Enkelvoudige voegovergangen - Platform Voegovergangen en

Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Product -2
projectnr. 158290
revisie 0
31 maart 2006
Auteur(s)
ir. J.Stroo
Opdrachtgever
Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat
Bouwdienst Rijkswaterstaat
Postbus 59
2700 AB ZOETERMEER
datum vrijgave
31 maart 2006
beschrijving revisie 0
Definitief
goedkeuring
H.J.Klein
vrijgave
A.C.Bruin
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Inhoud
Blz.
1
Inleiding
2
2
Stappenplan enkelvoudige voegovergang
2
3
Voorontwerp
2
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.2.7
4.2.8
4.2.9
4.2.10
4.3
4.3.1
Definitief ontwerp
Belastingcombinaties t.b.v. het ontwerp
Uiterste grenstoestand (ULS)
Belastingcombinatie voor vermoeiing
SLS
Uiterste grenstoestand
Sterkte klauwprofiel (UGT - fundamenteel)
Vermoeiing klauwprofiel (UGT-vermoeiing)
Sterkte strip (UGT - fundamenteel)
Vermoeiing strip (UGT-vermoeiing)
Sterkte Las tussen strip en klauwprofiel (UGT - fundamenteel)
Vermoeiing las tussen strip en klauwprofiel (UGT-vermoeiing)
Sterkte wapeningsstaal (UGT - fundamenteel)
Vermoeiing wapeningstaal (UGT-vermoeiing)
Sterkte las tussen wapeningsstaal en strip (UGT - fundamenteel)
Vermoeiing las tussen wapeningsstaal en strip (UGT-vermoeiing)
Bruikbaarheidsgrenstoestand
Verankeringslengte ingelijmde wapeningstaven t.b.v. renovatieprofiel
3
3
3
4
5
5
5
6
6
6
8
8
8
9
9
9
10
10
5
Bijlage 1 - Modellering "Nieuwbouwprofiel"
12
6
Bijlage 2: Modellering "Renovatieprofiel"
13
4.2
blad 1 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
1
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Inleiding
Enkelvoudige voegovergangen worden toegepast in kunstwerken bij een
loopweg van ca. 100 mm. Deze leidraad/stappenplan dient om een
eenduidige cq. eenvoudige rekenmethode aan te dragen waarmee deze
voegovergangen kunnen worden berekend.
De leidraad is zowel geschikt voor het "nieuwbouwmodel" (t.b.v. nieuwe
constructies) en het "renovatiemodel" (t.b.v. vervangen bestaande
voegovergangen.)
Vooraf aan het opstellen van deze leidraad zijn berekeningen uitgevoerd
waarmee aangetoond is dat de rekenmethodiek geschikt is om aan te tonen
dat de constructies voldoen.
Het standaarddetail "Nieuwbouw" moet voldoen aan een levensduur van 40
jaar. Dit model wordt gebruikt voor nieuwbouwwerk en wordt geplaatst voor
het asfalteren.
Het standaarddetail "Renovatiemodel" moet voldoen aan de levensduureis van
25 jaar en is geschikt voor aanbrengen na asfalteren.
2
Stappenplan enkelvoudige voegovergang
Het stappenplan voor het ontwerp en de toetsing van een enkelvoudige
voegovergang op basis van een 2D- modellering (staafwerkmodel) bestaat uit
twee fasen n.l:
het ontwerpen t.b.v. het vaststellen van de afmetingen
het toetsen van de enkelvoudige voegovergang aan de uiterste
grenstoestand (UGT) (fundamenteel) , uiterste grenstoestand vermoeiing en de
bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT) . De definitieve ontwerptoets
In deze leidraad is uitgegaan van de enkelvoudige voegovergang op zich en er
is geen gebruik gemaakt van de interactie met de omliggende
betonconstructie.
3
Voorontwerp
Stap 1
:
Benoem de te berekenen onderdelen en bepaal de maatgevende sneden.
Bepaal alle relevante uitwendige belastingen (voor zowel de
sterkteberekeningen als voor vermoeiing) en de veiligheidsklasse alsmede de
aan te houden levensduur.
Stap 2:
Bepaal de representatieve waarden van de belastingen en de
materiaaleigenschappen.
blad 2 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Stap 3
:
Leg voor onderstaande onderdelen van de voegovergang afmetingen vast op
basis van reeds uitgevoerde werken, documentatie van de leveranciers en
zonodig op basis van vuistregels:
klauwprofiel
strip waarop klauwprofiel gelast zit
lasafmetingen
wapening aan strip gelast
wapening in de betonconstructie
4
Definitief ontwerp
In het definitief ontwerp moeten de volgende toetsen worden uitgevoerd n.l:
Uiterste grenstoestand (fundamenteel) voor de sterkte van de
constructie
Uiterste grenstoestand (vermoeiing) voor de levensduur van de
constructie
Bruikbaarheidsgrenstoestand voor de scheurvorming van de
betonconstructie.
Voor elke grenstoestand moeten verschillende partiële factoren worden
toegepast.
4.1
4.1.1
Belastingcombinaties t.b.v. het ontwerp
Uiterste grenstoestand (ULS)
De verticale verkeersbelasting wordt gecombineerd met de horizontale
belastingen, die als gelijktijdige belastingeffecten in rekening worden
gebracht met de combinatiefactor ψ0.
Fundamentele combinaties (blijvende en tijdelijke situaties)
CULS= γGiGk + γF* Fik + γQ1 [Q1k + (ψ0l Qlk + ψ0t Qtk1) + Q2k +( ψ0t Qtk2)+ Q3k + (ψ0t
Qtk3)]
[8]
Gk =
Fik =
Qik =
Qlk =
Qtki =
Permanente belasting (wordt verder niet meegenomen)
Interne krachten (wordt verder niet meegenomen)
Karakteristieke aslast (LM1) op rijstrook i (i = 1,2,3…….)
Karakteristieke langskracht t.g.v. rem - en versnellingskrachten
Karakteristieke kracht in dwarsrichting t.g.v. centrifugaalkrachten op
rijstrook i (i = 1,2,3…)
NB: De voegovergang wordt alleen beschouwd t.p.v. de maximaal belaste
rijstrook
Factor
γGi
γF
blad 3 van 13
Ongunstig
1.35
1.20
Mobiliteit & Infra
Gunstig
0.80
0.90
Opmerking
In geval van locale en geringe gevolgschade
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
γF
γQi
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
1.50
0.70
1.35
0.00
Tabel 3 partiele belastingfactoren
In geval van globale en grote gevolgschade
De combinatiefactoren van wisselende belastingen ψ0ik zijn afhankelijk van de
belastingcombinatie.
Voor de combinatie CULS1 die
centrifugaaleffecten zijn de factoren:
ψ0l = 0.00
ψ0t = 0.80
In dit geval:
behoort
bij
rijdend
verkeer
met
remmend
verkeer
met
CULS 1= γQ1 [Q1k + (ψ0l Qlk + ψ0t Qtk1)
CULS 1= 1,35 [Q1k + 0,8 Qtk1)
Voor de combinatie CULS2 die behoort
centrifugaaleffecten zijn de factoren:
ψ0l = 0.80
ψ0t = 0.40
In dit geval:
bij
CULS 2= γQ1 [Q1k + (ψ0l Qlk + ψ0t Qtk1)
CULS 1= 1,35 [Q1k + (0,8 Qlk + 0,4 Qtk1)
Eis: Geen bezwijken van de voegovergang met inbegrip van de verankering.
4.1.2
Belastingcombinatie voor vermoeiing
In deze combinatie voor vermoeiing worden de effecten van de verticale en
horizontale belastingen geacht gelijktijdig op te treden.
CFAT= γFf * ( Fik + [Q1k-fat + Qlk1-fat ] )
[9]
Fik = Interne krachten (wordt verder niet meegenomen)
γFf = 1,0
In dit geval:
CFAT= Q1k-fat + Qlk1-fat
Eis:
•
Met FLM1 aantonen dat geen vermoeiing optreedt in de voegovergang met
inbegrip van de verankering
Of:
•
blad 4 van 13
Aantonen dat de voegovergang met inbegrip van de verankering voldoet
aan geeëiste levensduur
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
4.1.3
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
SLS
Bij de belastingcombinatie voor de frequent voorkomende ontwerpsituaties
mag de
doorbuiging niet groter zijn dan 3 mm:
CSLS-FREQUENT= Gk + Fik +[ψ1 Q1k + ψ2lk Qlk1 +ψ1 Q2k + ψ2lk Qlk2+ ψ1Q3k + ψ2lk Ql3k]
[10]
Gk =
Fik =
Qik =
Qlk =
Permanente belasting (wordt verder niet meegenomen)
Interne krachten (wordt verder niet meegenomen)
Karakteristieke aslast (LM1) op rijstrook i (i = 1,2,3…….)
Karakteristieke langskracht t.g.v. rem - en versnellingskrachten
ψ1, ψ2 = Combinatiefactoren voor wisselende belastingen
Voor de combinatie CSLS-FREQUENT die behoort bij remmend verkeer :
ψ1 = 0.70
ψ2lk = 0.30
In dit geval:
Ql3k]
CSLS-FREQUENT= [ψ1 Q1k + ψ2lk Qlk1 +ψ1 Q2k + ψ2lk Qlk2+ ψ1Q3k + ψ2lk
[10]
CSLS-FREQUENT= ψ1 Q1k + ψ2lk Qlk1
CSLS-FREQUENT= 0,7 Q1k + 0,3 Qlk1
4.2
Uiterste grenstoestand
In deze grenstoestand wordt de sterkte van de constructie getoetst op basis
van lineair elastisch bepaalde krachten.
Stap 4
:
Stel de benodigde veiligheidsklasse en levensduur vast.
Stap 5:
Bepaal de rekenwaarden voor de belastingen (sterkte en vermoeiing)
overeenkomstig de
NBN00400
4.2.1
Sterkte klauwprofiel (UGT - fundamenteel)
Stap 6:
Toets de rekenwaarden van de momenten, normaalkrachten en dwarskrachten
aan de rekenwaarde van de sterkte van het klauwprofiel. De toetsing mag
plaatsvinden op basis van plastisch gedrag van de doorsnede.
Toetsing conform:
NVN-ENV 1993-1-1/NAD-NVN-ENV 1993-1-1
Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies. Deel 1-1:
Algemene regels en regels voor gebouwen.
blad 5 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Artikel: 5.4 "Resistance of cross-sections
4.2.2
Vermoeiing klauwprofiel (UGT-vermoeiing)
Stap 7
:
Toets het klauwprofiel aan belastingmodel LM1 (voor onbeperkte levensduur)
en aan
belastingmodel LM4 voor de vereiste levensduur.
Bepaal aantal optredende wisselingen nai
Bepaal lineair elastisch de spanningen voor de diverse aslasten volgens
het histogram
Bepaal het aantal wisselingen Nr voor elke aslast waarbij de
constructie door vermoeiing bezwijkt bij de berekende spanningen (af
te leiden uit de σ - N diagrammen)
Bepaal beschadigings regel van Miner : nai/Nr < 1
Detailcategorie: 160 (gewalst profiel) (Detail 1,2 of 3 uit Tabel 8.1 - EN
1993-1-9)
Toetsing conform:
NEN 1993-1-9: (d.d. januari 2006)
Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies. Deel 1-9:
Vermoeiing
Artikel: 7
Stap 8:
Indien constructie niet voldoet pas afmetingen aan en toets de constructie
opnieuw
volgens stap 6 en 7.
4.2.3
Sterkte strip (UGT - fundamenteel)
Stap 9:
Toets de rekenwaarden van de momenten, normaalkrachten en dwarskrachten
aan de rekenwaarde van de sterkte van de strip. De toetsing mag plaatsvinden
op basis van plastisch gedrag van de doorsnede.
Toetsing conform:
NVN-ENV 1993-1-1/NAD-NVN-ENV 1993-1-1
Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies. Deel 1-1:
Algemene regels en regels voor gebouwen.
Artikel: 5.4 "Resistance of cross-sections
NB: Daar het walsprofiel gelast zit aan de strip zal t.p.v. de aansluiting de
spanningen niet de Wet van Bernouille (vlakke doorsneden blijven vlak) maar
er zal een concentratie optreden.
4.2.4
Vermoeiing strip (UGT-vermoeiing)
Stap 10:
blad 6 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Toets de strip aan belastingmodel LM1 (voor onbeperkte levensduur) en aan
belastingmodel LM4 voor de vereiste levensduur.
Bepaal aantal optredende wisselingen nai
Bepaal lineair elastisch de spanningen voor de diverse aslasten volgens
het histogram. Hou rekening met een spanningsconcentratie op de
uiteinde van de strip.
Bepaal het aantal wisselingen Nr voor elke aslast waarbij de
constructie door vermoeiing bezwijkt bij de berekende spanningen (af
te leiden uit de σ - N diagrammen)
Bepaal beschadigings regel van Miner : nai/Nr < 1
Detailcategorie: 80 (detail 1 volgensTabel 8.5 - EN 1993-1-9)
Toetsing conform:
NEN 1993-1-9: (d.d. januari 2006)
Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies. Deel 1-9:
Vermoeiing
Artikel: 7
Stap 11:
Indien constructie niet voldoet pas afmetingen aan en toets de constructie
opnieuw
volgens stap 9 en 10.
blad 7 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
4.2.5
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Sterkte Las tussen strip en klauwprofiel (UGT - fundamenteel)
Stap 12:
Toets de rekenwaarden van de momenten, normaalkrachten en dwarskrachten
aan de rekenwaarde van de sterkte van de las. De toetsing moet plaatsvinden
op basis van lineair elastisch gedrag van de doorsnede.
Toetsing conform:
NVN-ENV 1993-1-1/NAD-NVN-ENV 1993-1-1
Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies. Deel 1-1:
Algemene regels en regels voor gebouwen.
Artikel: 5.4 "Resistance of cross-sections
4.2.6
Vermoeiing las tussen strip en klauwprofiel (UGT-vermoeiing)
Stap 13:
Toets de las aan belastingmodel LM1 (voor onbeperkte levensduur) en aan
belastingmodel LM4 voor de vereiste levensduur.
Bepaal aantal optredende wisselingen nai
Bepaal lineair elastisch de spanningen voor de diverse aslasten volgens
het histogram.Houd rekening met een spanningsconcentratie op de
uiteinde van de las.
Bepaal het aantal wisselingen Nr voor elke aslast waarbij de
constructie door vermoeiing bezwijkt bij de berekende spanningen (af
te leiden uit de σ - N diagrammen)
Bepaal beschadigings regel van Miner : nai/Nr < 1
Detailcategorie: 36 (detail 3 uit Tabel 8.5 - EN 1993-1-9) of
detailcategorie 80(detail 1 uit tabel 8.5) (In het laatste geval betreft
het een verbeterde hoeklas)
Toetsing conform:
NEN 1993-1-9: (d.d. januari 2006)
Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies. Deel 1-9:
Vermoeiing
Artikel: 7
Stap 14:
Indien constructie niet voldoet pas afmetingen aan en toets de constructie
opnieuw
volgens stap 12 en 13
4.2.7
Sterkte wapeningsstaal (UGT - fundamenteel)
Stap 15:
Toets de rekenwaarden van de momenten, normaalkrachten en dwarskrachten
aan de rekenwaarde van de sterkte van de wapening. De toetsing moet
plaatsvinden op basis van lineair elastisch gedrag van de doorsnede.
blad 8 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Toetsing conform:
NEN 6720 (VBC 1995) en wijzingingsblad A3
Art. 9.16.2 => NEN 6770 => art. 13.3.2
4.2.8
Vermoeiing wapeningstaal (UGT-vermoeiing)
Stap 16:
Toets de wapening aan belastingmodel LM1 (voor onbeperkte levensduur) en
aan
belastingmodel LM4 voor de vereiste levensduur.
Bepaal aantal optredende wisselingen nai
Bepaal lineair elastisch de spanningen voor de diverse aslasten volgens
het
histogram.
Bepaal het aantal wisselingen Nr voor elke aslast waarbij de
constructie door vermoeiing bezwijkt bij de berekende spanningen (af
te leiden uit de σ - N diagrammen)
Bepaal beschadigings regel van Miner : nai/Nr < 1
Toetsing conform:
NEN 6723 (VBB 1995) en wijzigingsblad NEN 6723/A1
artikel: 8.6.3 Betonstaal en voorspanstaal.
Stap 17:
Indien constructie niet voldoet pas afmetingen aan en toets de constructie
opnieuw
volgens stap 15 en 16
4.2.9
Sterkte las tussen wapeningsstaal en strip (UGT - fundamenteel)
Stap 18:
Toets de rekenwaarden van de momenten, normaalkrachten en dwarskrachten
aan de rekenwaarde van de sterkte van de las. De toetsing moet plaatsvinden
op basis van lineair elastisch gedrag van de doorsnede.
Toetsing conform:
TGB 1990 - NEN 6772 - Staalconstructies verbindingen artikel: 11.2
4.2.10
Vermoeiing las tussen wapeningsstaal en strip (UGT-vermoeiing)
Stap 19:
Toets de las aan belastingmodel LM1 (voor onbeperkte levensduur) en aan
belastingmodel LM4 voor de vereiste levensduur.
Bepaal aantal optredende wisselingen nai
Bepaal lineair elastisch de spanningen voor de diverse aslasten volgens
het histogram.
blad 9 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
-
-
Bepaal het aantal wisselingen Nr voor elke aslast waarbij de
constructie door vermoeiing bezwijkt bij de berekende spanningen (af
te leiden uit de σ - N diagrammen)
Bepaal beschadigings regel van Miner : nai/Nr < 1
Detailcategorie: 80 (detail 1 uit Tabel 8.4 - EN 1993-1-9) of
detailcategorie 80(detail 1 uit tabel 8.5) (In het laatste geval betreft
het een verbeterde hoeklas)
Toetsing conform:
NEN 1993-1-9: (d.d. januari 2006)
Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies. Deel 1-9:
Vermoeiing
Artikel: 7
Stap 20:
Indien constructie niet voldoet pas afmetingen aan en toets de constructie
opnieuw
volgens stap 18 en 19
4.3
Bruikbaarheidsgrenstoestand
De bruikbaarheidstoestand wordt alleen getoetst voor de wapening in de
betonconstructie. Hiervoor wordt een toets op de scheurvorming gemaakt.
Toetsing conform:
NEN 6723 (VBB 1005) en wijzigingsblad NEN 6723/A1
4.3.1
Verankeringslengte ingelijmde wapeningstaven t.b.v. renovatieprofiel
Uitgangspunten:
staafdiameter Øk
boorgatdiameter Øboorgat = Ø + 5 mm
tussenafstand staven 200 mm
verankeringslengte baseren op glad staal
γm = 1,1 Voor verticale staven)
VBC 1995 art. 9.6.2
α1 = 0,8 * (1-0,1 * c/Øk) ≥ 0,48
lvo = α1 * Øk * ƒs /(√ƒ'b) (= basisverankeringslengte)
lv = 1 * Lvo (= verankeringslengte voor enkele staven Ø ≤ 25 )
De verankeringslengte lv mag gereduceerd worden met :
lvr = σsd/ƒs * lv
σsd = kracht /(1/4*π * Øboorgat2)
Verankeringslengte voor gelijmde staven llv:
llv = γm * lvr + Øboorgat + 0,5 * tussenafstand staven (bestaande staven)
blad 10 van 13
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
blad 11 van 13
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
5
blad 12 van 13
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Bijlage 1 - Modellering "Nieuwbouwprofiel"
Mobiliteit & Infra
projectnr. 158290
19 juni 2006, revisie 0
Leidraad/stappenplan_0
6
blad 13 van 13
Enkelvoudige voegovergangen
Leidraad/Stappenplan
Capelle a/d IJssel
Bijlage 2: Modellering "Renovatieprofiel"
Mobiliteit & Infra

Download Report