BIJLAGE BIJ CEMENT 5 2020 111 1 Resultaten onderzoek vermoeiing betonstaal Bijlage bij artikel 'Nieuwe normeisen vermoeiingsst erkte betonstaal' a aa auteur uteuruteur uteur IR. THEO BREEDIJK IR. THEO BREEDIJKIR. THEO BREEDIJK IR. THEO BREEDIJK onafhankelijk adviseur betonstaal BIJLAGE BIJLAGE BIJLAGE BIJLAGE Dit is een bijlage bij het Cement-artikel 'Nieuwe normeisen vermoeiingssterkte betonstaal' (augustus 2020). Ten behoeve van het vaststellen van nieuwe normeise n voor de Ten behoeve van het vaststellen van nieuwe normeise n voor de Ten behoeve van het vaststellen van nieuwe normeise n voor de Ten behoeve van het vaststellen van nieuwe normeise n voor de vermoeiingssterkte van wapening, is uitvoerig onder zoek gedaan vermoeiingssterkte van wapening, is uitvoerig onder zoek gedaan vermoeiingssterkte van wapening, is uitvoerig onder zoek gedaan vermoeiingssterkte van wapening, is uitvoerig onder zoek gedaan naar mechanisch gericht en gepunt naar mechanisch gericht en gepunt naar mechanisch gericht en gepunt naar mechanisch gericht en gepunt- -- - of gehechtlast betonstaal of gehechtlast betonstaal of gehechtlast betonstaal of gehechtlast betonstaal Ø12 en Ø16 mm. Achtergronden bij de vermoeiingsster kte, de Ø12 en Ø16 mm. Achtergronden bij de vermoeiingsster kte, de Ø12 en Ø16 mm. Achtergronden bij de vermoeiingsster kte, de Ø12 en Ø16 mm. Achtergronden bij de vermoeiingsster kte, de globale resu globale resu globale resu globale resultaten van het onderzoek en de uiteinde lijke nieuwe ltaten van het onderzoek en de uiteindelijke nieuwe ltaten van het onderzoek en de uiteindelijke nieuwe ltaten van het onderzoek en de uiteindelijke nieuwe normeisen staan toegelicht in het artikel normeisen staan toegelicht in het artikel normeisen staan toegelicht in het artikel normeisen staan toegelicht in het artikel 'Nieuwe normeisen 'Nieuwe normeisen 'Nieuwe normeisen 'Nieuwe normeisen vermoeiingssterkte betonstaal vermoeiingssterkte betonstaal vermoeiingssterkte betonstaal vermoeiingssterkte betonstaal' '' ' . .. . Het artikel op deze pagina is een Het artikel op deze pagina is een Het artikel op deze pagina is een Het artikel op deze pagina is een bijlage bij dat artikel met een uitgebreide beschri jving en bijlage bij dat artikel met een uitgebreide beschri jving en bijlage bij dat artikel met een uitgebreide beschri jving en bijlage bij dat artikel met een uitgebreide beschri jving en evaluatie van de proefresultaten, met 5% karaterist ieke evaluatie van de proefresultaten, met 5% karaterist ieke evaluatie van de proefresultaten, met 5% karaterist ieke evaluatie van de proefresultaten, met 5% karaterist ieke S SS S? ?? ?N NN N- -- - curven. curven. curven. curven. De proefresultaten omvatten de volgende proefcollec tieven: 1. Gericht Ø12 mm B500B-HK/HKN; test ? max 0,6f yk ; n = 76, met 25 breuken en 51 doorlopers 2. Gericht Ø16 mm B500B-HK; test ? max 0,6f yk ; n = 111, met 68 breuken en 43 doorlopers 3. Gelast Ø12 mm B500A-HKN,B-HK; test ? max 0,6f yk ; n = 154, met 118 breuken en 36 doorlopers 4. Gelast Ø16 mm B500B-HK; test ? max 0,6f yk ; n = 140, met 111 breuken en 29 doorlopers 5. Gelast Ø16 mm B500B-HK; test ? max 0,4f yk ; n = 35, met 17 breuken en 18 doorlopers BIJLAGE BIJ CEMENT 5 2020 222 2 Ad 1. Proefresultaten gerichte staven Ø12 mm, test Ad 1. Proefresultaten gerichte staven Ø12 mm, test Ad 1. Proefresultaten gerichte staven Ø12 mm, test Ad 1. Proefresultaten gerichte staven Ø12 mm, test max max max max 0,6 0,60,6 0,6 f ff f yk yk yk yk (300 MPa) 300 MPa)300 MPa) 300 MPa) Figuur 1. Resultaten Ø12 mm B500B-HK/HKN, gericht, test max = 0,6 f yk De karakteristieke S?N -curve van de Bayesian-benadering ligt duidelijk bo ven de huidige normeisen en de keuze van N* bij 2 miljoen wisselingen past beter dan de huidi ge N * = 1 miljoen. Lineaire regressie bleek niet mogeli jk vanwege breuken bij vrijwel slechts twee test- ??-niveaus. Gezien de grote spreiding in de proefresultaten is voor staafdiameters Ø12 mm (mechanisch gericht) een behoudende nieuwe normeis voorgesteld van ?? = 160 MPa bij N* = 2 miljoen wisselingen. De te hoge k 1 = 5 is gekozen vanwege de Haibach aanname k 2 = 2  k 1 ? 1 = 9. Ad 2. Proefresultaten gerichte staven Ø16 mm, test Ad 2. Proefresultaten gerichte staven Ø16 mm, test Ad 2. Proefresultaten gerichte staven Ø16 mm, test Ad 2. Proefresultaten gerichte staven Ø16 mm, test max max max max 0,6 0,60,6 0,6 f ff f yk ykyk yk (300 MPa) (300 MPa) (300 MPa) (300 MPa) Figuur 2. Resulaten Ø16 mm B500B-HK, gericht, test max = 0,6f yk BIJLAGE BIJ CEMENT 5 2020 333 3 De karakteristieke S?N -curven van de Bayesian-benadering en de lineaire r egressie zijn vrijwel gelijk en tonen een k 1 van circa 3,7, maar wordt vanwege k 2 = 2  k 1 ? 1 aangenomen als 5. Beide S?N -curven liggen duidelijk onder de huidige normeisen die zijn afgeleid voor als rechte staven geproduceerd betonstaal (niet mechani sch gericht). Visuele inspectie van vele gebroken machinaal gerichte testmonsters tonen niet temin slechts in beperkte mate bovenmatige beschadigingen zoals bij de aangegeven 'defected' testmonsters met lage ??. Bij de Bayesian-benadering wordt de horizontale CAFL voorn amelijk bepaald door de spreiding bij de doorlopers. Zonder de twee onverwachte doorloper s bij hoge ?? van 200 MPa ligt de CAFL circa 5 MPa hoger en zonder de twee defecte testmon sters circa 6 MPa hoger. Zonder deze vier 'arbitraire' proeven in totaal circa 12 MPa hoger. Ook hier past de keuze van N* = 2 miljoen beter dan 1 miljoen wisselingen. Mede gezien de inv loed van de 'arbitraire' proeven is voor staafdiameters 12 < Ø 16 mm een nieuwe normeis vo orgesteld van ?? = 140 MPa bij N* = 2 miljoen wisselingen. Voor mechanisch gerichte staaf diameters 16 < Ø 20 mm (niet getest) is extrapolerend ?? = 130 MPa bij N* = 2 miljoen wisselingen voorgesteld. Dit sluit gl obaal aan bij niet gerichte staafdiameters > Ø20 mm met de huidig e eis van 145 MPa bij N* = 1 miljoen (~ 134 MPa bij N* = 2 miljoen) voor staafdiameters > Ø28 m m. Ad 3. Proefresultaten gelaste staven Ø12 mm, test Ad 3. Proefresultaten gelaste staven Ø12 mm, test Ad 3. Proefresultaten gelaste staven Ø12 mm, test Ad 3. Proefresultaten gelaste staven Ø12 mm, test - -- -max 0,6 max 0,6max 0,6 max 0,6 f ff f yk yk yk yk (300 MPa) (300 MPa) (300 MPa) (300 MPa) Figuur 3. Resultaten Ø12 mm, B500A-HKN, B500B-HKN, gelast, test max = 0,6 f yk De karakteristieke S?N -curve van de Bayesian-benadering ligt voor N > 5 miljoen wisselingen lager dan de lineaire regressie . De Bayesian CAFL wordt verlaagd door de grote spreiding bij de doorlopers en met onverwacht e doorlopers bij hoge ? van 200 en 175 MPa. Niettemin liggen beide S?N -curven duidelijk boven de S?N -curven van de huidige normeisen. Bij gelast staal nog duidelijker dan bij gericht staal blijkt dat de keuze van het reken-knikpunt tenminste N* = 2 miljoen moet zijn wat dan nog passend is voor het regulier testen tot N = 2 miljoen wisselingen. De hier gebleken k 1 van circa 3 past bij de aan te nemen BIJLAGE BIJ CEMENT 5 2020 444 4 relatie k 2 = 2  k 1 ? 1 = 7. Op basis van deze proefresultaten is voor gelaste staafdiameters < Ø12 mm een nieuwe normeis voorgesteld van ?? = 100 MPa bij N* = 2 miljoen wisselingen. Ad 4. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, Ad 4. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, Ad 4. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, Ad 4. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, test test test test max max max max 0,6 0,60,6 0,6 f ff f yk yk yk yk (300 MPa) (300 MPa) (300 MPa) (300 MPa) De karakteristieke S?N-curve van de lineaire regres sie en met name van de Bayesian- benadering van > 5 miljoen wisselingen liggen lager dan de huidige normeisen. Hier leveren de twee onverwachte doorlopers bij hoge ?? van 200 en 175 MPa flinke verlaging van de Bayesia n CAFL (circa 7 MPa). Ook de twee verdachte breuken v an flink beschadigde monsters bij de lage 85 MPa leveren zowel bij Bayesian CAFL als lineaire regressie een verlaging op van circa 7 MPa. Per saldo is sprake van circa 14 MPa 'arbitrai re' verlaging. Figuur 4. Resultaten Ø16 mm, B500B-HK, gelast, test max = 0,6 f yk Onverwacht bleek verder dat het verschuiven van de 9 + 3 doorlopers bij ?? 85 MPa met 25 ? 100 miljoen naar 10 miljoen wisselingen ge en effect heeft op de Bayesian CAFL. Kennelijk volstaat bij de Bayesian-benadering voor de doorlopers het testen tot N = 10 (ook tot N = 5?) miljoen wisselingen, wat bij vermoeiingsonde rzoeken veel testkosten bespaart. Wellicht is bij dergelijke doorlopers geen sprake v an scheurinitiatie en heeft het langer hierop wachten ook geen zin. Net als bij Ø12 mm past de hi er gebleken k 1 = circa 3 bij de aan te nemen k 2 = 2.k 1 -1 = 7. Gezien deze proefresultaten is voor gelaste staafdi ameters Ø16 mm een nieuwe normeis voorgesteld van ?? = 80 MPa bij N* = 2 miljoen wisselingen. Deze is voor N 2 miljoen circa 5 MPa lager dan de huidige normeis NEN/DIN en voor N 10 miljoen gelijk is aan de huidige normeis uit EN 1992-1-1:2004. Dit voorstel is gezien de circa 14 MPa 'arbitraire' verlaging mogelijk te behoudend, maar geldt vooralsnog ook voor de grotere gelaste staafdiamete rs waarvan geen resultaten bekend zijn (wacht al jaren op onderzoek). BIJLAGE BIJ CEMENT 5 2020 555 5 Ad 5. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, test Ad 5. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, test Ad 5. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, test Ad 5. Proefresultaten gelaste staven Ø16 mm, test max max max max 0,4 0,4 0,4 0,4 R RR R ek ek ek ek (200 MPa) (200 MPa) (200 MPa) (200 MPa) Figuur 5. Resultaten Ø16 mm B500B-HK, gelast, test max = 0,4 f yk - NB Om proeftechnische reden max = 195 MPa Gezien de (te) beperkte aantallen proefresultaten i s de karakteristieke Bayensian-curve mogelijk 'arbitrair'. Voor de lineaire regressie ka n alleen een lage en hoog ingeschatte curve worden aangegeven met hier aangenomen k 1 = 4 (NEN/DIN). Niettemin blijkt onverwacht dat deze proefresultaten met test ? max 0,4 R ek (200 MPa) aanzienlijk beter zijn (circa + 50? MPa bij N * = 2 miljoen) dan de hiervoor getoonde resultaten met test ? max 0,6 R ek (300 MPa). Opvallend is ook het grote aantal breuken van de staaf (buite n de las). Hier lijkt de scheurinitiatie op de las vrijwel in evenwicht te zijn met die van buiten de las (mechanisch gericht). Deze opvallende, maar beperkte resultaten 'roepen' nu al enige jaren om verder onderzoek. Zowel met gericht (ook voor check van be staande constructies) als met gelast staal voor aanvullende normeisen met ontwerp ? max = 0,4 - 0,5 f yk. Inmiddels is relevante subsidiëring beschikbaar, ma ar er is nog aanvullende financiering vereist. BIJLAGE BIJ CEMENT 5 2020 666 6 Overzicht van huidige en nieuwe normeisen (als S Overzicht van huidige en nieuwe normeisen (als S Overzicht van huidige en nieuwe normeisen (als S Overzicht van huidige en nieuwe normeisen (als S - -- -N NN N- -- -curven en in tabel) curven en in tabel)curven en in tabel) curven en in tabel) Figuur 6. Overzicht huidige en nieuwe normeisen als S-N-curven met reken knikpunten N* Tabel 1. Overzicht huidige en nieuwe normeisen verm oeiingssterkte met onderlinge vergelijking