O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWapeningcement 2005 4 63Door het toevoegen van extra uit-wendige wapening worden debuigcapaciteit, de buigstijfheiden/of de dwarskrachtcapaciteitverhoogd. Deze wapening wordtmet behulp van epoxylijm beves-tigd. Verschillende oorzaken kun-nen een versterking noodzakelijkmaken. Zo kan een constructieverzwakt zijn door brand, explo-sie, aardbeving of een ander onge-val. Slecht onderhoud kan vooreen versnelde degradatie zorgen,waardoor het gebouw zijn functieniet meer naar behoren kan uitoe-fenen. Bij renovaties kan eengebouw een nieuwe functie krij-gen die gepaard gaat met eenhogere gebruikslast. Sommigeconstructies moeten aan strengerenormen worden aangepast. Ookbij foutief berekende of geplaatstewapening kan uitwendig gelijmdewapening een oplossing bieden.Momenteel bestaat deze extrawapening meestal uit staalplatenof koolstofvezels (CFRP, CarbonFibre Reinforced Polymer). Beidematerialen hebben hun specifiekeeigenschappen en daarmee ookhun specifieke toepassingen. Bijdoorbuigingsproblemen wordtvaak met staalplaten gewerkt,omdat die gemakkelijk in dikkesecties kunnen worden aange-bracht. CFRP heeft een E-modulusgelijkwaardig aan die van staal enis vijf tot tien keer sterker dan stan-daardstaal. CFRP wordt dan ooktoegepast indien een hoge sterktenoodzakelijk is, bijvoorbeeld bijversterking van betonplaten.Bandweefsel is een nieuw materi-aal, ontwikkeld door Bekaert NV.Het bestaat uit dunne hoogwaar-dige staaldraden die met eenkunststofweefsel zijn samenge-voegd (fig. 1). Bandweefsel combi-neert de voornaamste voordelenvan staalplaten en CFRP, namelijkde lage kosten van staal en deflexibiliteit van CFRP. Het vormteen interessant alternatief voorCFRP, omdat het dezelfde sterkte-eigenschappen heeft. Hetgedraagt zich ductiel, waardoorlagere veiligheidsfactoren moge-lijk zijn in vergelijking met hetbrosse CFRP. Nieuwe toepas-singsmogelijkheden zijn dandwarskrachtversterking voor com-plexere vormen, inrijgen vanrechthoekige kolommen en verbe-terde toepassingsmogelijkhedenvoor voorspanning van uitwendigewapening.Het type bandweefsel dat is onder-zocht, is opgebouwd uit 65 `cords'(fig. 1b). Elk cord bestaat uit ??nfilament ?0,25 mm en achttienfilamenten ?0,22 mm. Dit typebandweefsel is nog te stijf om opeenvoudige wijze rond kolommenof balken aan te brengen. Ook iseen verbeterde hechting noodza-kelijk om bandweefsel snel enStudieprijs 2004 Belgische Beton GroeperingVersterken van gewapendbeton met bandweefselir.-arch. W. Figeys, dr.ir. L. Schueremans, prof.dr.ir. L. Vandewalle enprof.dr.ir. D. Van Gemert, Katholieke Universiteit Leuven, DepartementBurgerlijke Bouwkundedr.ir. K. Brosens, Triconsult NV, Halen (B)Bandweefsel is een nieuw materiaal dat als uitwendig gelijmde wapening kanworden toegepast. Het bestaat uit hoogwaardige staaldraden die in ??n rich-ting zijn samengevoegd. Het combineert de voordelen van staalplaten metdie van koolstofvezels. Indien de nodige flexibiliteit wordt ingebouwd en eengoede verlijming mogelijk wordt, vormt bandweefsel een interessant alterna-tief voor koolstofvezellaminaten. Met behulp van niet-lineaire breukmechani-ca kunnen de verankeringslengte en de opneembare kracht worden bepaald.Aan de hand van afschuifproeven werd vastgesteld dat proefstukken versterktmet bandweefsel sterker en stijver reageren dan proefstukken versterkt metkoolstofvezels. Aangepaste modelparameters zijn noodzakelijk. Aangezienzuivere afschuiving zelden alleen voorkomt, is ook de combinatie met buigingbestudeerd. Vierpuntsbuigproeven toonden aan dat de delaminatie correctwordt voorspeld, mits de onversterkte lengte beperkt blijft. Theoretisch werdaangetoond dat de modellen voor plaateinde-afschuiving moeten wordenaangepast.1,22 mm1 |Bandweefsela. bovenaanzichtb. doorsnede, 65 x cordsmet 1 filament?0,25mm en 18 fila-menten ?0,22 mma.b.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWapeningcement 2005 464gemakkelijk op de bouwplaats aante kunnen brengen.Figuur 2 toont een doorsnedeonder een lichtmicroscoop na hetuitvoeren van een pull-off test mettrekkop bandweefsel. Het band-weefsel kan onder labo-omstan-digheden voldoende wordenge?mpregneerd: de breuk bevindtzich in het beton. Dit vraagt ech-ter bijzondere zorg. In de praktijkis een eenvoudige procedure vanverbeterde impregnering noodza-kelijk.V e r a n k e r i n gOm de eindverankering te kun-nen ontwerpen, is het afschuifge-drag van bandweefsel bestudeerd.De krachten op de uitwendigewapening worden via een lijmlaagdoor schuifspanningen overgedra-gen naar het beton. Indien mendeze schuifspanningen kan bepa-len, is men in staat de opneemba-re kracht en de ankerlengte teberekenen (fig. 3). Aan de KULeuven is hiertoe voor uitwendigevezelwapening een model ontwik-keld [1]. Het model gaat uit van dedifferentiaalvergelijking vanVolkersen [2], dat de schuifspan-ningen in de lijmlaag in functievan de slip van de uitwendigewapening ten opzichte van hetbeton beschrijft. De opneembarekracht en de ankerlengte kan menbepalen indien een relatie wordtverondersteld tussen de optreden-de slip en de schuifspanning.Onderzoek [3, 4] toonde aan dateen bilineair schuifspanning-slip-verloop (fig. 4) een goede benade-ring is van de werkelijkheid. Demateriaalspecifieke parameterswerden bepaald voor CFRP [1].Negen directe afschuifproevengaven een indicatie van de materi-aalspecifieke parameters vanbandweefsel. Voor deze experi-menten werden telkens twee blok-ken beton (300 x 150 x 150 mm3)op enige afstand van elkaar, metelkaar verbonden door bandweef-sel over een ankerlengte l = 150 of200 mm op het beton te lijmen.Deze proefstukken werden onder-worpen aan een verplaatsingsge-stuurde trekproef (fig. 5). De ver-groting van de opening werdopgemeten met een verplaatsings-opnemer (LVDT, Lineair VoltageDifferential Transformer). Ook dekracht werd geregistreerd. Dezegegevens werden vergeleken metde uit het model berekende waar-den aan de hand van de CFRP-modelparameters (fig. 6). HetCFRP-model benaderde de experi-menten redelijk goed; gemiddeldmet een onderschatting van 14%.Hieruit was af te leiden dat proef-stukken versterkt met bandweef-sel als uitwendige wapening stij-ver en sterker reageren dan CFRP.De waarden van de modelparame-ters voor CFRP zijn een veilige,eerder conservatieve benadering.De materiaalspecifieke parameterskunnen in die zin worden aange-past voor bandweefsel (fig. 6, aan-gepast model).B u i g i n gOmdat zuivere afschuiving zeldenalleen voorkomt, is ook de combi-natie van afschuiving en buigingbestudeerd. Hiervoor werden tweefaalmechanismen onderzocht diespecifiek zijn voor balken versterktmet bandweefsel, namelijk delami-natie en plaateinde-afschuiving.Delaminatie is het voortijdige enplotselinge afscheuren van deopgelijmde wapening. In de prak-tijk is het vaak onmogelijk de uit-wendige wapening over de volledi-ge lengte van de balk te lijmen.Daardoor treedt aan het uiteindevan de uitwendige wapening eendiscontinu?teit op. Ter plaatse vandeze overgang leidt dit tot extraschuifspanningen. Bijkomend zul-len normaalspanningen de uit-wendige wapening van de balkwegtrekken, ook wel `afpellen'genoemd. Een kritische combina-3 |Zuivere afschuiving;l : ankerlengte;F : opneembare kracht4 |Bilineair schuifspanning -slipverloop van uitwen-dige wapeningindex l: uitwendigewapening; m: maximum;0: terug op 0betonbandweefseltrekkopuitwendige wapeningbeton FFlI IIslmlmsl0sllI : =II :--= lmlmslllsl0sl0slslmslm2 |Doorsnede onder eenlichtmicroscoop na hetuitvoeren van een pull-off test met trekkop bandweefselO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWapeningcement 2005 4 65tie van beide spanningstoestandenzal delaminatie van de uitwendigewapening veroorzaken [5].Plaateinde-afschuiving treedt opindien de balk onvoldoende isgewapend tegen dwarskracht ener aan het uiteinde van de uitwen-dige wapening een dwarskracht-scheur ontstaat. In [6] is eenmodel voorgesteld om plaateinde-afschuiving te berekenen voor bal-ken zonder dwarskrachtwapeningen versterkt met staalplaten. Ditmodel is in [7] aangepast, zodatook balken met dwarskrachtwape-ning en versterkte balken metCFRP als uitwendige wapeningge?valueerd kunnen worden.Geverifieerd is of deze modellengeldig blijven voor balken ver-sterkt met bandweefsel. Het dela-minatiemodel is experimenteelgetoetst aan de hand van vier-puntsbuigproeven. Zes balkenwerden onderworpen aan eenvierpuntsbuigproef, voorzien vaninwendige trek-, druk- en dwars-krachtwapening (fig. 7, tabel 1).Balk 1 diende als referentiebalk.Deze faalde door het vloeien vande inwendige wapening.Balken 3, 4 en 5 bezweken doordelaminatie (fig. 8).Balk 2 met een grote onversterktelengte (l0= 250 mm) werd foutiefvoorspeld. De delaminatiekrachtbedroeg slechts 33,5 kN. De balkzou theoretisch moeten falen alseen onversterkte balk door hetvloeien van de inwendige wape-ning (57 kN). Hij faalde echtertoch door delaminatie van de uit-wendige wapening. Waarschijnlijkis dit veroorzaakt door de interac-tie tussen dwarskracht en buigingen het uitspreiden van de krach-ten aan het steunpunt.Balk 6, versterkt met ge?mpreg-neerde platen, faalde doordat hetplaateinde onvoldoende hechtte.Mogelijk werd dit veroorzaaktdoor achtergebleven olie van deslijpmachine.De balken 3, 4 en 5 werden cor-rect voorspeld. Gesteld kan wor-den dat de delaminatie correctwordt voorspeld voor proefstuk-ken versterkt met bandweefsel,indien de onversterkte lengtebeperkt blijft.Voor het bestuderen van de plaat-einde-afschuiving moeten balkenworden getest met minder inwen-dige dwarskrachtbeugels. In dezestudie is de plaateinde-afschuivingenkel theorethisch bestudeerd. Bijhet aangepaste model in [7] voorplaateinde-afschuiving wordt eennegatieve bijdrage vastgesteld vande dwarskrachtbeugels, wat fysischniet mogelijk is. In tegenstellingtot het model voor delaminatie,moet het model voor plaateinde-afschuiving worden aangepast.T e n s l o t t eUit dit verkennend onderzoekblijkt dat bandweefsel een interes-sant alternatief kan vormen voorCFRP. Wel moet het type band-weefsel nog verder worden ont-wikkeld. Daarbij zullen het im-pregneren en de stijfheid van hetbandweefsel speciale aandachts-punten zijn. Voor het berekenenvan de verankeringslengte en deopneembare kracht moet met aan-gepaste materiaalspecifieke para-meters worden gerekend in verge-lijking met CFRP. Voor belastin-gen die dwarskracht en buigingveroorzaken wordt de delaminatiecorrect voorspeld, indien deonversterkte lengte beperkt blijft.Het model voor plaateinde-afschuiving moet echter wordenbijgesteld.DankwoordDit onderzoek wordt momenteelverder uitgebouwd met de steunvan het Instituut voor deAanmoediging van Innovatie doorWetenschap en Technologie inVlaanderen (IWT-Vlaanderen). 5 |Proefopstelling zuivereafschuiving, ankerlengtel = 150 mm4540353025201510500 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5s (x=l) (mm)F(kN)modelaangepast modelexperiment6 |Vergelijking kracht - slip-verhouding tussenmodel, aangepast modelen experiment, voorproefstukken met anker-lengte l = 150 mm;meetplaats x tussen deblokken, dus x = lL i t e r a t u u r1. Brosens, K., Anchorage ofexternally bonded steel platesen CFRP laminates forstrengthening of concrete ele-ments. Doctoraatsverhande-ling, KU Leuven, 2001.2. Volkersen, O., DieNietkraftverteilung in zugbe-anspruchten Nietverbindun-gen mit konstanten Laschen-querschnitten.Luftfahrtforschung, 15, 1998.3. Ranisch, E.H., Zur Trag-f?higkeit von Verklebungenzwischen Baustahl und Beton-Geklebte Bewehrung. Heft 54,TU Braunschweig, 1982.4. Holzenk?mpfer, P., Inge-nieurmodelle des Verbundsgeklebter Bewehrung f?rBetonbauteile. Doctoraats-verhandeling, Heft 108, IBMB,Braunschweig, 1994.5. Sadaatmanesh, H., Malek,A.M., Prediction of shear andpeeling stresses at the plateends of beams strengthenedwitch FRP plates, Non?Metal-lic (FRP) reinforcement forconcrete structures.Proceedings of the third inter-national symposium,FRPRCS-3, vol. 1, Sapporo,Japan, 1997.6. Jansze, W., Strengthening ofReinforced Concrete Membersin Bending by ExternallyBonded Steel Plate-Design forBeam Shear and PlateAnchorage. Dissertatie TUDelft, 1997.7 Ahmed, O., Strengthening ofR.C. Beams by means ofExternally bonded CFRPLaminates-Improved modelfor Plate-End Shear. Docto-raatsverhandeling, KULeuven, 2000.8. Figeys, W., Versterken vangewapend beton met band-weefsel. Doctoraatsverhande-ling, KU Leuven, 2004.Tabel 1 | Overzicht resultaten vierpuntsbuigproefversterking balk nr theoretische theoretisch experimentele experimenteel Pexp/Ptheorie(fig. 7) uitwendige kracht scheurtype uitwendige kracht scheurtype(kN) (kN)referentiebalk 1 57,0 vloeien inw. 53 vloeien inw. 0,93niet versterkt wapening wapeningl0= 250 mm 2 57,0 vloeien inw. 70 delaminatie 1,23??n laag bandweefsel (33,5) wapening (2,08)l0= 100 mm 3 76,5 delaminatie 80 delaminatie 1,04??n laag bandweefsel(proef a)l0= 100 mm 4 76,5 delaminatie 90 delaminatie 1,17??n laag bandweefsel(proef b)l0= 100 mm 5 72,4 delaminatie 75 delaminatie 1,04twee lagenbandweefsell0= 100 mm 6 77,4 delaminatie 65 afpellen 0,84ge?mpregneerde wapening inbandweefselplaten het hechtvlak8 |Balk versterkt met band-weefsel met onversterk-te lengte l0= 100 mm navierpuntsbuigproef(proef b), scheuren extraaangeduid7 |Proefopstelling en afme-tingen balken voor buig-proeven [8]beugels ?6-100drukwapening A = 2 ?6P/2 P/2bandweefsel2517525l0 l0100 500 500 500 1001700225125trekwapening A = 3 ?8(afmetingen in mm)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWapeningcement 2005 466