Moderne constructies en openingen in betonliggers

SupportCenter.LocalizedArticle
In moderne bouwconstructies worden vaak openingen in balken van gewapend beton aangebracht voor de doorgang van nutsleidingen en buizen. Deze leidingen zijn o.a. nodig voor watervoorziening, elektriciteit, telefoon en computernetwerken.

Deze kanalen en leidingen worden meestal onder de koof van de liggers geplaatst en om esthetische redenen afgedekt met een verlaagd plafond, waardoor een dode ruimte ontstaat. Op elke verdieping draagt de hoogte van deze dode ruimte bij aan de totale hoogte van het gebouw, afhankelijk van het aantal en de diepte van de kanalen.

Daarom stellen de lijfopeningen de ontwerper in staat om de hoogte van de constructie te verminderen, vooral voor hogere bouwconstructies en een effectiever economisch ontwerp.

Spannings concentratie

De spanningsconcentratie wordt waargenomen in de buurt van de geometrische onregelmatigheden als een abrupt change of the section of de openingen. De openingen zorgen voor een lokale toename van de nominale spanning. Het resultaat is een ongelijke spanningsstroom langs de doorsnede. De verhouding tussen de maximale en de nominale spanning wordt de spanningsconcentratiefactor genoemd. De factor is afhankelijk van de positie van de last en de geometrie van de inkeping. De waarden werden vroeger uit de experimenten achterhaald. Tegenwoordig gebruiken we FEA om de factor stressconcentratie te achterhalen.

Spanningsconcentratie in beton rond een opening in IDEA BEAM

Kleine vs. grote openingen in betonliggers

Kleine openingen

Openingen worden geclassificeerd als klein of groot en de beste positie van de opening wordt bepaald op basis van de grootte. Lijfopeningen kunnen verschillende vormen aannemen, zoals cirkelvormig, rechthoekig, ruitvormig, driehoekig, trapeziumvormig en zelfs onregelmatige vormen. Ronde en rechthoekige openingen zijn echter de meest voorkomende.

Openingen kunnen als groot worden beschouwd als hun diameter groter is dan 0,25 keer de diepte van het lijf. Als de opening klein genoeg is om het gedrag van het staaftype te behouden (met andere woorden, als de gebruikelijke staaftheorie van toepassing is), dan kan de opening als klein worden bestempeld.

Als het draagmechanisme voor het zuiver buigen van de balk niet wordt veranderd door de opening, wordt de buiging aan de uiterste limiet niet beïnvloed.

Invloed van kleine openingen in betonliggers in IDEA StatiCa

Spanning in beton en spanning in wapeningsstaven voor één opening in het midden van de overspanning.

Op basis van de elasticiteitstheorie wordt de maximale schuifspanning bereikt rond het midden van de doorsnede. Vanwege de niet-lineaire oplossing kan CSFM (Compatible stress field method) worden waargenomen in de herverdeling van de spanning naar de zone waar voldoende energie voor het overbrengen van de belasting aanwezig is. Dit betekent dat de openingen in de buurt van de steunpunten meer invloed hebben op het draagvermogen dan de openingen in het midden van de overspanning waar het maximale buigmoment werkzaam is.

Invloed van kleine openingen in betonliggers in het midden en bij de opleggingen in IDEA BEAM

Spanning in beton en spanning in wapeningsstaven voor drie openingen in de kritische secties voor buiging en afschuiving

Grote openingen

De aanwezigheid van grote openingen in liggers van gewapend beton vereist speciale aandacht in de analyse- en ontwerpfase vanwege de vermindering van zowel sterkte als stijfheid van de balk en overmatige scheuren bij de opening als gevolg van hoge spanningsconcentratie. In de praktijk bevinden openingen zich nabij de steunen waar afschuiving overheerst.

Experimenten hebben aangetoond dat een ligger met onvoldoende wapening en onjuiste detaillering rond het openingsgebied voortijdig op een brosse manier bezwijkt. Het is duidelijk dat het faalmechanisme uit vier scharnieren bestaat, één aan elk uiteinde van de boven- en onderkoorden.

De experimentele waarnemingen van de uiteindelijke faalwijze ontwikkelden een analysemethode voor het voorspellen van de uiterste sterkte van een ligger met een grote rechthoekige opening. Deze is gebaseerd op de analyse van de instortingsbelasting waarin gelijktijdig aan de basisvereisten van evenwicht, vloeien wordt voldaan.

Doorbuigin en scheuren van een betonligger met grote opening

Plastische scharnieren en scheuren in de buurt van de plastisch scharnieren

Net zoals bij een ligger met kleine openingen, heeft de toepassing van een grote opening in de zuivere buigzone van een ligger geen invloed op de momentcapaciteit, op voorwaarde dat de diepte van het uiterste drukspanningsblok kleiner is dan of gelijk is aan de diepte van de drukkoord. en dat falen t.g.v. instabiliteit van het drukkoord wordt voorkomen door de lengte van de opening te beperken, die nauwkeurig moet worden geanalyseerd.

Knikvorm en knikfactor van de stabiliteit van de betonligger in IDEA BEAM

Knik berekening, de eerste knikmodus, en kritische factor

Samenvatting

De moderne wereld verlangt naar transparante, lange en slanke constructies die voordelen opleveren vanuit economisch maar ook vanuit ecologisch oogpunt. Een duidelijk begrip van het faalmechanisme en het voorkomen ervan vormt de essentie van constructies. Daarnaast bespaart het ook de constructieve hoogte voor de kanalen en leidingen of andere voorzieningen.

De CSFM-berekeningsmethode die wordt gebruikt om dit soort constructies te analyseren, is grondig getest en geverifieerd. Lees meer over verifications of structural elements of duik diep in onze Theoretical background for verification according to Eurocode

CSFM is een transparante methode die de constructeur controle geeft over het gedrag van de constructie. Kijk voor meer informatie over de methode en de toepassing ervan op ons webinar over Reinforced concrete design via CSFM.

Probeer gratis 

Voelt u zich vrij om CSFM en het gebruik ervan voor de berekening van scheuren in betonconstructies zelf te valideren. Probeer onze nieuwste versie van IDEA StatiCa Concrete 14 dagen gratis. En laat ons zeker uw feedback weten! We zijn altijd benieuwd naar uw ervaringen.

Geef ons feedback. Was dit artikel nuttig?