Afschuifcapaciteit van ankers met mortelgevulde stelruimte

Het onderzoek

In dit onderzoek zijn de vergelijkingen uit de vigerende codes beschreven, wat de verschillen onderling zijn, hoe constructeurs hier in de dagelijkse praktijk mee omgaan en welke vergelijkingen door de diverse rekensoftware wordt gebruikt. Uit de vergelijkingen blijkt dat de afschuifcapaciteit door de stelruimte moet worden gereduceerd en deze laat zich het beste vatten in een β-factor. Het onderzoek richt zich verder op de beschrijving van β. Voor deze beschrijving wordt de dagelijkse praktijk, de veiligheid en eenvoud van het ontwerp en het constructieve gedrag van de hele verbinding meegenomen.

Onderliggend aan de vergelijkingen zijn in het verleden experimenten uitgevoerd door onder andere het Stevin-laboratorium van de TU Delft, Fischer en de Universiteit van Florida. Deze resultaten zijn onderzocht en met elkaar en de vigerende codes vergelijken. Voor een breder beeld is de vergelijking en een onderliggend experiment voor de bepaling van afschuifcapaciteit van bouten bij het gebruik van stalen vullingen in staal-staalverbindingen ook meegenomen. Hier vindt hetzelfde mechanische gedrag plaats.

EEM-model

Om het complexe gedrag van het krachtenspel in het anker, dat veroorzaakt wordt door de afschuifkracht en het moment dat door de stelruimte ontstaat, in beeld te krijgen is voor dit onderzoek in Diana een EEM-model gemaakt. Dit model sluit aan bij de proefresultaten en de onderzochte vergelijkingen en kan daarom gebruikt worden om conclusies te trekken. Voor de randvoorwaarden van het model zijn diverse conservatieve aannames gemaakt om de werkelijke afschuifcapaciteit van de ankers niet ongegrond over te waarderen. Enkele voorbeelden hiervan zijn: geen stelmoer onder de voetplaat zodat de langste buiglengte van de ankers wordt gecontroleerd, de wrijvingsfactoren conform de codes die lager zijn dan in de proeven zullen zijn opgetreden en een brosser gedrag van het ankermateriaal dan uit trekproeven blijkt.

Resultaten

Uit de resultaten van het EEM-model blijkt dat van de huidige vergelijking voor afschuifcapaciteit van ankers:

• NEN-EN 1993-1-8 bij de hoge stelruimte rond 3*diameter het dichtst in de buurt van de proefresultaten komt en bij lagere stelruimtes een veilige onderschatting geeft.
• NEN-EN 1992-4 met mortelvoeg diverse onjuiste randvoorwaarden kent en beschreven is met een aflopende β wat door het oplopen van stelruimte door het stellen onverstandig kan zijn. Tijdens het ontwerptraject weet men niet altijd zeker wat de exacte hoogte van stelruimte na montage is.
• NEN-EN 1992-4 zonder gevulde voeg een onnodig lage inschatting van de afschuifcapaciteit geeft. Omdat deze vergelijking als conservatief bekend staat, wordt deze vergelijking met de nodige regelmaat genegeerd binnen bijvoorbeeld rekensoftware. Het vervolgens niet toepassen van één van de hiervoor genoemde vergelijkingen leidt tot een grote overschatting van de afschuifcapaciteit en zou daarom niet van toepassing mogen zijn op stelruimtegevulde verbindingen.

Voorstel

Uit dit onderzoek volgt het voorstel om de huidige vergelijking voor schuif van bouten en ankers volgens NEN-EN 1993-1-8-tabel 3.4 uit te breiden met een reductiefactor β waarop de volgende randvoorwaarden van toepassing zijn:

• Vanaf een voeghoogte groter dan 1/3*diameter dient de afschuifcapaciteit gereduceerd te worden.
• De mortelvoeghoogte mag niet groter zijn dan 3*diameter of 0,2*de kleinste breedte van de voetplaat conform NEN-EN 1992-1-1.
• Stalen vulplaten mogen bij staal-betonverbindingen alleen worden toegepast als de aansluitvlakken evenwijdig aan elkaar zijn en na montage aan geen enkele zijde een openstand aanwezig is. Er geldt hierbij een maximum van drie platen.

Als aan deze randvoorwaarden is voldaan, gelden de volgende vergelijkingen voor de β-factor:

• voor een gevulde tussenruimte door middel van een mortelvoeg of enkele stalen vulplaat
  β = 0,745 − 0,0005 ∗ 𝑓𝑦𝑏
• voor meerdere stalen vulplaten
  β =       9d     
          8d ∗ 3tp

Door dit voorstel kunnen de volgende vergelijkingen komen te vervallen:

• NEN-EN 1993-1-8 vergelijking 3.3
• NEN-EN 1993-1-8 vergelijking 6.2
• NEN-EN 1992-4 paragraaf 7.2.2.3.1

Er is door de conservatieve aannames in het EEM-model ruimte om extra invloedfactoren te introduceren die het gedrag nauwkeurig beschrijven. Op basis van de proef- en modelresultaten zijn hier aanbevelingen voor gedaan die nader onderzoek nodig hebben.

Lees het hele rapport

Download