C.J.F.BoonmanDelfgauwCement XXXI (1979) nr. 2Ontwerp voortussenverankeringen bijvoorspanning zonderaanhechting (VZA)InleidingCement nr. 8 van augustus 1978 was geheel gewijd aan voorspanning zonder aanhechting enin het bijzonder aan de studiedag gehouden op 22 maart 1978 in de TH te Delft. Het bevat naastde presentatie van de concept-richtlijn VZA tevens de voordrachten die op die dag over ditonderwerp zijn gehouden.Zowel bij het doornemen van de verschillende voordrachten als bij de bestudering van deconcept-richtlijn valt het op dat het accent wordt gelegd op het gevaar van voortgaande instor-ting bij constructies die op meer dan twee steunpunten zijn opgelegd door het uitvallen van devoorspanning of door het bezwijken van een veld.Ter beperking van het gevaar van voortgaande instorting staat in de concept-richtlijn in artikel401.2.2.1 letterlijk: 'Bij de beoordeling van een over meer dan twee steunpunten doorgaandeconstructie geldt:y = 1,2 voor eigen gewicht en rustende belasting,y = 0,5 voor de verandelijke belasting in ziekenhuizen,y = 0,35 voor de veranderlijke belasting in woningen en woongebouwen,onder verwaarlozing van de voorspanning zonder aanhechting in een willekeurige strook terbreedte van de overspanning.ToelichtingDeze bepaling komt voort uit de noodzaak de gevolgen van plaatselijk bezwijken zodanig te be-perken dat geen 'kettingreactie' optreedt en dus geen serie vloervelden bezwijkt'.Dit betekent dat in deze constructies twee wapeningssystemen aanwezig moeten zijn namelijkhet actieve wapeningssysteem (VZA) en een passief wapeningssysteem, op aanhechting ge-baseerde ongespannen wapening, dat in geval van wegvallen van de voorspanning in staatmoet zijn de taak hiervan over te nemen.In de nabeschouwing op de studiedag VZA (Cement nr. 8,1978, blz. 390) wordt onder meer deaandacht gevestigd op de mogelijkheid tussenverankeringen toe te passen, waardoor deschade bij bezwijken zou worden beperkt.EisenDe eisen waaraan een tussenverankering moet voldoen zijn:1. de taak van een eindverankering volledig overnemen;2. onbelemmerde doorgang verlenen aan het voorspanelement tijdens montage en spannen;3. geen extra wrijving veroorzaken tijdens het spannen;4. geschikt zijn voor alle VZA-systemen;5. eenvoudig van samenstelling;6. betrouwbaar en bedrijfszeker.Constructieve aspectenTussenverankeringen worden aangebracht boven de tussensteunpunten. Aan de hand vaneen voorbeeld zal het verschil in gedrag tussen een constructie zonder tussenverankeringenworden vergeleken met een constructie waarin deze voorzieningen wel zijn aangebracht.Hierbij moeten twee bezwijkmogelijkheden worden beschouwd namelijk:a. breuk van het voorspanelement ten gevolge van:? brand;? doorboren tijdens het aanbrengen van voorzieningen;? bijzondere invloeden genoemd in NEN 3850, art. 3 (TGB 1972);b. het bereiken van de breukstuik in het beton.VoorbeeldAls voorbeeld wordt beschouwd een betonconstructie met 6 gelijke velden, waarbij de over-spanning 6 m bedraagt en de steunpunten 1 tot en met 6 als rolopleggingen zijn uitgevoerd,terwijl steunpunt 7 een scharnieroplegging is.Naast het eigen gewicht wordt over de gehele lengte een gelijkmatig verdeelde belasting geacht85Figuur 1Figuur 2Figuur 3Cement XXXI (1979) nr. 2aanwezig te zijn. Veld 4 wordt zodanig belast, dat hier een bezwijktoestand heerst. Een derge-lijke constructie kan een verdiepingsvloer in een gebouw zijn, die rust opwanden en isaangeslo-ten op bij voorbeeld een stijve kern, zoals een liftkoker, trappenhuis, en dergelijke (fig. 1).Figuur 2 stelt de geschematiseerde constructie voor met de bijbehorende belasting- en mo-mentlijnen.Figuur 3 geeft de momentenlijnen weer, ontstaan na de herverdeling van de momenten door hetbezwijken van veld 4.L- 600 --.f-2.QO .-----t 600>t 600 L- 600 I- 600'"1 ., 'I '1,------- -~ '1:e.g.+n.b.IBREUKBELASTIN~i? ? ii . ?Ir 600 Ol 600"600 'l 6001......600Ol600 0('" '")1" )J )JS1 S2 S3 Sf. S5 56 576k?f' f" f~ f" M~ --=::::::::::;: --=::::::::::;: ~0.078 0.034 0043 0.043 0034 0.071\Van de constructie is nog het volgende gegeven:constructiehoogte 0,18 m;voorspanning: 7-draads strengen FeP 1860, middellijn 12,5 mm, A = 93 mm2, gemiddeldewerkvoorspanning 110 kNoDe verlenging, na verrekening van krimp, kruip enz. bedraagt 216 mmo De ontwikkelde lengtevan een voorspanelement per veld is 6,025 m; de totale lengte tussen de eindverankeringen be-draagt 6 x 6,025 m = 36,150 m.De gemiddelde werkvoorspankracht wordt over het gehele voorspanelement gelijk veronder-steld, zodat de verlenging per eenheid van lengte ?.1 ook gelijk is.Constructie zonder tussenverankeringen.Bezwijkmogelijkheid a: breuk voorspanelementen.De totale voorspanning valt weg; de aanwezige bijlegwapening, bepaald op grond van de eerdergenoemde belastingfactoren, moet nu het draagvermogen van de constructie leveren.Bezwijkmogelijkheid b: bereikel'l van de breukstuik E'bu = 3,5%0.Terwijl de betondrukzone bezwIjkt, verlengen de voorspanelementen waarbij de kracht in devoorspanelementen toeneemt. De toename van de voorspankracht met ?.P, is afhankelijk vande lengte van het voorspanelement en het aantal velden, begrensd door de verankeringen.De hoeveelheid bijlegwapening bepaalt het scheurpatroon dat in het veld en boven de steun-punten zal ontstaan, waarbij afhankelijk van het type, zachtstaal of ongespannen voorspan-strengen, vloeien kan optreden. Bij een klein percentage aan bijlegwapening ontstaat gecon-centreerde scheurvorming, terwijl een groot percentage met een meer verdeelde scheurvor-ming gepaard gaat (zie het artikel van ir.w.J.Copier in Cement nr. 8 blz. 356-365).In ieder geval moet het bezweken veld uit de constructie worden verwijderd. Tijdens het slopenvan de vloer uitdit voorbeeld zullen, onder invloed van de in de constructie aanwezige voorspan-kracht, de vloervelden 1tot en met3 zich met de steunpunten verplaatsen, naarde velden 5 en 6,die met een stijve kern verbonden zijn. Afname van die voorspankracht tot nul zal gepaard gaanmet verkorting van de voorspanelementen metde reeds genoemde 216 mmo Voordat dit stadiumbereikt is, zal het gebouw, door instabiel worden van de onder en boven de vloer gelegenwanden reeds ingestort zijn (fig. 4).Uit het voorgaande blijkt dat het, zonder afdoende maatregelen te nemen, gevaarlijk is eenbezweken constructiedeel zoals de vloer uit dit voorbeeld te slopen.86Figuur 4Figuur 5Cement XXXI (1979) nr. 2I r I II1 ~ J, ~ 1 1I I - ? I Itf J, IJ, IJ, If 216101101. ~ ~ ~I I I T600 600 . 600Constructie met tussenverankeringen.Bezwijkmogelijkheid a: breuk voorspanelementen.I-I,- ---- --1 I600 600 600'IDoor het in werking treden van de verankeringen boven de steunpunten 4 en 5 blijft de totalevoorspanning in de velden 1 tot en met 3 en de velden 5 en 6 aanwezig en daarmee het volledigedraagvermogen in die velden.Het systeem kan zo ontworpen worden dat met een minimale hoeveelheid bijlegwapening kanworden volstaan.Bezwijkmogelijkheid b: bereiken van de breukstuik E'bu = 3,5%0.Het gedrag van dergelijke constructies tijdens het bereiken van de breukstuik in het beton laatzich met de gangbare rekenregels op eenvoudige wijze voorspellen.Door het in werking treden van de verankeringen boven de steunpunten 4 en 5 blijven de vervor-mingen beperkt tot veld 4, het veld waarin de bezwijktoestand heerst. Daarbij komt dat detoenemende verlenging van de voorspanelementen niet over meerdere velden wordt verdeeld.Dit heeft een toename van de voorspankracht P tot gevolg waardoor op de hoeveelheid wape-ning kan worden bespaard.In ieder geval worden de naast het bezweken veld gelegen constructiedelen afdoende be-schermd, zodat voortgaande instorting niet kan optreden.Rekening houdend met het slopen van een bezweken veld zullen de gevolgen hiervan voor deoverige constructiedelen worden nagegaan.Bij het slopen zullen de voorspanelementen zich willen verkorten tot deze spanningsloos zijn.De ontwikkelde lengte van de voorspanelementen is 6025 - 6000 = 25 mm groter dan de over-spanning. Deze 'zeeg' zal verdwijnen, waardoor de voorspankracht met 25/36 x 110 = 76,4 kNvermindert. Om de voorspanning tot nul te laten afnemen moeten de voorspanelemen-ten zich alsnog met 36 - 25 mm = 11 mm verkorten. Deze verkorting moet worden ge-leverd door verplaatsing van de velden 1 tot en met 3 in de richting van de velden 5 en 6. Deondersteunende wanden zullen daardoor enigszins exentrisch worden belast.De toename van de exentriciteit met deze 11 mm zal nauwelijks van invloed zijn op de stabiliteitvan de constructie, zodat hiervoor geen extra voorzieningen behoeven te worden aangebracht.Het verwijderen van een bezweken veld uit de constructie is noodzakelijk, maar hoe moet datveld vervangen worden door een gelijkwaardige constructie?Wanneer een veld is bezweken door breuk van de voorspanelementen, kan het bezweken ge-deelte worden verwijderd en daarvoor in de plaats kan een nieuw veld worden aangebracht.Hiervoor kan normaal gewapend beton of een ander materiaal worden gebruikt (fig. 5).... - ,. ...----~I I-11-:'_____-_----y~:::~)P~':'..E~~r~- - - - - - - - - - -SI. SSWanneer een veld is bezweken door het bereiken van de breukstuik E'bu = 3,5%0, zullen na hetslopen van het veld de voorspanelementen moeten worden ge?nspecteerd en beschadigingenaan de omhullingen worden hersteld. Eventueel worden de omhullingen verwijderd evenals hetvet, als dit voor beton schadelijke bestanddelen bevat.Nu wordt tussen de in tact gebleven velden 3 en 5 een stempeling aangebracht met daartussenwerkruimte voor het herstellen van het bezweken veld. In de stempelingen worden vijzels opge-nomen die gekoppeld moeten zijn om de voorspanning gelijkmatig over de nieuwe constructie teverdelen.De velden 3 en 5 worden nu zover uit elkaar gedrukt dat de oorspronkelijke verlenging van 11mm in de voorspanelementen weer aanwezig is, vermeerderd met een lengte voor de krimp enkruip van het te vervangen constructiedeel. Vervolgens kan de bekisting worden aangebracht.Met de krachten K worden de voorspanelementen na'ar beneden getrokken totdat het oorspron-kelijke verloop daarvan zoveel mogelijk wordt benaderd. Daarbij verlengen de voorspanele-menten met 25 mmo Hierbij neemt de voorspankracht toe tot 110 kN, vermeerderd metde krachtter compensatie van de te verwachten krimp- en kruipverliezen.87Figuur 61e fase: aanbrengen stempeling;gedeeltelijk spannen voorspanelementen2e fase: aanbrengen bekisting; aanbrengenkrachten K; storten beton; aflaten van eengedeelte van de voorspanning tercompensatie van krimp en kruip3e fase: na verharding wegnemen van dekrachten K; aflaten vijzels en voorspanningoverbrengen op de vloer; verwijderenhorizontale stempeling; verwijderen van debekisting4e fase: verwijderen verticale stempeling;dichten sparingenCement XXXI (1979) nr. 2Vervolgens wordt de betonspecie aangebracht en zodra deze voldoende verhard is, kan hetdeel van de voorspanning bestemd voor het compenseren van de krimp en kruip op de construc-tie worden overgebracht.Na voldoende verharding worden de krachten K verwijderd. Daarna wordt door het aflaten vande vijzels de totale voorspanning weer op de constructie overgebracht. De bekisting kan wordenverwijderd evenals de stempelconstructie. Nadat de sparingen voor de stempels zijn gedicht, iseen constructie verkregen die gelijkwaardig is aan die voor het intreden van de bezwijktoestand.Ter verduidelijking zijn de verschillende stadia van herstel in figuur 6 aangegeven. Het herstel-len en vervangen van een bezweken veld is goed mogelijk en op vrij eenvoudige wijze uit tevoeren.- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - lf