Kopdeuvels als dwarskrachtwapening2011 | online1Kopdeuvelsals dwarskrachtwapeningGoed alternatief voor conventionele dwarskrachtwapening in platenKopdeuvels als dwarskrachtwapening 2011 | online 21 Kopdeuvelstaaf metronde ankerkoppenKopdeuvelstaven zijn gladde of geribde wapeningsstaven metaan ??n of beide uiteinden een gelaste of gesmede kop voor deverankering (foto 1). De ankerkoppen, rechthoekig of rond,moeten in staat zijn de volledige vloeitrekkracht van de staaf inhet beton te verankeren. Experimenten hebben aangetoond dateen kopoppervlakte van negen tot tien keer de oppervlakte vande staaf, voldoende is om de vloeikracht van de staaf te ontwik-kelen. Dit betekent dat de volledige trekcapaciteit van de staafbeschikbaar is direct vanaf het einde van de staaf. Verankeringvan de volledige trekcapaciteit voorkomt voortijdig uittrekkenvan de staaf. Dit geldt ook indien de dekking door calamiteitenverloren zou gaan.De kopdeuvel vindt zijn toepassing reeds in diverse construc-tiedelen: funderingen, balken, wanden, balk-kolomverbindin-gen, platen enz. Een uitvoerig overzicht van het vele onderzoekdat is verricht naar diverse toepassingen wordt gegeven in eenstate-of-the-art artikel van Ghali en Youakim [1]. De belang-rijkste voordelen van de toepassing van kopdeuvelstaven zijneen snelle en eenvoudige montage op de bouwplaats en daar-door een reductie van de arbeidskosten. Het toepassen vankopdeuvels maakt bovendien flexibele positionering mogelijk;de deuvel kan worden gemonteerd nadat de hoofdwapening isaangebracht. Daarnaast resulteert het toepassen van kopdeu-velstaven door het ontbreken van gebogen wapeningsstavenmet verankeringslengte in lagere wapeningsconcentraties.Hierdoor wordt het vlechtwerk aanzienlijk vereenvoudigd.KopdeuvelstavenDe Eurocode staat het gebruik van kopdeuvelstaven als dwars-krachtwapening in platen toe (foto 2). Het nadeel van (hogeconcentraties) dwarskrachtbeugels kan worden teruggebrachtdoor kopdeuvelstaven toe te passen met een grotere staafdia-meter. Waar toepassing van beugels met een grotere diameterleidt tot een grotere buigstraal en daardoor een geringere effec-tieve lengte, en een toenemende verankeringslengte (hogerewapeningsconcentratie), is het bij kopdeuvelstaven alleen dekop die enigermate in diameter toeneemt. Hierdoor wordengrindnesten voorkomen.Conform de vakwerkanalogie geschiedt de afdracht van belas-ting op een betonnen balk of plaat door middel van een even-wichtsmodel bestaande uit trek- en drukstaven. De afdrachtvan de kracht in de drukdiagonalen naar de horizontale enverticale trekstaven heeft plaats in de knooppunten, waarbij dekrachten in de knopen in evenwicht moeten zijn.De afdracht van drukkracht in de betondiagonaal naar delangswapening is, in een doorsnede, schematisch weergegevenin figuur 3. De langswapening wordt in dwarsrichting belastdoor een horizontale component, die de staaf probeert naarbuiten uit de betonconstructie te duwen. Wanneer de verticalecomponent onvoldoende verankeringslengte ondervindt in deknoop, wordt de langswapening tevens blootgesteld aan eenverticale component. Om evenwicht te kunnen maken in deknoop, moet bij gebruik van traditionele dwarskrachtbeugels indr.ir. P.A. TeeuwenWitteveen+Bosprof.dr.ir. J.C. WalravenTU Delft, fac. CiTGKopdeuvelstaven worden al lange tijd succesvol toegepast als ponswapening rondom devloer-kolomverbindingen bij puntvormig ondersteunde platen. Opvallende voordelenhierbij zijn een hoge dwarskrachtcapaciteit ten opzichte van beugels en een eenvoudigeinstallatie op de bouwplaats. Dwarskrachtwapening kan ook noodzakelijk zijn bij lijnvor-mig ondersteunde platen of in vloeren met hoge geconcentreerde belastingen in gebou-wen of daaronder (funderingsplaten). Het aanbrengen van dwarskrachtwapening inplaten is echter vaak arbeidsintensief en wordt bij voorkeur vermeden, bijvoorbeeld doorhet toepassen van een dikkere plaat. Het toepassen van kopdeuvelstaven is dan eengeschikt alternatief. Dit biedt in veel opzichten voordelen ten opzichte van conventioneledwarskrachtwapening.ankerkop 10?k?kls=lengtekopdeuvelinclusiefkoppen1Kopdeuvels als dwarskrachtwapening2011 | online32 Toepassing van kopdeuvelstaven in een plaat3 Afdracht van kracht in betondrukdiagonaal naarlangswapeningsstaven in balk4 Krachtswerking in doorsnede van plaat metknooppuntdetailkopdeuvelstaven effectiever dan conventionele beugels bij hetbeheersen van de wijdte van dwarskrachtscheuren.Detaillering en uitvoeringBij toepassing van kopdeuvelstaven als dwarskrachtwapeningin platen moet bij de detaillering en uitvoering rekeningworden gehouden met de volgende punten.Kopdeuvelstaven worden individueel aangebracht of met meertegelijk, bevestigd op montagestrippen. Bij montage vanbovenaf worden, nadat de onder- en bovenwapening gereed is,de kopdeuvelstaven van bovenaf door de bovenwapening gesto-ken en bevestigd aan het bovennet. Voor inbouw van onderafworden de elementen met speciale afstandhouders aan debekisting gemonteerd. Daarna wordt de onder- en bovenwape-ning geplaatst. De kopdiameter is bij benadering driemaal destaafdiameter. Indien de tussenafstand van de wapening onvol-doende groot is om de diameter van de kop van de deuvel doorte laten, moet de staafafstand (lokaal) worden vergroot.Toegepast als dwarskrachtwapening in platen zijn kopdeuvel-staven het meest effectief wanneer de verankering zich zo dichtmogelijk bij het boven- en onderoppervlak bevindt. De mini-maal vereiste dekking moet echter altijd op de koppen van dedeuvel aanwezig zijn. De maximale lengte van de kopdeuvel-staaf bedraagt daarom: ls;max= h ? cbovenzijde? conderzijdebalken daarom ten minste 50% van de buitenste wapeningslaagdoor dwarskrachtbeugels worden omsloten. Eurocode 2(NEN-EN 1992-1-1) schrijft dit voor in Artikel 9.2.2(4).Bij toepassing van kopdeuvels in platen zijn er enkele signifi-cante verschillen. De kopdeuvelstaaf is in staat de volledigeverticale component van de drukdiagonaal op te nemen zodatde langswapening niet verticaal wordt belast. Daarnaast kan inplaten een doorgaande dwarsstaaf voor evenwicht zorgen indwarsrichting. Hiermee vervalt de noodzaak om de langswape-ning te omsluiten. Het bijbehorende staafwerkmodel is gete-kend in figuur 4.VerankeringEen effectieve verankering van dwarskrachtwapening is essen-tieel. Verankering van dwarskrachtwapening kan, in de meestalgemene zin, worden verkregen door middel van het realise-ren van voldoende verankeringslengte van de staaf of van eenmechanische verankering. Het verkrijgen van voldoende veran-keringslengte wordt in het algemeen verwezenlijkt doorombuigingen en haken. Binnen een haak of een ombuigingbehoort een staaf te zijn aangebracht. Echter, in de ombuigingwordt het beton blootgesteld aan relatief hoge stuikspanningenbij het bereiken van de vloeitrekkracht van de staaf. Dit kanresulteren in het splijten of lokaal verbrijzelen (stuiken) van hetbeton. Ten gevolge hiervan treedt slip op in de bocht van deomgebogen wapening voordat de volledige treksterkte van destaaf wordt bereikt [2]. Daardoor wordt de volledige treksterktein de staaf pas bereikt op enige afstand van de bocht.Bovengenoemde problemen worden doorgaans vermeden bijtoepassing van kopdeuvels, waarbij de verankering onafhanke-lijk is van de hechting tussen de staaf en het omhullende betonof een kruisende staaf. De verankering van de kop gedraagtzich aanzienlijk stijver dan die van een omgebogen wapenings-staaf; proeven hebben aangetoond dat de optredende slip nage-noeg verwaarloosbaar is. Dit resulteert in een geringere scheur-wijdte en daardoor een verhoogde frictie in de scheur en duseen toename van de bijdrage van het beton aan het afschuif-draagvermogen. In de Canadese betonvoorschriften wordt dezeverhoogde dwarskrachtcapaciteit bij toepassing van kopdeuvel-staven reeds normatief erkend [3].Doordat de volledige verankering direct vanaf de kop plaats-heeft, is de maximale trekcapaciteit over de volledige staaf-lengte beschikbaar. De kopdeuvelstaaf is langer dan het effec-tieve verticale deel van een beugel, en doorsnijdt daardoormeer dwarskrachtscheuren. Door dit laatste, in combinatie meteen lagere stuikspanning en een geringere optredende slip, zijnKopdeuvels als dwarskrachtwapening 2011 | online 4op de deuvelkop. De positie van de onderkop ten opzichtevan de onderwapening is echter afhankelijk van de positievan het ondernet, en de aanwezige tolerantie tussen boven-en ondernet. Een nauwgezette uitvoering is daarom eenvereiste.PraktijkvoorbeeldenKopdeuvels als dwarskrachtwapening in platen zijn reedstoegepast bij de fundatievloeren van de E.ON-centrale inRotterdam en van het diepe station Rokin op het traject van deNoord/Zuidlijn in Amsterdam. De dikte van deze vloerenbedraagt 2,5 tot 5 m. Ook de fundatievloer van station Vijzel-gracht, met een dikte vari?rend van 2,2 tot 3,7 m, zal wordenvoorzien van kopdeuvels voor de opname van dwarskracht.Voor de diepe stations vormde met name het verkorten van deuitvoeringstijd een doorslaggevend criterium bij de keuze voorhet toepassen van dit innovatief wapeningssysteem.ConclusiesUit het voorgaande kan worden geconcludeerd dat kopdeuvelseen geschikt alternatief vormen voor dwarskrachtbeugels inplaten. Toepassing resulteert in lagere wapeningsconcentraties,eenvoudiger vlechtwerk, en daarmee dus snellere wapenings-montage en lagere arbeidskosten.De positie van de koppen van de deuvelstaven ten opzichte vande hoofdwapening is cruciaal voor het adequaat kunnen functi-oneren van de kopdeuvelstaven als dwarskrachtwapening. Eennauwkeurige uitvoering onder inachtname van de gegeventoelaatbare toleranties is een vereiste. Indien de te verwachtentoleranties niet binnen deze grenzen vallen, kan een extramarge worden gecre?erd door een verhoogde dekking toe tepassen. De lengte van de kopdeuvelstaaf moet evenwel worden gecor-rigeerd voor de mogelijke toleranties, teneinde aan dedekkingseisen te blijven voldoen. Tot de mogelijk optredendetoleranties behoren o.a. toleranties ten gevolge van het (onop-zettelijk) schuin aanbrengen van de kopdeuvelstaven en tole-ranties in de dikte van de vloer. Door het toepassen van eengrotere dekking kunnen de toelaatbare toleranties wordenverhoogd.De positie van de koppen ten opzichte van de buigwapeningis cruciaal. Om aan het knooppuntevenwicht te kunnenvoldoen, moet de buigwapening liggen in het invloedsgebiedvan de ankerkop (fig. 4). Wanneer de kopdeuvelstaven aan debovenwapening worden bevestigd, is een juiste positie tenopzichte van de bovenstaaf door middel van de montagestripgegarandeerd. De strip garandeert tevens de betondekking? =30?30?Aknooppunt knooppunt liTerATuur1 Ghali, A. & Youakim, S.A.,Headed Studs in Concrete:State of the Art. ACI StructuralJournal, 2005 Vol. 102, Nr. 5.2 Marti, P., Design of ConcreteSlabs for Transverse Shear. ACIStructural Journal, 1990 Vol. 87,Nr. 2.3 CSA Committee A23.3, Design ofConcrete Structures: Structures(Design)- A National Standard ofCanada. Canadian StandardsAssociation, Canada, 2004.4 ACI 421.1R-08, Guide to ShearReinforcement for Slabs. Ameri-can Concrete Institute, 2008.23 4