumbnails/54.jpg)
“Do not let us make long calculations in order to increasethe accuracy. Let us rather concentrate on a good generalconception of the structure to be made and see that the prestressing operation is done in the best possiblemanner.” (G. Magnel, 1951)
6 Slotbedenking