C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc ties28 cement 2008 2Het veiligheidsconcept van glazenliggers, toegepast in de huidigebouwpraktijk, is veelal gebaseerdop overdimensioneren. Door hettoevoegen van beschermendeglaslagen wordt de essenti?le bin-nenste laag van het liggerlaminaatbeschermd tegen impactbelas-ting. Mochten de buitenste lagenbezwijken, dan is de binnenstelaag nog steeds in staat de belas-ting te dragen. Echter, volledigbezwijken van het laminaat kannog steeds optreden door bijvoor-beeld herhaalde impactbelastingof assemblagefouten, die bij deopleggingen of de verbindingenongewenste piekspanningen ver-oorzaken.De aan de TU Delft ontwikkeldeveiligheidsconcepten voor glazenliggers zijn daarom vanuit eengeheel ander perspectief ontwik-keld en richten zich op de conse-quenties van enig glasfalen en hetverkrijgen van ductiliteit. Dezeductiliteit wordt verkregen doorhet toevoegen van een geringestalen wapening of naspanstrengaan de glazen ligger. Mocht hetglas bezwijken door bijvoorbeeldoverbelasting of een impactbelas-ting, dan zal het staal fungerenals scheurbrug en de trekkrachtdie voorheen in het glas aanwezigwas opnemen, waardoor de liggernog steeds in staat is belastingte dragen. Het plastisch vervor-mingsvermogen van het staallevert vervolgens ductiliteit aan deglazen ligger.G e w a p e n d g l a sBij het gewapend-glasconceptwordt een klein rvs-profiel aande randen van de glazen liggergelijmd. Aangezien de randenvan het glas door breking van hetlicht toch altijd zichtbaar zijn, tastdit de transparantie nauwelijksaan. Bij breuk van het glas zal,door vervorming van het staal,de vrijkomende scheurenergieworden `geabsorbeerd', waardoorde scheur wordt geremd. Hierbijblijft de drukzone van de lig-ger ongescheurd, waardoor hetsamenstel van druk in het glasen trek in het staal een inwendigmoment kan leveren (fig. 1). Hetgewapend-glasconcept is uitge-breid beschreven in [1]. Hiernawordt een aantal belangrijke as-pecten behandeld.Gewapende en nagespannenglazen liggersir. P.C. Louter, TU Delft, faculteit BouwkundeGlas wordt in de hedendaagse architectuur steeds vaker toegepast als con-structief materiaal. Een voorbeeld van glas in constructieve vorm zijn glazendakliggers of gevelvinnen. Echter, aangezien glas een bros materiaal is datzonder enige visuele waarschuwing bezwijkt, vereist het construeren in glaseen gedegen veiligheidsconcept. Aan de faculteit Bouwkunde van de TU Delftzijn twee innovatieve concepten voor glazen liggers ontwikkeld, vergelijkbaarmet gewapend en nagespannen beton. Doel van deze concepten is het verkrij-gen van een ductiel bezwijkgedrag en het cre?ren van een aanzienlijk rest-draagvermogen, waarmee de veiligheid van de liggers wordt gegarandeerd.glasdrukscheurtrekrvs wapening(verlijmd)1 |Schematische weergavevan een met staal gewa-pende glazen ligger. Bijbreuk van het glas zal dedruk in de ongescheurdedrukzone samen met detrek in de wapening eeninwendig moment leve-ren2 |Verschil in scheurontwik-keling tussen proefstuk-ken verlijmd met acry-laatlijm (a) en epoxylijm(b)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc tiescement 2008 2 29GlastypeVan belang voor het gewapendemaar ook voor het nagespannen-liggerconcept, is het gebruik vanongehard floatglas (normaal ven-sterglas) in plaats van thermischvoorgespannen glas. Thermischvoorgespannen glas heeft welis-waar een hogere sterkte, maarzal bij breuk in veel kleinerefragmenten breken, waardoor desamenhang van de ligger verlorengaat. Het restdraagvermogen vangewapende liggers die zijn uitge-voerd met ongehard floatglas, datin grote scherven breekt, is danook het grootst [2].Verlijming wapeningVoor het verlijmen van de me-talen wapening op het glas zijnverschillende lijmtypen zoalsepoxy, acrylaat, polyurethaan ensiliconen beschikbaar. De eigen-schappen van deze lijmen zoalsafschuifsterkte, UV-bestendigheid,vermoeiingssterkte en schokbe-stendigheid lopen zeer uiteen enworden daarom ook parallel aanhet gewapend-glasonderzoek be-keken [3].Door deze verschillen in eigen-schappen heeft elke lijm een spe-cifiek effect op het bezwijkgedragvan gewapende glazen liggers [4].Een lijm met een lage schokbe-stendigheid zal, door de schokbe-lasting die vrijkomt bij breuk vanhet glas, ter plaatse van de scheurbezwijken, waardoor de wapeninglokaal onthecht. Hierdoor wordtde scheurgroei minder goedgeremd, waardoor horizontaalgeori?nteerde scheuren ontstaan.Dit effect is goed zichtbaar infiguur 2, waarin de proefstukkenverlijmd met de minder schok-bestendige acrylaatlijm grotehorizontaal geori?nteerde V-vor-mige scheuren vertonen, terwijlde proefstukken verlijmd met deschokbestendige twee-componen-ten epoxylijm kleinere onvertaktescheuren vertonen. Het ontstaanvan horizontale scheuren is na-delig voor het restdraagvermogenvan een gewapende ligger. Dezezullen de druk- en trekzone name-lijk separeren, waardoor de druk-zone zijdelings instabiel wordt enkan uitknikken.Over het algemeen zal de sterktevan een lijmverbinding bij hogeretemperaturen afnemen. Aange-zien voor glazen dakliggers detemperatuur, door directe zon-instraling, hoog kan oplopen, ishet van belang te weten wat hetbezwijkgedrag van gewapendeliggers bij hoge temperaturenis. Dit is onderzocht door lig-gerproefstukken, uitgevoerd metverschillende lijmtypen, 24 uur bij60 ?C te bewaren en vervolgens bijdezelfde temperatuur op buigingte testen [5]. Ondanks het in eeneerder stadium bezwijken vande lijmlaag, door de afgenomensterkte, presteerden de acrylaat-proefstukken het best. Deze proef-stukken vertoonden zelfs bij dezehoge temperatuur consistent eenhoog restdraagvermogen en veiligbezwijkgedrag.Naast het effect van hoge tempera-tuur is ook het effect van vocht opde lijmverbinding onderzocht. Ditis gedaan door liggerproefstukken,voorafgaand aan buigtesten, ineen afgesloten container te plaat-sen en 8 weken bloot te stellenaan besproeiing met zout watersproeikopliggersonder 15?in een rek3 |Het effect van vocht opde lijmlaag wordt getestdoor liggerproefstukkenvoorafgaand aan buig-testen acht weken tebesproeien met zoutwater4 |Nagespannen glazenT-ligger, met parabolischverloop van de naspan-streng, tijdens beproe-vingC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc ties30 cement 2008 2(fig. 3). De op deze manier getesteepoxy- en acrylaatlijmen pres-teerden ondanks aantasting vande lijmlaag en roestvorming terplaatse van de lijmlaag bijzondergoed [5].N a g e s p a n n e n g l a sAnders dan bij gewapend beton,dat kleine scheuren moet vertonenom de wapening te activeren, zaleen glazen ligger in de gebruiks-toestand ongescheurd moetenblijven. Het staal in een gewapen-de glazen ligger zal voornamelijkpas actief worden na breuk vanhet glas. Om effici?nter gebruikte maken van het aanwezige staalkan een naspanstreng wordentoegepast. Door een naspanstreng(zonder aanhechting) door eenklein stalen kokerprofiel, dat in dedoorsnede van de glazen ligger isverlijmd, te leiden en door staleneindstukken op de koppen van deligger op te spannen, wordt eencompenserende drukkracht inde ligger gebracht die het draag-vermogen vergroot. Door dezenaspanstreng ook nog parabolischte laten verlopen, wordt het draag-vermogen nog verder vergroot(foto 4).Inleiden naspankrachtBelangrijk aspect bij het naspan-nen van glazen liggers is het inlei-den van de naspankracht. Afhan-kelijk van de productiemethodekan het bij meerlaagse liggersvoorkomen dat de liggereindenniet vlak zijn en de afzonderlijkeplaten niet in ??n lijn liggen. Hetaanbrengen van de voorspan-kracht op de liggereinden kandaardoor piekspanningen in hetglas veroorzaken, wat kan leidentot breuk. Het vereffenen van on-regelmatigheden en het gelijkma-tig verdelen van de voorspankrachtis daarom zeer van belang. Ditkan bijvoorbeeld worden bereiktdoor het toevoegen van een tus-senlaag (bijvoorbeeld een zachtaluminium) tussen het glas en destalen naspaneindstukken. Omafname van de naspankracht inde loop van de tijd te voorkomen,dient deze tussenlaag niet gevoeligte zijn voor kruip. Een overzichtvan verschillende methoden voorhet inleiden van de naspankrachtwordt gegeven in [6].S c h e u r g e d r a gHoewel beide concepten globaaleenzelfde bezwijkgedrag vertonen,is het specifieke scheurgedragvan gewapende en nagespannenglazen liggers verschillend. Figuur5 toont de scheurontwikkeling inzowel gewapende als nagespan-nen glazen liggers die zijn getestin een verplaatsingsgestuurdevierpuntsbuigproef (foto's 6 en 7).Opvallend verschil is dat de eerstescheuren (fase I = initi?le breuk)die ontstaan in de nagespannenliggers minder hoog doorgroeiendan bij de gewapende liggers. Ditwordt veroorzaakt door het dicht-drukken van de scheur door deadditionele drukkracht in de liggerten gevolge van de naspanning.De scheuren in de nagespannenliggers vertonen tevens meerscheurtakken (waaiervormig),5 |Scheurontwikkeling ingewapende (a) en nage-spannen (b) liggers, infasen I, II en III, met last-verplaatsingsdiagram (c)fase I: initi?le breukfase II: horizontalescheuruitbreidingfase III: volledig bezwijkenabIIIIIIIIIIIIveiligheidsmargeofrestdraagvermogenverplaatsingIIIIIIcbelasting6 |Beproefde gewapendeligger met T-vormige enhorizontale scheuren,overspanning 4,5 mC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc tiescement 2008 2 31wat samenhangt met het hogereenergieniveau waarbij de liggersbezwijken.Na een belastingstraject waarinde belasting de initi?le bezwijk-belasting overschrijdt en debuigstijfheid van de ligger gelei-delijk afneemt door horizontalescheuruitbreiding (fase II = hori-zontale scheuruitbreiding), heeftvolledig bezwijken plaats (fase III= volledig bezwijken). De gewa-pende liggers bezwijken over hetalgemeen door onthechting vande wapening of het uitknikkenvan de drukzone. De nagespannenliggers bezwijken vrij explosiefdoor het uitknikken van de liggerten gevolge van een verminderdezijdelingse stabiliteit door scheur-vorming, in combinatie met eenaanhoudende naspankracht.T o e p a s s i n gZowel de gewapende als de na-gespannen glazen liggers zijn instaat om, na breuk van het glas,belastingen te dragen die de initi?-le bezwijkbelasting overschrijden.Hoewel het initi?le bezwijkgedragvan nagespannen glazen liggersmeer gecontroleerd lijkt dan datvan gewapende glazen liggers,biedt het explosieve uiteindelijkebezwijkgedrag reden tot naderonderzoek. Het gewapende-ligger-concept, dat een veel geleidelijkerbezwijkgedrag kent, is momenteelrijp voor toepassing in de praktijk.Hierbij kan gedacht worden aandakliggers, vloerliggers of gevel-vinnen met een overspanning totzelfs 18 m.Het al twaalf jaar lopende onder-zoek aan de TU Delft loopt dooren richt zich onder meer op eenverdere ontwikkeling van de lig-gerconcepten, zodat transparantieen ductiliteit optimaal kunnenworden verenigd in innovatieveconstructies.De auteur dankt de materiaalon-dersteuning van de Van Noorden-negroep (glas), Bresser en CCLBenelux (voorspantechniek). nL i t e r a t u u r1. Louter, P.C., Adhesively bond-ed reinforced glass beams.HERON 2007, Volume 52,issue 1/2 Structural Glass.http://heron.tudelft.nl2. Kreher, K, Jul. Natterer, Joh.Natterer, Timber-Glass-Com-posite Girders for a Hotel inSwitzerland. Structural Engi-neering International 2/2004.3. Richemont, S.A.J. de, F.A.Veer, Glass-aluminiumbonded joints; testing, com-paring and designing for theATP. HERON 2007, Volume52, issue 1/2 Structural Glass.http://heron.tudelft.nl4. Louter, P.C., F.A. Veer, G.J.Hobbelman, Reinforcing glass,effects of reinforcement geom-etry and bonding technology.GPD 2007, Finland. www.glassfiles.com5. Louter, P.C., Reinforced glassbeams; effects of elevated tem-perature, moisture exposureand continuous static loadon the adhesive bond. Zalworden gepubliceerd bij Chal-lenging Glass Conference, Mei2008, TU Delft. www.glass.bk.tudelft.nl6. Louter, P.C., Heusden, J. van,Veer, F.A., Vambersky, J.N.J.A.,Boer, H.R. de, & Versteegen,J. (2006). Post-tensioned glassbeams. In EE Gdoutos (Ed.),Fracture of Nano and Engi-neering Materials and Struc-tures (pp. 1-9). Dordrecht:Springer.7 |Beproefde nagespannenligger met waaiervormi-ge scheuren en uitge-knikte zone, overspan-ning 4,5 m.