EEM-software biedt de functionaliteit om op basis van lineair-elastische schijfkrachten en plaatmomenten wapening te bepalen. Maar de optie ontbreekt in de regel voor wapenen op dwarskracht. Dit artikel wil attenderen op beschikbare kennis en vooral hoe die zich in software laat implementeren. Demonstratie gebeurt met het programma XFEM4U van Struct4U met een hybride plaatelement.              
                
             
                              
                                      
                      x	y	
1	
1	
xxn	
yyn	
x	y	
1	
1	
xyn	
yxn	
Dat EEM-software wapening kan 
berekenen weet elke constructeur 
die ermee vertrouwd is.	
 In Cement 
2014/3 hebben Braam en Blaauwendraad al 
eens uitgelegd hoe dat toegaat op basis van 
lineair-elastische spanningen [1] na een 
vroege aanzet in 1995 van Lourenço en 
Blaauwendraad [2]. Maar of het werkelijk 
geland is? Wellicht was de presentatie nog 
niet praktisch genoeg. In dit artikel behan -
delen de auteurs de stof op een alternatieve 
wijze met een (nog) groter beroep op inzicht 
en onder gebruikmaking van de vertrouwde 
werkwijze van de vakwerkanalogie. De pre-
sentatie is een ingekorte versie van een  
vollediger behandeling op Cementonline. 
Vergeleken met genoemde eerdere Cement- 
publicaties wordt nu meer aandacht ge-
schonken aan hoe een en ander zijn weg 
kan vinden in programmatuur, zeker in de 
volledige versie. De bestaande kennis voor schijfwape-
ning is redelijk vertrouwd en wordt niet op-
nieuw afgeleid. De gebruikelijke berekening 
van momentwapening in platen volgens 
Wood-Armer [3] zal worden vervangen door 
de methode Marti [4]. Constructeurs zullen 
het toepassen van dwarskrachtwapening in 
platen zo veel mogelijk vermijden. Maar het 
kiezen van een grotere plaatdikte of hogere 
betonsterkteklasse is niet altijd de beste op-
lossing of is soms onmogelijk. Het toeganke-
lijk maken van het dwarskrachtprobleem en  de uitleg aan constructeurs en softwarebou
-
wers is een belangrijk motief voor dit artikel. 
De geboden afleiding is getoetst door imple-
mentatie in het programma XFEM4U met 
vierhoekige hybride elementen, voor dit ele-
menttype een herwaardering in de Neder-
landse bouwwereld. Dit artikel kent drie stappen. In stap 1 
wordt het wapenen van schijven kort in her-
innering geroepen. In stap 2 speelt die kennis 
een rol bij het bepalen van momentwapening. 
Het bepalen van dwarskrachtwapening in 
platen is het onderwerp van stap 3 dat 
wordt afgesloten met een toepassing ervan.	
Stap 1: Schijfwapening
Een lineair-elastische EEM-berekening van 
schijven levert het verloop van de normaal -
krachten n	
xx en n	yy en de schuifkracht n	xy, 
alle drie gedefinieerd per eenheid van plaat-
breedte, aangrijpend in het middenvlak van 
de schijf en alle positief zoals getekend in  
figuur 1. De eveneens getekende schuifkracht 
n	
yx is gelijk aan n	xy. 	
Wapenen van 
schijven en platen	
Programma's vertalen krachten en momenten naar wapening. 
Hoe doen ze dat, en vooral, hoe voor dwarskrachten?	
PROF.DR.IR. JOHAN BLAAUWENDRAAD
Emeritus Hoogleraar TU Delft
DR.IR.DRS. RENÉ  BRAAM
Adviesbureau  
ir. J.G. Hageman auteurs 
1 Definitie en tekenafspraak voor schijfkrachten	
EEM-software biedt de functionaliteit om op basis van lineair-elastische schijfkrachten en 
plaatmomenten wapening te bepalen. Maar de optie ontbreekt in de regel voor wapenen op  dwarskracht. Dit artikel wil attenderen op beschikbare kennis en vooral \
hoe die zich in 
software laat implementeren. Demonstratie gebeurt met het programma XFEM4U van  Struct4U met een hybride plaatelement.  	
1	
CEMENT 8 2021	?37
36?	CEMENT  8 2021
x	
y	
z	
xxm	
xym	yym	yxm	yv	
xv	
x	
 	
x	
y	yl	
yl	
on	
on	
on	
on	xN
	
yN
yN
yN	
yN
yN	
xN	xN	
xN	
De constructeur berekent met zijn/haar 
EEM-software drie schijfkrachten, terwijl 
doorgaans maar in twee loodrechte richtin -
gen wapening wordt toegepast. In dit artikel 
wordt uitgegaan van orthogonale wapening 
evenwijdig aan de x- en y-as. Doel is om de 
wapeningskrachten n	
sx en n	sy per eenheid 
van breedte te bepalen op basis waarvan de 
wapeningsverhouding kan worden gekozen. 
Het subscript s staat hierbij voor staal (steel 
in het Engels). Voor het vaststellen van de 
wapening worden lokaal plastische overwe-
gingen toegestaan. Het is triviaal welke wa -
pening volgt uit de normaalkrachten n	
xx en 
n	
yy. Maar hoe op de schuifkracht n	xy moet 
worden gewapend, ligt niet voor de hand, 
maar dat laat zich goed oplossen met een 
vakwerkmodel.
Het linkerdeel van figuur 2 toont een schijf -
deel met een homogene schuifkracht n	
xy per 
eenheid van lengte. In het rechterdeel van 
die figuur is een vervangend vakwerkmodel 
getekend met twee horizontale en twee ver-
ticale trekstaven, de volgetrokken lijnen. De 
krachten in deze staven worden opgenomen 
door wapening. In de diagonalen, de streep-
jeslijnen onder een hoek 	
? met de verticaal, 
werken betondrukkrachten. Voor de tan -
gens van de hoek wordt het symbool k inge-
voerd: k = tan 	
?           (1)
De horizontale en verticale trekstaven in het 
vakwerk hebben een positief teken. De dia -
gonaalkracht is positief bij druk. Als de drie 
staafkrachten worden gedeeld door de res-
pectieve onderlinge afstanden vindt men de 
wapeningskrachten  n	
sx en n	ys en de diagonale 
betondrukkracht  n	
c per eenheid van breedte. 
Samen met de triviale wapeningskrachten 
voor de schijfkrachten n	
xx en n	yy worden de 
wapeningskrachten en diagonale beton -
drukkracht:
n	
sx = n	xx + k | n	xy |
n	
sy = n	yy + k	-1 | n	xy |           (2)
n	
c = (k + k	-1) | n	xy |
De schuifkracht n	
xy is voorzien van het abso-
luutteken om aan te geven dat de vergelij-
kingen zowel voor een positieve als een  
negatieve schuifkracht gelden. Bij een nega -
tieve schuifkracht staan de diagonaalstaven 
alleen schuin in de tegenovergestelde rich -
ting. De wapeningshoeveelheid wordt mini -
maal voor  k = 1, dus als de drukdiagonalen 
onder een hoek 	
? van 45° lopen. Maar de 
constructeur is niet gebonden aan de waar-
de k = 1 en mag deze binnen grenzen vrij 
kiezen. Voor  k < 1 zullen de betondiagonalen 
meer verticaal staan en voor  k > 1 meer hori-
zontaal. Alle in Nederland gebruikte software 
voor het wapenen van schijven hanteren in -
middels wel deze regels en kunnen de beton -
drukkracht n	
c gebruiken voor de toetsing 
van de betondrukspanning. 	
Voorbeeld 1 (k = 1)
Bij wijze van voorbeeld worden de volgende 
schijfkrachten gekozen:
n
xx = 495 kN/m
n
yy = 400 kN/m
n
xy = ?330 kN/m
Met k = 1 worden de wapeningskrachten:
n
sx = 495 + |?330| = 825 kN/m
n
sy = 400 + |?330| = 730 kN/m 
n
c = (1+1) ? |?330| = 660 kN/m
Voorbeeld 2 (k ? 1)
In het tweede voorbeeld wordt voor de schijf -
kracht n	
xx een negatieve waarde gekozen: n	
xx = ?495 kN/m
n
yy =  400 kN/m
n
xy = ?330 kN/m
Zou weer  k = 1 worden gekozen, dan vindt men:  
n
sx = ?495 + |?330| = ?165 kN/m
n
sy =  400 + |?330| =  730 kN/m 
n
c =  (1+1) ? |?330| =  660 kN/m
De wapeningskracht  n	sx blijkt nu negatief te 
worden. Computerprogramma's zullen in dat 
geval niet besluiten tot het toepassen van druk-	
 	
wapening, maar in de regel de betreffende 
wapeningskracht gewoon nul stellen. Een 	
 	
eleganter oplossing is om voor k  een andere 
waarde dan 1 te kiezen, zó dat de wapenings	
-	
kracht nul wordt. In het onderhavige voor	-	
beeld volgt de  k-waarde uit de vergelijking: 
nsx = ?495 + k ? |?330| = 0
Dit leidt tot de grotere waarde k = 1,5, dus 
een waarde  k	
 -1 = 0,667 kleiner dan 1, waar-
door de wapeningskracht in de y-richting 
reduceert tot:
n	
sy = 400 + 0,667 ? 330 = 620 kN/m.
De wapeningskracht 730 kN/m bij k = 1 
wordt teruggebracht naar 620 kN/m, ofwel 
15% kleiner. In x-richting is geen wapening 
nodig. De grotere waarde voor k betekent 
dat de drukdiagonaal flauwer helt. Het is 
een punt van aandacht dat de betondruk -
kracht n	
c groter wordt als k afwijkt van 1.  
In het beschouwde geval groeit n	
c van   
(1+1) ? 330 = 660 kN/m bij k = 1 naar 
(1,500 + 0,667) ? 330 = 715 kN/m bij k = 1,5, 
een toename van ruim 8%.  Eenzelfde aanpak is nodig als voor  
k = 1 een negatieve wapeningskracht in de 
y-richting volgt. Het kan ook voorkomen dat 
in geen van beide richtingen wapening nodig 
is. Dan is er sprake van druk in alle richtin -
gen en zijn er twee hoofddrukkrachten, met 
absolute waarden  n	
c1 en n	c2 (nc2 > n	c1) en is  
er geen scheurvorming. De grootste hoofd -
drukkracht n	
c2 moet worden getoetst aan de 
betondruksterkte. De les van de twee voorbeelden kan  
algemener en strenger worden geformuleerd 
door in het algemeen vier verschillende  schijfgevallen te onderscheiden en daarvoor 
de criteria en formules te programmeren:	
 wapening nodig in twee richtingen;
 wapening alleen nodig in x-richting;
 wapening alleen nodig in y-richting;
 drukspanningen in alle richtingen.
Stap 2: Momentwapening in 
 platen
Het middenvlak van de beschouwde plaat 
ligt in het x-y-vlak van een rechtsdraaiend 
assenstelsel x, y, z (fig. 3). De onderkant van 
de plaat ligt aan de positieve z-kant van de 
plaat en de bovenkant aan de negatieve.  
Zoals getekend zijn de momenten en dwars-
krachten positief. In het algemeen is in een 
plaat aan twee kanten wapening nodig en 
zowel aan onder- en bovenkant in de twee 
richtingen x en y. 
De door Marti voorgestelde methode sluit 
dicht aan bij de berekening van liggers in  
gewapend beton en gebruikt de kennis voor 
het wapenen van schijven. Anders dan wat 
algemeen gebruikelijk is, verstrekt de me-
thode informatie over de betondrukspan -
ningen in de plaat en biedt deze een oplossing 
voor dwarskrachtwapening. In de algemene 
versie van Eurocode 2 [6] wordt de methode 
niet genoemd maar wel in Eurocode 2 ? 
Bruggen [7]. Daarin is de methode in een  
bijlage beschreven. De crux van de aanpak 
is de introductie van een sandwichmodel in 
drie lagen. In de betonplaat worden schillen 
(ook wel huid genoemd) aan de boven- en 
onderkant van de plaat onderscheiden en 
daartussen een kern (fig. 4). De schillen ne-
men de momenten op en de kern de dwars-
krachten. De schillen onder (Eng: bottom) en 
boven (Eng: top) hoeven niet even dik te zijn. 
De hart-op-hart afstand d	
v van de twee schil -
len wordt gehanteerd als de hoogte van de 
kern.	
2 De schuifkrachten n	xy worden in een vakwerkmodel vervangen door horizontale puntlasten N	x en verticale N	y	3 Positieve momenten en dwarskrachten in een plaat
Uitgegaan wordt 
van orthogonale   
wapening even -
wijdig aan de   
x- en y-as.   
Doel is om de 
wapenings-
krachten n	
sx	 en 
n	
sy	 per eenheid 
van breedte te 
bepalen op basis 
waarvan de   
wapenings-
verhouding kan 
worden gekozen	
VOLLEDIGE VERSIE OP 
CEMENTONLINE
Dit is een ingekorte versie van het volle-
dige artikel 'Wapenen van schijven en 
platen'. Deze versie is te raadplegen op 
Cementonline.nl.
2	
3	
CEMENT  8 2021	?39
38?	CEMENT  8 2021
yv	
xv	x	y	z	vd	
	
	
				
/xx vmd	
td	
/xy vmd	
/yx vmd	/yy vmd	
	
	
				
bd
/xx vmd	
/xy vmd	
/yx vmd	/yy vmd	
yv	
xv	x	y	z	vd	
	
	
				
x xtn	
xytn	
td	
yxtn	
xxtn	
yytn	
	
	
				
bd	
xybn	
xxtn	
yybn	yxbn	
xxbn	
 	
o	
x	
y	
n	
t	ov	
vd	
1	
z	
 	
4	vd	4	vd	
vd	
2F	
F	F	
verschovenmomentenlijn	verschovenmomentenlijn	4F	
F	F	
momentenlijn	
In het linkerdeel van figuur 4 zijn de momen-
ten vervangen door krachten met een hef -
boomsarm d	
v en met een verschillend teken 
in onder- en bovenschil. In de rechterhelft 
van de figuur is aangegeven hoe die schijf -
krachten in de schillen worden genoemd. Er 
geldt:
Bottom: 	
Bottom: 	yy	xy	xx
xxb yybxyb
vv v;;	m	m	m	nnn	d	dd	=+ =+ =+	
Top: 	yy xy	xx
xxt yytxyt
v v v;;	m m	m
nnn
d d d	=? =? =?	
     
(3)
Top: 	
Bottom: 	yy xy	xx
xxb yybxyb
vv v;;	mm	m
nnn
d dd	=+ =+ =+	
Top: 	yy xy	xx
xxt yytxyt
v	v v	;;	m m	m	nnn	d	d d	=? =? =?	
De charme van deze aanpak is dat elke schil 
vervolgens afzonderlijk kan worden behan -
deld als een schijf zoals hiervoor besproken. 
Per schil moet worden onderzocht tot welk 
van de vier beschouwde schijfgevallen de 
krachtencombinatie in de schil behoort. Er 
is al dan niet (in een of beide richtingen) wa -
pening nodig en er is altijd controle mogelijk  op de betondrukspanning. De richting van 
de drukdiagonalen zal boven en onder in het 
algemeen niet gelijk zijn, want de krachts-
toestand in de twee schillen hoeft niet met 
hetzelfde geval te corresponderen. Als de 
betondrukspanning de druksterkte over-
schrijdt, moet de schildikte worden aange-
past.	
Stap 3: Dwarskrachtwapening in 
platen
In een knoop of element van het elementen -
net begint het proces met het bepalen van 
de maximale dwarskracht v	
o (ook hoofd -
dwarskracht genoemd) en de richting in het 
plaatvlak waarin deze werkt, de hoek 	
?o met 
de x-as. Het maximum is net als v	
x en v	y een 
dwarskracht per eenheid van breedte en  
zowel v	
o zelf als de richtingshoek 	?o is een 
functie van  v	
x en v	y [5]. De maximale dwars-
kracht zal in het algemeen niet optreden in 
dezelfde richting als het grootste hoofdmo-
ment. Er is nog een ander verschil. De twee 
hoofdmomenten treden altijd op in twee 
loodrechte richtingen en zijn als regel beide 
ongelijk aan nul. Voor dwarskrachten is dat 
anders. Als een dwarskracht maximaal is, is 
er in de richting loodrecht erop geen dwars-
kracht; die is dan nul.  Figuur 5 toont een plaatkern in de 
richting van de maximale dwarskracht met 
een breedte 1 en een hoogte d	
v in het ruimte-
lijke assenstelsel x, y, z. Er is ook een ortho-  
gonaal assenstelsel n, t, z getekend dat ten 
opzichte van het assenstelsel x, y, z is gero-
teerd over een hoek 	
?o om de z-as. De n-as 
loopt in de richting van de maximale dwars-
kracht v	
o. Zoals getekend heeft de maximale 
dwarskracht v	
o een positief teken. 
Stap 3 bestaat eigenlijk uit twee deelstappen. 
In de eerste deelstap moet worden beslist of 
wel of niet dwarskrachtwapening is vereist. 
Als inderdaad dwarskrachtwapening nodig 
is, volgt in een tweede deelstap hoe die wa -
pening er dan uitziet.	
Dwarskrachtwapening nodig?
Elk betonvoorschrift heeft een criterium 
voor de grootte van de grenswaarde van de 
dwarskracht waarbij geen dwarskrachtwa -
pening vereist is. In de Eurocode 2 heet die 	
5	6	
4	
Anders dan 
wat algemeen 
gebruikelijk is, 
verstrekt de 
methode Marti 
informatie over 
de betondruk -
spanningen   
in de plaat en 
biedt deze een 
oplossing voor 
dwarskracht-
wapening	
4 'Exploded view' van het sandwichmodel in de methode Marti
5 Strook van plaatkern in de richting van de maximale dwarskracht v	
o	
6 Vakwerkmodel voor bepaling dwarskrachtwapening in ligger	
grenswaarde voor liggers  V	Rdc [6]. In een 
plaat moet v	
Rdc worden geschreven omdat 
het dan om een dwarskracht per eenheid 
van breedte gaat. In het criterium speelt ook 
de normaalkracht N die in de liggerdoorsne-
de optreedt een rol. De equivalent voor vlak -
constructies is de situatie waarin zich een 
combinatie van schijfkrachten en plaatmo-
menten voordoet. Voor liggerelementen is 
de normaalkracht N onderdeel van de 
EEM-uitvoer. Maar voor vlakconstructies 
met een combinatie van plaat- en schijfwer-
king moeten we een extra slag maken om de 
normaalkracht n
nn in de richting van de 
hoofddwarskracht v
o te weten te komen. Dat 
vraagt een transformatie van de schijf -
krachten in het x,y-vlak naar schijfkrachten 
in het n,t-vlak, wat voor programmeurs een 
bekende procedure is. De gevonden kracht 
n	
nn kan dan worden ingevoerd in de formule 
voor de toelaatbare dwarskracht v	
Rdc. In de 
formule voor de dwarskrachtsterkte speelt 
ook de wapeningsverhouding een rol. Omdat 
de maximale dwarskracht in het algemeen 
niet samenvalt met x- of y-richting, moet 
voor de wapeningsverhouding een waarde 
worden gekozen in richtingen anders dan 
van de orthogonale wapening. Daarvoor 
wordt Eurocode 2 gevolgd voor een fictieve 
wapeningsverhouding op basis van de 	
?-waarden voor de x- en y-richting. 
Bepaling van dwarskrachtwapening
Als de maximale dwarskracht v	o de toelaat-
bare waarde  v	
Rdc overschrijdt, wordt dwars-
krachtwapening toegepast. De oplossing 
hiervoor is ingegeven door de klassieke be-
rekening van beugels in liggers. In figuur 6 is 
het vakwerkschema geschetst voor een vrij 
opgelegde ligger onder een puntlast 2F en  diagonalen onder 45°. De bovenrand van het 
vakwerk is hart drukzone en de onderrand 
hart wapening. De afstand van de wapening 
tot de drukzone is d	
v. De lengte van de ligger 
is 8d	
v. De kracht in de drukzone verloopt 
stapsgewijs van nul bij de oplegging tot 3F 
nabij het midden (groene lijn in figuur, druk 
positief ). De trekkracht in de wapening 
neemt stapsgewijs toe van F bij de oplegging 
tot 4F in het midden (rode lijn, trek positief ). 
Over een groot deel van de ligger wordt de 
wapeningskracht groter dan de waarde die 
wordt verwacht op basis van de momenten -
lijn. Elke constructeur kent het fenomeen 
dat de momentenlijn moet worden verscho-
ven over de effectieve hoogte van de ligger, 
en wel in de ongunstige richting. In de verti -
cale staven heersen trekkrachten ter grootte 
van de dwarskracht v	
o (beugels). Maar hoe 
leg je het verschuiven van de momentenlijn 
uit aan de computer? Daarvoor wordt het 
grijs getinte deel van het vakwerk in figuur 7 
nader beschouwd. Links van het gelijkteken 
staan de krachten die op dit vakwerkdeel 
aangrijpen. Rechts ervan worden die krach -
ten gesplitst in twee delen. Het eerste deel 
geeft de krachten die zouden optreden zon -
der dwarskrachtwapening en het tweede 
deel de verandering als gevolg van dwars-
krachtwapening. Het tweede deel betekent 
dat de kracht zowel in de trekzone als de 
drukzone verandert met dezelfde extra 
trekkracht ½F. Voor de wapeningszone 
noemt de constructeur dit het verschuiven 
van de momentenlijn. Over de drukzone 
heeft niemand het.
Marti heeft dit fenomeen gegeneraliseerd 
naar plaatconstructies op een wijze waarmee 
de computer uit de voeten kan. In figuur 8 is 
de beschouwde kern opnieuw getekend, nu 
in het n,z-vlak en met de bijbehorende boven- 
en onderschil. Nu treden verdeelde diago-
naalkrachten op. De   horizontale ontbonde-
ne van de diagonaalspanningen levert over 
de hoogte d	
v van de kerndoorsnede een totale 
drukkracht h
o. Die maakt op zijn beurt even -
wicht met een trekkracht ½h	
o in elk van de 
twee schillen. Als de diagonaalrichting on -
der 45° wordt gekozen, zijn h
o en v	o aan el -
kaar gelijk. Bij een flauwer verloop wordt h	
o 
groter dan v	
o. In verticale richting leveren 	
CEMENT  8 2021	?41
40?	CEMENT  8 2021
=	+	
vd	
2F
3F3F
F	
F
2F	
F	
F	
F	
3F	
½1F	½2F
½2F	
F	F	
½1F	
vd	
toestand zonderdwarskrachtwa\fening	extra verandering doordwarskrachtwa\fening	
3F	½½	
½	½	
½½
½½	
½½	
 	z	
ov	
n	
vd	
oh½	oh½	
oh½	oh½	
ov	oh	oh	 	
,21
,18	,60	
,21	
,60	
,12	,03	,45	
de diagonaalkrachten een drukspanning 	?zz 
die op zijn beurt evenwicht maakt met de 
verticale trekspanning door de beugels. Op 
die spanning worden de beugels gedimensi -
oneerd (vaak uitgevoerd als dubbele haar-
speld) en de diagonale drukspanning in het 
beton wordt getoetst aan de betondruk -
sterkte. Bij een positief moment neemt de 
kracht in de trekzone (bottom) daardoor toe 
en de kracht in de drukzone (top) af. Net als 
gebruikelijk is bij liggers, is de hellingshoek 
van de diagonalen begrensd.	
Extra wapening in beide sandwichschillen
Bij liggers zou de berekening klaar zijn als 
de beugelwapening bekend is en de momen -
tenlijn verschoven. Bij platen moet nog een 
extra slag worden gemaakt, want 'het ver-
schuiven van de momentenlijn' is hier geen 
bruikbare methode. De trekkracht ½h	
o in de 
twee schillen van de plaat vraagt nog extra 
aandacht. De schilkrachten n	
nn = ½h	o zijn  
gericht volgens de n-as en gaan samen met 
schilkrachten n	
tt = 0 en n	nt = 0. Deze drie 
schilkrachten moeten nog door transformatie 
worden omgezet naar krachten n	
xx,  nyy en n	xy 
in x- en y-richting om ze te kunnen optellen 
bij de schijfkrachten die er al zijn vanwege 
de momenten en eventuele andere oorza -
ken. Met behulp van die totale schilkrachten 
wordt dan de wapening in x- en y-richting 
bepaald. De procedure voor de wapening-  bepaling en de toets op de betondrukspan
-
ning is per schil weer geheel zoals eerder  
besproken voor schijven, te weten het be-
schouwen van vier schijfgevallen. Let op dat 
nu in drie diagonaalrichtingen de drukspan -
ning moet worden gecontroleerd. Twee lopen 
evenwijdig aan het middenvlak van de plaat, 
één onder in de plaat en één bovenin. De 
derde ligt in de plaatkern onder een hoek ? 
met het middenvlak van de plaat.  Het drielagenmodel uit Eurocode 2 ? 
Bruggen is goed toepasbaar bij niet al te 
hoge wapeningsverhoudingen en bij niet te 
dominante wringing [6]. Deze eisen zullen in 
de constructeurspraktijk veelal niet tot pro-
blemen leiden en wijken overigens niet af 
van de beperking van gebruikelijke wape-
ningsmethoden. De grote vooruitgang is de 
mogelijkheid van controle van de beton -
drukspanningen en de uitbreiding naar  
wapenen op dwarskracht. 	
Iteratief proces
Voor de beslissing of dwarskrachtwapening 
nodig is, moet de wapeninghoeveelheid be-
kend zijn, omdat de grenswaarde v	
Rdc mede 
daarvan afhangt. Dat betekent dat eerst een 
rekengang nodig is waarin op basis van al -
leen de schijfkrachten en plaatmomenten 
een wapening voor de schillen wordt vastge-
steld. Daarna kan een tweede rekengang 
worden uitgevoerd waarin per knoop of ele-
ment wordt beslist of wel of geen dwars-
krachtwapening nodig is, en zo ja, hoeveel. 
Daardoor verandert dan ook de reeds bere-
kende wapening in de schillen. In het pro-
gramma XFEM4U wordt daarna verdere   
iteratie niet meer zinvol geacht.  In dit artikel moet een belangrijk  
aspect on	
besproken blijven, de controle op 
scheurwijdte. Er wordt volstaan met te zeggen 
dat die controle ook een plaats in het iteratie	
-	
proces heeft gekregen. Er kan ook rekening 
worden gehouden met scheuren in een wille	
-	
keurige richting anders dan de x- en y-rich	-	
ting. Omdat ook in scheurwijdteberekeningen 
de   
wapeningsverhouding een rol speelt, moet 
daarvoor weer een waarde kunnen worden 
gekozen in richtingen anders dan de richting 
van de gekozen orthogonale wapening.
Toepassing
Het hoofddoel van dit Cement-artikel is het 
wapenen van platen op dwarskracht en de 
toepassing zal zich beperken tot een voor-
beeld van een vierkante tweezijdig opgeleg -
de plaat (fig. 9). De plaatdikte is 200 mm. 
Naast het eigengewicht is een variabele be-
lasting 4,0 kN/m² aanwezig. Op de plaat 
staat ook een wand met breedte 1,8 m en 
dikte 0,3 m. Deze oefent een belasting uit op 
de plaat van 2,4 kN/m¹. Deze belasting is in 
de berekening ingevoerd met twee lijnlasten 
met onderlinge afstand 0,3 m. De plaat is 
onderdeel gedacht van een project waarin  de plaatdikte om bijzondere redenen niet 
groter kan worden dan 200 mm. De gekozen 
betonsterkteklasse is C35/45.
Figuur 10 geeft een plot van de trajectoriën 
waarmee de afdracht van de dwarskracht 
wordt gevisualiseerd en van de hoeveelheid 
benodigde dwarskrachtwapening. Het zal 
niet verbazen dat die nodig is tussen de 
wand en de oplegging. Bij de oplegging is dat 
maximaal 761 mm² per m² en naast de wand 
1011 mm² per m². De trajectoriën (pijltjes) 
brengen ook mooi in beeld hoe vanuit de 
wandeinden bredere afdracht naar de op-
legging plaatsvindt onder een hoek van 45°. 
Dat keert terug in de posities waar de beugels 
nodig zijn. 	
Conclusies en opmerkingen
Met het drielagenmodel heeft de construc-
teur een middel om de betondrukspanning 
te beoordelen. Dat kan het nodig maken om 
in het ontwerpstadium de betonsterkteklas-
se te verhogen en/of de plaatdikte aan te 
passen. Zoals het drielagenmodel in het  
programma XFEM4U is geïmplementeerd 
wordt ook de hoeveelheid wapening gemini -
maliseerd. Dat wordt bereikt door steeds 
vier verschillende gevallen te beschouwen 
en die zorgvuldig te programmeren.  
En ten slotte, de constructeur kan nu ook 
dwarskrachtwapening toepassen. Uit de  
gemaakte berekeningen bij het testen van 
het programma blijkt het doorgaans sterk 
lokale gebieden te betreffen. 	
 	
Met het drie-
lagenmodel 
heeft de   
constructeur 
een middel   
om de beton -
drukspanning 
te beoordelen	
8	
9
10	
7	
7 Liggerdeel onder dwarskracht. Splitsen van de snedekrachten in twee delen
8 Krachten in kern en schillen bij maximale dwarskracht. Trek in schillen, druk in kern 9 Plattegrond van plaat belast door wand. Twee randen zijn vrij opgelegd. Maten in meters
10 Plot van de dwarskrachttrajectoriën en dwarskrachtwapening. Bij de wand (rood) is de maximaal benodigde  
verticale wapening 1011 mm²/m² en bij de oplegging (geel) 761 mm²/m²	
LITERATUUR
1?Braam, R., Blaauwendraad, J., Van 
spanning naar wapening, Cement 
2014/3.
2?Lourenço, P.B., Blaauwendraad, J., 
Aanzet tot consistent wapenen van 
schijven, platen en schalen I en II, 
Cement 1995/2 en Cement 1995/3.
3?Wood, R.H.: The reinforcement of 
slabs in accordance with a 
predetermined field of moments, 
Concrete 2, February 1968. Armer, 
G.S.T., correspondence, Concrete 2, 
August 1968.
4?Marti, P., Design of Concrete Slabs 
for Transverse Shear, ACI Structural 
Journal, vol. 87, issue 2, 3/1/1990.
5?Blaauwendraad, J., Plates and FEM, 
Surprises and Pitfalls, Springer, 2010.
6?NEN-EN 1992-1-1: Eurocode 2: 
Ontwerp en berekening van 
betonconstructies.
7?NEN-EN 1992-2: Eurocode 2: 
Ontwerp en berekening van 
betonconstructies. Bruggen. 	
CEMENT  8 2021	?43
42?	CEMENT  8 2021                  
                 
              Dat EEM-software wapening kan berekenen weet elke constructeur die ermee vertrouwd is. In Cement 2014/3 hebben Braam en Blaauwendraad al eens uitgelegd hoe dat toegaat op basis van lineair-elastische spanningen [1] na een vroege aanzet in 1995 van Lourenço en Blaauwendraad [2]. Maar of het werkelijk geland is? Wellicht was de presentatie nog niet praktisch genoeg. In dit artikel behandelen de auteurs de stof op een alternatieve wijze met een (nog) groter beroep op inzicht en onder gebruikmaking van de vertrouwde werkwijze van de vakwerkanalogie. De presentatie is een ingekorte versie van een vollediger behandeling op Cementonline. Vergeleken met genoemde eerdere Cement-publicaties wordt nu meer aandacht geschonken aan hoe een en ander zijn weg kan vinden in programmatuur, zeker in de volledige versie.
De bestaande kennis voor schijfwapening is redelijk vertrouwd en wordt niet opnieuw afgeleid. De gebruikelijke berekening van momentwapening in platen volgens Wood-Armer [3] zal worden vervangen door de methode Marti [4]. Constructeurs zullen het toepassen van dwarskrachtwapening in platen zo veel mogelijk vermijden. Maar het kiezen van een grotere plaatdikte of hogere betonsterkteklasse is niet altijd de beste oplossing of is soms onmogelijk. Het toegankelijk maken van het dwarskrachtprobleem en de uitleg aan constructeurs en softwarebouwers is een belangrijk motief voor dit artikel. De geboden afleiding is getoetst door implementatie in het programma XFEM4U met vierhoekige hybride elementen, voor dit elementtype een herwaardering in de Nederlandse bouwwereld.
Dit artikel kent drie stappen. In stap 1 wordt het wapenen van schijven kort in herinnering geroepen. In stap 2 speelt die kennis een rol bij het bepalen van momentwapening. Het bepalen van dwarskrachtwapening in platen is het onderwerp van stap 3 dat wordt afgesloten met een toepassing ervan.
Een lineair-elastische EEM-berekening van schijven levert het verloop van de normaalkrachten nxx en nyy en de schuifkracht nxy, alle drie gedefinieerd per eenheid van plaatbreedte, aangrijpend in het middenvlak van de schijf en alle positief zoals getekend in figuur 1. De eveneens getekende schuifkracht nyx is gelijk aan nxy.
De constructeur berekent met zijn/haar EEM-software drie schijfkrachten, terwijl doorgaans maar in twee loodrechte richtingen wapening wordt toegepast. In dit artikel wordt uitgegaan van orthogonale wapening evenwijdig aan de x- en y-as. Doel is om de wapeningskrachten nsx en nsy per eenheid van breedte te bepalen op basis waarvan de wapeningsverhouding kan worden gekozen. Het subscript s staat hierbij voor staal (steel in het Engels). Voor het vaststellen van de wapening worden lokaal plastische overwegingen toegestaan. Het is triviaal welke wapening volgt uit de normaalkrachten nxx en nyy. Maar hoe op de schuifkracht nxy moet worden gewapend, ligt niet voor de hand, maar dat laat zich goed oplossen met een vakwerkmodel.
Figuur 2. De schuifkrachten nxy worden in een vakwerkmodel vervangen door horizontale puntlasten Nx en verticale Ny 
Het linkerdeel van figuur 2 toont een schijfdeel met een homogene schuifkracht nxy per eenheid van lengte. In het rechterdeel van die figuur is een vervangend vakwerkmodel getekend met twee horizontale en twee verticale trekstaven, de volgetrokken lijnen. De krachten in deze staven worden opgenomen door wapening. In de diagonalen, de streepjeslijnen onder een hoek φ met de verticaal, werken betondrukkrachten. Voor de tangens van de hoek wordt het symbool k ingevoerd:
k = tan φ                                                                                        (1)
De horizontale en verticale trekstaven in het vakwerk hebben een positief teken. De diagonaalkracht is positief bij druk. Als de drie staafkrachten worden gedeeld door de respectieve onderlinge afstanden vindt men de wapeningskrachten nsx en nys en de diagonale betondrukkracht nc per eenheid van breedte. Samen met de triviale wapeningskrachten voor de schijfkrachten nxx en nyy worden de wapeningskrachten en diagonale betondrukkracht:
nsx = nxx + k | nxy |
nsy = nyy + k-1 | nxy |                                                                                 (2)
nc = (k + k-1) | nxy |
De schuifkracht nxy is voorzien van het absoluutteken om aan te geven dat de vergelijkingen zowel voor een positieve als een negatieve schuifkracht gelden. Bij een negatieve schuifkracht staan de diagonaalstaven alleen schuin in de tegenovergestelde richting. De wapeningshoeveelheid wordt minimaal voor k = 1, dus als de drukdiagonalen onder een hoek φ van 45° lopen. Maar de constructeur is niet gebonden aan de waarde k = 1 en mag deze binnen grenzen vrij kiezen. Voor k < 1 zullen de betondiagonalen meer verticaal staan en voor k > 1 meer horizontaal. Alle in Nederland gebruikte software voor het wapenen van schijven hanteren inmiddels wel deze regels en kunnen de betondrukkracht nc gebruiken voor de toetsing van de betondrukspanning.
Voorbeeld 1 (k = 1)
Bij wijze van voorbeeld worden de volgende schijfkrachten gekozen:
nxx = 495 kN/m
nyy = 400 kN/m
nxy = −330 kN/m
Met k = 1 worden de wapeningskrachten:
nsx = 495 + |−330| = 825 kN/m
nsy = 400 + |−330| = 730 kN/m 
nc = (1+1) · |−330| = 660 kN/m
Voorbeeld 2 (k ≠ 1)
In het tweede voorbeeld wordt voor de schijfkracht nxx een negatieve waarde gekozen:
nxx = −495 kN/m
nyy =  400 kN/m
nxy = −330 kN/m
Zou weer k = 1 worden gekozen, dan vindt men:
nsx = −495 + |−330| = −165 kN/m
nsy =  400 + |−330| =  730 kN/m
nc =  (1+1) · |−330| =  660 kN/m
De wapeningskracht nsx blijkt nu negatief te worden. Computerprogramma’s zullen in dat geval niet besluiten tot het toepassen van drukwapening, maar in de regel de betreffende wapeningskracht gewoon nul stellen. Een eleganter oplossing is om voor k een andere waarde dan 1 te kiezen, zó dat de wapeningskracht nul wordt. In het onderhavige voorbeeld volgt de k-waarde uit de vergelijking:
nsx = −495 + k · |−330| = 0
Dit leidt tot de grotere waarde k = 1,5, dus een waarde k -1 = 0,667 kleiner dan 1, waardoor de wapeningskracht in de y-richting reduceert tot:
nsy = 400 + 0,667 · 330 = 620 kN/m
De wapeningskracht 730 kN/m bij k = 1 wordt teruggebracht naar 620 kN/m, ofwel 15% kleiner. In x-richting is geen wapening nodig. De grotere waarde voor k betekent dat de drukdiagonaal flauwer helt. Het is een punt van aandacht dat de betondrukkracht nc groter wordt als k afwijkt van 1. In het beschouwde geval groeit nc van (1+1) · 330 = 660 kN/m bij k = 1 naar (1,500 + 0,667) · 330 = 715 kN/m bij k = 1,5, een toename van ruim 8%.
Eenzelfde aanpak is nodig als voor k = 1 een negatieve wapeningskracht in de y-richting volgt. Het kan ook voorkomen dat in geen van beide richtingen wapening nodig is. Dan is er sprake van druk in alle richtingen en zijn er twee hoofddrukkrachten, met absolute waarden nc1 en nc2 (nc2 > nc1) en is er geen scheurvorming. De grootste hoofddrukkracht nc2 moet worden getoetst aan de betondruksterkte.
De les van de twee voorbeelden kan algemener en strenger worden geformuleerd door in het algemeen vier verschillende schijfgevallen te onderscheiden en daarvoor de criteria en formules te programmeren:
	- wapening nodig in twee richtingen
- wapening alleen nodig in x-richting
- wapening alleen nodig in y-richting
- drukspanningen in alle richtingen
Reacties