Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 63 Het bevestigen van staalconstructies aan beton komt in de dagelijkse praktijk zoveel voor dat bijna iedere construc- teur er wel eens mee te maken krijgt. Voor het maken van de verbinding kan hij ankers toepassen en vervolgens kan het verbindingsdetail worden uitgewerkt met de bepalin- gen in de CUR-Aanbeveling 25 [1] of met artikel 9.16 van de VBC 1995 [2]. Als onderscheid tussen deze twee metho- den wordt wel het verschil genoemd tussen respectievelijk een kort ingestort of achteraf aangebracht anker en een lang, ingestort anker. Maar in hoeverre is dit onderscheid eigenlijk echt aanwezig, waar zitten de verschillen in bena- deringswijze en in hoeverre sluiten beide methoden op elkaar aan? Om daar enig inzicht in te krijgen, zijn de methoden met elkaar vergeleken en is ook gekeken naar hetgeen als basis is gebruikt voor de bepalingen in beide documenten. Het inboren van stekwapening komt ook steeds meer in de belangstelling. Aandacht wordt daarom ook besteed aan het verschil tussen lange ingelijmde stek- wapening en korte lijmankers. Voor de berekening van een verbinding met ankers in beton moet zowel worden gekeken naar de sterkte van de ankers zelf - 'staalbreuk' - als naar bezwijken van beton. Voor korte ankers zijn in CUR-Aanbeveling 25 de te onderscheiden mechanismen benoemd en is aangegeven hoe de capaciteit voor de verschillende mechanismen moet worden bepaald. Onderscheid wordt gemaakt tussen bezwijken op trek en bezwij- ken op afschuiving, waarbij voor betonbezwijken onder meer de mechanismen betonkegelbreuk, splij- ten en betonrandbreuk worden genoemd (fig. 1 ). Ook in VBC-art. 9.16 wordt het onderwerp ankers behandeld. Voor betonbezwijken is één berekening opgenomen onder de titel 'splijten van het beton'. Kijkend naar de bezwijkmechanismen voor korte ankers, is de vraag wat in de VBC met splijten wordt bedoeld. Komt dat overeen met het splijten volgens de CUR-Aanbeveling of zijn daarin verschillende bezwijkmechanismen tezamen genomen? Om daar een antwoord op te krijgen, moet terug worden gegaan naar het onderzoek dat als basis heeft gediend voor deze bepalingen. Dan komen we terecht bij onderzoek dat in de jaren zestig van de vorige eeuw is uitgevoerd en is vastgelegd in SBR- rapport 29[3]. Mede omdat de auteurs van dit artikel in de dagelijkse praktijk nogal eens worden bena- derd met vragen over de consequenties van een niet volgens VBC-art. 9.16.4 toegepaste ophangwape- ning, is dit SBR-rapport er nog eens op nageslagen. Lange of korte ankers CUR-Aanbeveling 25is van toepassing voor korte ankers, waarbij veelal de ankerlengte ongeveer 10 maal de diameter is. Als arbitraire grens tussen lange en korte ankers is 20 maal de diameter genoemd. Met lange ankers worden daarbij de ankers bedoeld waarvoor VBC-art. 9.16 van toepassing is. Met betrek- king tot het onderscheid tussen lange en korte ankers is het verschil genoemd tussen respectievelijk de 'gewapend-betontechniek' (vloeien van wapening is maatgevend) en de 'bevestigingstechniek' (betonbe- zwijken mag maatgevend zijn). Maar, leidt toepas- sing van art. 9.16 altijd tot een lang anker? Het ant- woord is dat, hoewel dat in de praktijk veelal zo niet zal worden toegepast, met de VBC-bepalingen als uitgangspunt ook de capaciteit van een kort anker in de vorm van een wapeningsstaaf kan worden bere- kend. Ankers lang of kort, waar zitten de verschillen? prof.dr.ir. D.A. Hordijk, Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V. enTU-Eindhoven, afdeling Bouwkunde ir. M.W.F. Vullings, TNO Bouw 1 |Bezwijkmechanismen voor trek (links) en afschuiving (rechts) volgens CUR-Aanbeveling 25 [1] Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 64 Voor de verankering op aanhechting moet de veran- keringslengte worden berekend overeenkomstig de verankeringslengte voor betonstaal volgens art. 9.6. Afhankelijk van de rekenwaarde van de optredende normaal- en afschuifkracht mag deze worden gere- duceerd volgens: ?(N d2+ 0,5 V d2) l vr? ______________ l v? 70 mm en ? 6Ø k (1) A s fs Dit betekent dat, als de optredende krachten ten opzichte van de capaciteit maar klein genoeg zijn, het anker ook kort kan zijn. Als echter de veranke- ringslengte wordt afgestemd op de capaciteit van de wapeningsstaaf, c.q. het anker, dan is de veranke- ringslengte gelijk aan de basisverankeringslengte volgens 9.6en varieert deze voor FeB 500van 35Ø k voor C12/15 tot 17Ø kvoor C53/65 bij een betondek- king groter dan of gelijk aan 4 maal de staafdiame- ter. Hoewel voor het onderscheid tussen de VBC 1995 en CUR Aanbeveling 25 het verschil tussen kort en lang dus eigenlijk niet op lijkt te gaan, is er nog steeds wel sprake van het verschil tussen gewapend-beton- techniek en bevestigingstechniek. Bij een veranke- ring volgens de VBC is de dimensionering zodanig dat betonbezwijken niet maatgevend is, terwijl in de bevestigingstechniek betonbezwijken, bijvoorbeeld het uitbreken van een kegel (foto 2), rekentechnisch wel het maatgevende bezwijkmechanisme mag zijn. Dit geldt voor een anker ver verwijderd van randen van het betonelement en andere ankers. Voor een op afschuiving belast anker bij een rand is in de VBC 1995 betonbezwijken ('splijten') wél meegenomen, maar daarover later meer. Op trek belast anker De krachtsoverdracht van een ingestorte rechte ankerstaaf (wapeningsstaaf of draadeind) is anders dan van een ingestort boutanker of van een spreid- anker. Daar waar bij het ingestorte rechte anker de kracht via aanhechtspanningen wordt overgedragen, wordt bij het boutanker de kracht overgebracht door drukspanningen ter plaatse van de boutkop en bij het spreidanker via wrijving ter plaatse van het spreidlichaam (fig. 3). Bij een lijmanker heeft de krachtsoverdracht ook plaats via aanhechting. Met enkele verkennende berekeningen is nagegaan in hoeverre er verschillen zijn in de aan te houden capaciteit voor verschillende ankers. Daarbij is in eerste instantie gekeken naar de capaciteit onder trek als functie van de verankeringsdiepte, waarbij de invloed van randen van het betonelement en andere ankers nog niet is meegenomen. Omdat het doel van de uitgevoerde berekeningen is om verschillen in sterkte voor betonbezwijken te vergelijken, is voor de sterkte voor staalbezwijken één en dezelfde waarde aangehouden. In [4] en [5] is al aandacht besteed aan verschillen in sterkte voor de ankers als deze volgens verschillende normen worden bepaald. Overigens is in het navolgend getoonde voorbeeld staalbreuk bij het boutanker ook bij grotere plaat- singsdiepte niet maatgevend, omdat de capaciteit voor het bezwijkmechanisme 'uittrekken' geringer is dan die voor 'staalbreuk'. In figuur 4 is de rekenwaarde van de maximale trek- kracht als functie van de ankerlengte weergegeven voor een op trek belast anker volgens VBC-art. 9.16 en voor een ingestort boutanker volgens CUR-Aan- beveling 25. De waarden gelden voor ankers waarbij er geen enkele invloed van andere ankers of randen 3 |Mechanisme van krachts- overdracht bij een anker op trek belast aanhechtingsspanning lvr ef rechte ankerstaafboutanker ef spreidanker h h N N N 2 |Uitgebroken betonkegel Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 65 van het betonelement is. Zoals ook in figuur 1 is te zien, moeten voor deze situatie de bezwijkmecha- nismen 'staalbreuk', 'uittrekken' en 'betonkegel- breuk' worden beschouwd. Met het doel voor de sterkte voor het bezwijkmechanisme 'uittrekken' een hoge waarde te bereiken, is uitgegaan van beton- sterkteklasse B 65 en ongescheurd beton. Voor beide ankers is verder uitgegaan van een diameter van 16 mm. Voor de sterkte van het anker zelf is op basis van f s= 435 N/ m m 2een rekenwaarde van 87,5 kN aangehouden. Voor de rechte ankerstaaf is de basis- verankeringslengte (geribd staal) gelijk aan 267 mm (= 17Ø k). Met formule (1), waarin l vgelijk is aan de basisverankeringslengte, is bepaald welke trek- krachten N dbij de verschillende waarden van l v worden gevonden als de afschuifkracht V dgelijk is aan nul. Voor de karakteristieke sterkte van inge- storte boutankers en spreidankers voor het bezwijk- mechanisme 'betonkegelbreuk' (uittrekken van een betonkegel), is in CUR-Aanbeveling 25 aangegeven: N Rk,c = k 1f'ck 0,5 hef1,5 (2) Hierin is h efde afstand van het betonoppervlak tot de bovenzijde van de kop van het anker of de plaats waar het spreidanker via wigwerking de kracht over- brengt. Volledigheidshalve wordt opgemerkt dat in deze vergelijking de totale lengte van deze ankers enigszins groter is dan l vvan de rechte staaf (zie fig. 3). Voor k 1 wordt voor ingestorte boutankers 8,3 N 0,5/mm 0,5 aangehouden [1]. De rekenwaarde voor betonkegelbreuk in figuur 4 wordt verkregen door de karakteristieke waarde te vermenigvuldigen met een factor ?ucr,N = 1,4 (uitgegaan van niet- gescheurd beton) en te delen door een materiaalfac- tor ?Mc= 1,8. Voor spreidankers zal de producent de capaciteit op basis van experimenten kunnen aan- geven. Als richtwaarde is in CUR-Aanbeveling 25 voor spreidankers k 1= 6,9 N 0,5/mm 0,5aangegeven. Voor het bezwijkmechanisme 'uittrekken' moet bij het ingestorte boutanker worden gecontroleerd of de drukspanning boven de ankerkop (fig. 3) niet te groot wordt. Omdat ter plaatse een meerassige drukspan- ningstoestand heerst, mag bij niet-gescheurd beton de spanning ter plaatse gelijk zijn aan 9 maal de karakteristieke druksterkte van het beton [1]. Voor het boutanker is de rekenwaarde van de maximale trekkracht afhankelijk van de afmetingen van de ankerkop en de betonsterkteklasse. In de berekening is voor de diameter van de ankerkop 24mm aange- houden. Bij een grotere diameter van de ankerkop, neemt de capaciteit voor uittrekken toe. Bij een lagere betonsterkteklasse en als wordt uitgegaan van gescheurd beton, hetgeen in de praktijk veelal van toepassing zal zijn, neemt de sterkte af. Bij spreid- ankers wordt de sterkte behorend bij uittrekken met experimenten bepaald en in de Europese technische goedkeuring (ETA) voor het anker aangegeven. In figuur 4 is te zien dat bij ankerlengten waarbij betonkegelbreuk maatgevend is voor de sterkte, de capaciteit van het boutanker volgens CUR-Aanbeve- ling 25groter is dan van een rechte ingestorte wape- ningsstaaf volgens de VBC 1995. Dit verschil is niet alleen een gevolg van een verschil in krachtsover- dracht (fig. 3), maar heeft met name ook te maken met de verschillende achtergrond in de bepaling van de capaciteit van de ankers. Daar waar korte ankers worden toegepast op relatief grote afstand van beton- randen, ligt de wapening in op buiging belaste con- structies juist zo ver mogelijk naar buiten en daarmee dicht bij een rand. De randafstand is gelijk aan de vereiste betondekking plus de diameter van de beugelwapening. De formules voor de veranke- ringslengte zijn ook bepaald op basis van proeven, waarbij de wapeningsstaven zich in een vergelijk- bare situatie als in een op buiging belaste betoncon- structie bevonden [5]. In de proeven (fig. 5) zijn wape- ningsstaven in een hoek beproefd, waarbij ook beugels zijn toegepast. In deze proeven werd de maximale kracht bepaald door breuk of slip van de staaf of splijten van de betondekking. In de maximale trekkracht voor de rechte ankerstaaf in figuur 5 is de invloed van randen dus ook al mee- genomen. Maar tegelijkertijd is ook de invloed van de beugelwapening in de resultaten aanwezig. Dit betekent dat een kort anker, berekend volgens de VBC 1995 op de wijze zoals voorgaand geschetst en geplaatst bij een betonrand (bijvoorbeeld op een afstand van 4Ø k), feitelijk alleen geldt als ook beu- gelwapening aanwezig is. Maar bij de korte ankers is dat eigenlijk niet anders. Voor hetzelfde boutan- ker als in figuur 4, is in figuur 6te zien wat de capa- 4 |Maximale trekkracht als functie van de anker- lengte; geen invloed van andere ankers of beton- randen beton: C53/65 anker: M16 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 VBC 1995 : rechte ankerstaaf CUR 25: boutanker (niet-gescheurd beton) uittrekken betonkegelbreuk staalbreuk slip staaf of splijten betondekking ankerlengte (mm) max. treksterkte N (kN) d Steunplaat aangebracht recht onder trekstaaf. Horizontaal draaien van proefblok wordt hierdoor tegengegaan. Deze staaf wordt bij volgende proef gebruikt. b p=a hp a a a h d d l' l ' l ' l ' l ' l l ' = l + 2 5d 1 / 8 1/ 2 1 / 4 1 / 4 1 / 4 1 / 8 proefstaaf langsstrip langsstrip 5|Principe van de proeven waarmee de benodigde verankeringslengte voor wapeningsstaven is vast- gesteld [5] Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 66 citeit is als deze zich bij een rand of in een hoek bevindt, met een randafstand gelijk aan 4Ø k. Voor deze situaties moeten echter ook de bezwijkmecha- nismen 'splijten' en 'zijdelings uitbreken' worden beschouwd. Omdat de sterkte voor splijten nog niet goed kan worden voorspeld, is dit in CUR-Aanbeve- ling 25nog niet gedetailleerd uitgewerkt. Aangege- ven is bij welke minimale rand- en ankerafstanden splijten niet maatgevend zal zijn. Slechts ter illu- stratie is in figuur 6 getoond wat het verschil in maxi- male trekkracht is van een wapeningsstaaf en een boutanker, geplaatst op een afstand gelijk aan 4Ø k waarbij dus 'splijten' niet in beschouwing is genomen. De getoonde capaciteit voor de boutankers met de geringe randafstand kan dus alleen worden verkregen als door wapening splijten wordt voorko- men. In figuur 6geldt de lijn voor de rechte ankerstaaf voor een dekking groter dan of gelijk aan 4 maal de staaf- diameter. Voor kleinere waarden van de dekking neemt de capaciteit lineair af [2]. Bij de boutankers en spreidankers leiden randen van het betonelement tot een reductie in de capaciteit voor betonkegelbreuk als deze zich op een afstand kleiner dan 1,5h efvan de rand bevinden. Bij h ef /d = 10 komt dit overeen met een randafstand van 15 maal de staafdiameter. Naast de verankeringslengte, c.q. verankeringsdiepte, is ook de betonsterkteklasse van invloed op de maxi- male trekkracht van het anker. In zowel de VBC als in CUR-Aanbeveling 25 is de maximale trekkracht een functie van de wortel uit de druksterkte van het beton. Vanwege de vergelijkbare wijze van krachtsoverdracht via aanhechting is de vergelijking van een ingestorte wapeningsstaaf met een lijmanker eigenlijk veel meer op zijn plaats dan een vergelijking met een boutan- ker. Bij een lijmanker zijn er feitelijk twee oppervlak- ken waarlangs de krachtsoverdracht moet plaatsheb- ben. Dat is allereerst van de ankerstaaf naar de lijm en vervolgens van de lijm naar het omringende beton. In tegenstelling tot boutankers en spreidankers, waar de effectieve diepte en de betonsterkteklasse de maxi- male trekkracht voor betonkegelbreuk bepalen, is een directe vergelijking bij lijmankers moeilijker, omdat de sterkte afhankelijk is van de lijm, het boorgatop- pervlak en de mate waarin deze is schoongemaakt. Daarom wordt slechts een globale vergelijking uitge- voerd. Uitgaande van de rekenwaarde voor de maximale trek- kracht N dvan de ingestorte rechte staaf volgens de VBC 1995 (fig. 4) en de bijbehorende verankerings- lengte l vrkan een bijbehorende rekenwaarde voor de gemiddelde schuifspanning worden berekend met: N d ?d= ________ (3) ?lvrd Voor een betondekking groter dan of gelijk aan 4Ø k wordt dan een schuifspanning ?d = 6,5 N/ m m 2 gevonden. In het geval van betonsterkteklasse C20/ 25 is de schuifspanning 4 ,0 N/ m m 2 .Zoals voorgaand al is toegelicht, is dit afgeleid voor wape- ningsstaven in de hoek van een betonelement, waarbij ook beugels aanwezig zijn. Voor een ver- gelijking met experimentele resultaten voor lijm- ankers, worden in figuur 7gemiddelde gemeten schuifspanningen weergegeven, zoals die door Cook van de universiteit van Florida [6 ] voor een groot aantal verschillende lijmankersoorten zijn gerapporteerd. De gemiddelde druksterkte van het beton tijdens beproeven was ongeveer 35 N/ m m 2. Cook maakt onderscheid tussen 'adhesive' en 'grouted' ankers, waarbij het primaire verschil is dat bij de laatste een fijn toeslagmateriaal (bijvoorbeeld fijn zand) wordt toegepast. Bij de 'adhesive' ankers is de boorgatdiameter veelal 10 tot 25% groter dan de diameter van de wapeningsstaaf of het draa- deind. Bij 'grouted' ankers is de boorgatdiameter minimaal 1,5 maal de staafdiameter en het einde van de staaf kan worden voorzien van een 'kop' door een boutanker te gebruiken of een draadeind te voorzien van een moer. Voor beide lijm- ankersoorten kunnen zowel kunstharsen (bijv. epoxy) als cementgebonden lijmen worden gebruikt. De resultaten voor de 'grouted' ankers in 6 |Invloed van randen van het betonelement op de maximale trekkracht van boutankers (alleen 'betonkegelbreuk',' uit- trekken' en 'staalbreuk' beschouwd) 7 |Gemiddelde waarden voor de schuifspanning, zoals gevonden voor lijmankers [6] 12,4 16,1 11,4 15,6 12,3 19,6 18,2 3,1 5,5 11,215,3 10,0 15,9 11,2 17,1 13,9 17,7 2,3 11,4 14,5 20,020,3 7,3 21,0 20,9 15,9 17,8 19,8 17,8 0 5 10 15 20 25 ABCDE FGHJ J KLMNOPQRS T 123456789 t ype lijm gemiddelde schuifspanning (N/mm ) adhesive: ? gemiddeld = 12,7 N/mm 2 grouted: ? gemiddeld = 17,9 N/mm 2 2 beton: C53/65 anker: M16 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 ankerlengte (mm) max. treksterkte N (kN) VBC 1995: rechte ankerstaaf CUR 25: boutanker (niet-gescheurd beton) geen randen 1 rand op 4d in hoek met randen op 4 d d Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 67 figuur 7behoren bij rechte ankerstaven (geen kop), waarbij voor de proevenseries 1 tot en met 6een cementgebonden lijm is gebruikt [7 ]. De resultaten in figuur 7zijn verkregen in proeven, waarbij het boorgat droog en goed schoongemaakt is. De grote verschillen tussen de producten die zijn onderzocht, maken duidelijk dat voor lijmankers geldt dat de aan te houden rekenwaarde voor de schuifspanning moet worden bepaald volgens een goedkeuringsprocedure. In Europa is daarvoor deel 5 van de ETAG voor metalen ankers in beton [ 8] van toepassing. Voor de proefresultaten in figuur 7 varieerde de varia- tiecoëfficiënt tussen 5 en 25% [6 ]. Indien, slechts ter indicatie, wordt uitgegaan van een gemiddelde schuif- spanning van 12, 7N/ m m 2, een variatiecoëfficiënt van 15% en oneindig veel proeven, wordt voor de karak- teristieke schuifspanning de waarde 9 ,6 N/ m m 2 gevonden. Met een partiële veiligheidsfactor voor beton gelijk aan ?Mc= ?1? ?2= 1,8 ? 1,4 = 2,52 [1 ] wordt een rekenwaarde voor de aan te houden gemiddelde schuifspanning van 3 ,8 N/ m m 2gevonden. Volledig- heidshalve wordt er nogmaals op gewezen dat de eigenschappen van lijmankers zeer sterk kunnen ver- schillen en in een Europese Goedkeuring (ETA) op basis van [8 ] de producteigenschappen staan vermeld alsmede de aan te houden installatiefactor ?2, waar- voor hier 1 ,4 is aangehouden. De afgeleide rekenwaarde voor de gemiddelde schuif- spanning (3 ,8 N/ m m 2) bij lijmankers is ongeveer gelijk aan de afgeleide rekenwaarde voor de schuif- spanning (4 ,0 N/ m m 2) van de ingestorte wapenings- staaf in beton met dezelfde sterkteklasse en met een dekking gelijk aan 4 Ø k. De invloed van betonranden op de maximale trekkracht van het anker is bij lij- mankers geringer dan bij spreidankers en ingestorte boutankers. Voor de randafstand waarbij bij lijman- kers de trekcapaciteit wordt beïnvloed is in CUR-Aan- beveling 25 1,0h efaangegeven. Voor een randafstand gelijk aan 4 Ø kgeldt evenals bij de ingestorte boutan- kers dat de maximale trekkracht, en dus de gemid- delde schuifspanning, geringer is dan in het geval van geen randinvloed en voorzieningen moeten worden getroffen om splijten te voorkomen. Voorgaand zijn slechts ter illustratie de resultaten van een aantal vergelijkingen tussen een veranke- ring met korte ankers en verankering volgens de gewapend-betontechniek getoond. Het door inlij- men van wapeningsstaven doorkoppelen van beton- constructies is sinds een aantal jaren ook onderwerp van studie [9,10,11]. Daarbij wordt onderscheid gemaakt tussen de situaties met of zonder aanslui- tende wapening (fig. 8). Indien geen aansluitende wapening in het betonelement aanwezig is, moet, evenals bij korte lijmankers, de ingeleide kracht via het beton verder worden afgevoerd en wordt de trek- sterkte van het beton aangesproken. Bezwijken door het uittrekken van het anker of door betonkegelbreuk kan optreden. De situatie van figuur 8a komt overeen met overlappingslassen in gewapend beton (VBC- art. 9.8). De ingeleide kracht wordt via drukstaafjes naar de in het element aanwezige wapening overge- bracht en de treksterkte van het beton wordt slechts lokaal aangesproken [9]. Als met de ingelijmde wape- ningsstaven de stijfheid vergelijkbaar is met en de sterkte niet minder is dan van ingestorte wape- ningsstaven, kunnen de bepalingen voor overlap- pingslassen voor gewapend beton worden aange- houden. Uitzonderingen moeten worden gemaakt voor minimale dekking (toeslag in verband met mogelijk niet exact parallel aan betonoppervlak boren), minimale verankeringslengte en verhoogde temperaturen [9,11]. Anker op afschuiving bij betonrand Het tweede onderdeel waarop een vergelijking tussen enerzijds de bepalingen in de VBC en ander- zijds de CUR-Aanbeveling 25 is gemaakt, betreft een op afschuiving belaste ankerverbinding die zich nabij een rand bevindt. Zoals voorgaand is vermeld, wordt hiervoor in de VBC 1995 aangegeven wanneer maatregelen in de vorm van ophangwapening en eventueel wapening voor de samenhang, genomen moeten worden. De basis hiervoor is de berekening van de splijtkracht N splvolgens: 1,8 f b Nspl= _____________ (4) 111 _ + _ + _ s h 2 sv2 la 2 waarbij f bde rekenwaarde van de betontreksterkte en l ade ankerlengte is. De afstanden s hen s vzijn afhan- kelijk van de ankerplaatsing [ 2]. Experimenten die ongeveer 35jaar geleden zijn uitgevoerd door het toenmalige TNO IBBC en ook vastgelegd in [3 ] zijn gebruikt voor de afleiding van deze bepalingen in de VBC 1995. Het betreft een groot aantal proeven, waarbij veel parameters zijn gevarieerd. De op afschuiving belaste ankers met een diameter varië- F F F F F F 8|Ingelijmde wapenings- staven met (links) en zonder aansluitende wapening [11] Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 68 rend van 3 tot 6mm, zijn uitgevoerd op kleine beton- plaatjes (300 x 200 mm 2met een dikte van 40 of 80 mm) vervaardigd van zogenoemd microbeton. Bij de meeste proeven was het anker aan de achterzijde van de plaat voorzien van een moer. Zonder in detail op deze schaalproeven in te gaan, kan worden gesteld dat: ? splijten in dit rapport [2 ] wordt gebruikt voor bezwijkmechanismen die in figuur 1 worden aan- geduid met zowel splijten als betonrandbreuk; ? in de proefresultaten een relatief grote spreiding was waar te nemen, hetgeen met name geldt voor kleine relatieve randafstanden (verhouding randaf- stand/wanddikte tussen 0 ,5 en 1 ,0 ); ? de invloed van de dikte van het betonelement in relatie tot de lengte van het anker niet is onderzocht. Hoewel met de uitgevoerde proeven het effect van een groot aantal variabelen is onderzocht, zullen in de huidige praktijk de afgeleide bepalingen vaak worden toegepast voor constructiedetails die zeer veel kunnen afwijken van de experimenteel onder- zochte situatie. Ook CUR-Aanbeveling 25 geeft aan hoe de capaci- teit van een op afschuiving belast anker moet worden berekend. Zoals in figuur 1 is te zien, wordt splijten bij een pure afschuifbelasting niet als bezwijkme- chanisme onderkend. Het feit dat voor diverse proeven in [3] wel een dergelijk bezwijkbeeld is gerapporteerd, kan mogelijk worden verklaard door de zeer kleine proefstukafmetingen en het feit dat in een aantal gevallen een gecombineerde trek- en afschuifbelasting is aangebracht. Indien een niet te kort anker op afschuiving wordt belast terwijl beton- randen ver verwijderd zijn, is in de uiterste grens- toestand staalbreuk maatgevend. Overigens zal bij een aanzienlijk geringere belasting al een schilfer van het betonoppervlak afgedrukt kunnen worden (fig. 9), waardoor de sterkte in de UGT wordt bereikt bij aanzienlijke verplaatsingen en ankervervormin- gen [12]. Voor een oriënterende vergelijking van de bepalin- gen in de VBC 1995 en de CUR-Aanbeveling 25 is gekeken naar een anker Ø16 mm dat is geplaatst in beton B 35. Voor een dikte van het betonelement gelijk aan 300 mm en een ankerlengte van 160 mm is met de rode lijn in figuur 10aangegeven bij welke afschuifkracht volgens de VBC ophangwapening aangebracht moet worden. Bij een randafstand van 500 mm moet bijvoorbeeld ophangwapening worden aangebracht in het geval van een pure afschuifkracht groter dan 30 kN. De berekende splijt- kracht N splis gelijk aan twee maal deze waarde, dus 60 kN, hetgeen betekent dat bij de aanwezigheid van ophangwapening een afschuifkracht van 60 kN toe- laatbaar is. Als er ook wapening wordt aangebracht voor het garanderen van de samenhang, is zelfs een hogere waarde toelaatbaar, met als maximum 61,8 kN (staalbreuk: art. 9.16.2). In figuur 10 is ook het resultaat van een berekening volgens 8.2 .2 van CUR-Aanbeveling 25weergege- ven. Hierbij is uitgegaan van gescheurd beton zonder randwapening of beugels. Ter plaatse van het plateau in de grafiek is staalbreuk maatgevend. Evenals bij de berekeningen voor trek is hierbij voor zowel de berekening volgens CUR-Aanbeveling 25 als volgens de VBC één en dezelfde waarde aange- houden. In dit geval is dat de waarde die behoort bij sterkteklasse 8 .8 van staal volgens de CUR-Aan- beveling 25. Bij de kleinere randafstanden is beton- randbreuk bepalend voor de sterkte. Bij een randafstand gelijk aan 200mm beslaat het geï- dealiseerde uitbreekgedeelte (fig. 10) [1 ] precies de volledige elementdikte, zodat bij grotere randaf- standen de elementdikte een reducerend effect heeft op de grootte van de uitbreekkegel en daarmee 0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 700 randafstand c , s (mm) 1v afschuifkracht V (kN) d VBC 1995 CUR 25 10|Relatie tussen afschuif- sterkte (VBC 1995: zon- der ophangwapening) en randafstand 9 |Afgedrukte betonschilfer bij een op afschuiving belast anker [12] Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 69 de capaciteit voor betonrandbreuk. In tegenstelling tot de VBC blijkt bij een randafstand gelijk aan 500 mm nu nog bijna de afschuifkracht behorend bij staalbreuk op het beton overgebracht te kunnen worden, zonder enige vorm van (ophang)wape- ning. Indien randwapening of randwapening met beugels aanwezig is, is de capaciteit nog respectie- velijk een factor 1 ,2 of 1,4 groter. Figuur 10 is slechts als voorbeeld bedoeld en laat zien dat significante verschillen tussen beide berekeningsmethoden aanwezig kunnen zijn. In figuur 11 zijn de resul- taten getoond voor twee verschillende elementdik- ten, waarbij de ankerlengte gelijk is genomen aan de elementdikte, hetgeen overigens in de praktijk niet mogelijk is vanwege de vereiste dekking op de onderzijde van het anker. Globaal blijkt dezelfde tendens in beide methoden aanwezig te zijn. Grote verschillen tussen beide methoden treden met name op bij een relatief kort anker en grotere rand- afstanden. Ophangwapening De ophangwapening zoals die in de VBC 1995 is aan- gegeven, is het meest effectief. Maar in de praktijk is dit niet altijd mogelijk. Figuur 12 toont een expe- rimenteel resultaat dat de invloed van rand- en ophangwapening in het geval van een afschuifkracht bij een rand laat zien. Het effect van de randwape- ning, al dan niet gecombineerd met beugels is in de CUR-Aanbeveling ook al meegenomen. Nader onderzoek naar de invloed van wapening op de capa- citeit van een op afschuiving belast anker bij een rand en modelvorming daarvoor is gerapporteerd in [13]. Hoe ophangwapening moet worden aangebracht bij een naar de rand van het betonelement gerichte kracht is duidelijk aangegeven in de VBC. Maar wat als de kracht aangrijpt op een anker bij een rand in een richting evenwijdig aan de rand? Hoe kan dan de (ophang)wapening het best worden aangebracht? Ook dat is in [3] onderzocht en naar de mening van de auteurs is de VBC 1995 daar niet duidelijk over. Tot besluit Hoewel het onderscheid tussen lange en korte ankers niet zo strikt aanwezig is, is met de beschou- wingen in dit artikel toch wel duidelijk geworden welke verschillen er zijn tussen een berekening volgens CUR-Aanbeveling 25 en volgens VBC-art. 9.16 en dat gesproken kan worden van een verschil tussen bevestigingstechniek en gewapend-beton- techniek. Onderzoek naar het gedrag van ankerverbindingen aan beton zijn internationaal de laatste decennia in een stroomversnelling gekomen. Met de tweede, her- ziene uitgave van CUR-Aanbeveling 25 hebben we in Nederland op de internationale ontwikkelingen aangesloten. Maar sinds 2000, toen deze aanbeveling werd uitgebracht, is de kennis op vele fronten weer verder toegenomen en het is aan te bevelen om ook die kennis weer naar Nederland te halen. Bij een vol- gende update van de regelgeving voor ankers is het aan te bevelen zowel de bepalingen voor korte ankers, als die voor ankers volgens de VBC 1995 te beschouwen en ook aandacht te besteden aan inge- lijmde stekwapening. Een aspect dat zeker ook nadere aandacht verdient en waar de beschikbare internationale kennis waarschijnlijk ook nog beperkt is, betreft de benodigde splijt- en ophangwapening in het geval van ankers bij randen op trek en/of afschuiving belast. ? Literatuur 1. CUR-Aanbeveling 25, Korte ankers in beton; berekening en uitvoering. Tweede herziene uitgave, CUR en Bouwen met Staal, juni 2000. 2. NEN 6720, Voorschriften Beton. Constructieve eisen en rekenmethoden (VBC 1995). Septem- ber 1995 en wijzigingsblad A3, juli 2004. 3. SBR-rapport 29, Uit beton stekende ankers. Stichting Bouwresearch, 1971. 4. Stark, J.W.B. en D.A. Hordijk, Hoe sterk is het koppel beton ? staal? Cement 2004nr. 6. 5. CUR-rapport 23, Onderzoek naar de samen- werking van geprofileerd staal met beton. 1961. 12 |Effect van wapening op het kracht-verplaat- singsverloop van op afschuiving bij een rand belaste, ingestor- te boutankers (B 25, d anker = 22 mm; d beugel = 12 mm) [12] 0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 700 VBC 1995 CUR 25 h = l a = 100 mm a randafstand c , s (mm) 1v afschuifkracht V (kN) d h = l = 300 mm 11 |Relatie tussen afschuif- sterkte en randafstand voor nog twee situaties v v v 3 2 1 75 150 75 150 80 100 75 50 25 0 0 5 10 15 20 kracht V (kN) verplaatsing (mm) Constructie & uitvoering Detaillering cement 2004 6 70 6. Cook, R.A., Anchoring with bonded fasteners. In: Befestigungstechnik, Bewehrungstechnik und ...; Festschrift zu Ehren von Prof. Dr.-Ing. Rolf Eligehausen anlässlich seines 60. Geburt- stages. Stuttgart, september 2002. 7. Cook, A., N.A. Zamora en R.C. Konz, Beha- viour of grouted anchors. In: Connections between steel and concrete (Ed. R. Eligehau- sen), Volume One, 2001. 8. ETAG 001, Guideline for European Technical Approval of metal anchors for use in concrete. Part five: Bonded anchors. Maart 2002. 9. Eligehausen, R., H. Spieth en T.M. Sippel, Ein- gemörtelte Bewehrungsstäbe; Tragverhalten und Bemessung. Beton- und Stahlbetonbau 1999nr. 12. 10. Reuter, M., T. Greppmeir en F. Münger, Rebar anchorage in concrete with injections adhesive. In: Connections between steel and concrete (Ed. R. Eligehausen), Volume One, 2001. 11. Spieth, H.A., J. Oz? bolt, R. Eligehausen en J. Appl, Numerical and experimental analysis of post-installed rebars spliced with cast-in-place rebars. In: Connections between steel and con- crete (Ed. R. Eligehausen), Volume Two, 2001. 12. CEB, Fastenings to Concrete and Masonry Structures. Thomas Telford, CEB-Bulletin 216, juli 1994. 13. Randl, N. en M. John, Shear anchoring in con- crete close to the edge. In: Connections between steel and concrete (Ed. R. Eligehau- sen), Volume One, 2001. Halfen-Deha. De Veiligheidsfaktor. Meer veiligheid inbouwen. Met deponswapening van HALFEN-DEHA.Omdat risico's nooit de moeite lonen.Meer informatie ? veiligheidshalve: www.halfen-safetyfactor.com Foto: HOCHTIEF Construction AG