===auteur Arno Jeurdink Heijmans Infra Theoretisch inzicht ondersteunings const ructies Bekistingen en ondersteuningsconstructies zijn weliswaar tijdelijke constructies, toch zijn ze allerminst van ondergeschikt belang. Je zou kunnen stellen dat ze op het moment van gebruik zelfs een hoofddraagconstructie zijn. Reden voor Stubeco om ruim aandacht te besteden aan dit onderwerp. Twee rapporten, een over ondersteuningsconstructies en een over houten bekistingsconstructies, zijn hiertoe recent herzien. Stubeco-rapporten D07 en D10 herzien Kennis van bestaande rapporten Dit artikel gaat niet uitgebreid in op de inhoud van de Stubeco-rapporten. Daarvoor wordt naar de rapporten zelf verwezen. Voor een volledig begrip van de passages die wel over de inhoud gaan, is het raadzaam kennis te hebben van de inhoud van de materie. 1 Vloer in de kist Bron: Heijmans Infra 12 VAKBLAD I 2 2018 H et ontwerpen van bekistingen en ondersteuningen is een specialis- tisch vak. Door de complexiteit en grootte van veel hedendaagse bouw- werken, is het alleen maar specialisti- scher geworden. Zeker in het verleden was het niet altijd duidelijk hoe de materiaalnormen moesten worden toe- gepast en met welke belastingen moest worden gerekend. Dit leidde vaak tot onvoldoende inzicht om een optimale constructie te kunnen ontwerpen. Er zijn in het verleden diverse studies verricht om tot een eenduidige en objectieve ontwerpbenadering te komen. Dit onder andere door de stichting Arbeidstechnisch Onderzoek Bouwnijverheid en later door SBR (fig. 2). Rijkswaterstaat, TNO-IBBC, de Nederlands Spoorwegen (fig. 3) heb- ben ook een belangrijke bijdrage gele- verd in de kennisontwikkeling, onder meer dankzij inbreng van diverse leden van Stubeco. In het 'Handboek Bekistingen' uit 1980 is een speciaal hoofdstuk gewijd aan het berekenin- gen van ondersteuningen en bekistingen. Zo'n twintig jaar terug zijn binnen Stu- beco twee studiecellen opgericht, te weten D05 ? Houten bekistingsconstruc- ties en D07 ? Tijdelijke constructies voor het ondersteunen van bekistingen, die de bijbehorende rapporten D05 en D07 hebben opgeleverd. Rapport D05 is in 2103 geactualiseerd tot D10, waarbij de invloed van de Eurocode is verwerkt. De aanbevelin- gen in dat rapport die waren opgeno- men ten aanzien van systeemdragers hebben nu geleid tot een nieuwe aan- vullende versie D10.2. Ook recent is gewerkt aan een update van rapport D07 tot D07.2, met name als doel om aansluiting te vinden met de Eurocode. Commissieleden Het rapport D07-02 is opgesteld door: ? A.J. Jeurdink (Heijmans Infra) ? voorzitter en mentor ? G.F.A.J.M. Joordens (Safe) ? A.H.J. Lazet (VolkerInfra) ? N. Saadon (Ballast Nedam Construction) ? G.A. Waayer (BAM Infra) ? L. Zwetheul (oud-medewerker Van Hattum en Blankevoort) ? redacteur Het rapport D10-02 is opgesteld door: ? J.J.A. Clephas (VolkerInfra) ? voorzitter ? A.J. Jeurdink (Heijmans Infra) ? J. van den Nouweland (Vogels) ? L. Zwetheul (oud-medewerker Van Hattum en Blankevoort) ? redacteur ? C.J. Tol (Ballast Nedam Infra Speciale Projecten) ? coördinator Stubeco (KoKo) Theoretisch inzicht ondersteunings const ructies 2 Studies van Stichting Bouwresearch (SBR) van studiecommissie A28 en B27 3 Richtlijnen voor de berekening van ondersteuningsconstructies van de Nederlandse Spoorwegen 13 VAKBLAD I 2 2018 auteur Naam Functie Rapport D07.2 Het doel van het rapport D07.2 'Tijde- lijke constructies voor het ondersteu- nen van bekistingen' is het eenduidig aanbieden van rekenregels die aanslui- ten op de huidige regelgeving. Het rap- port geeft toelichtingen, handvatten en voorbeelden. Het rapport beperkt zich tot de stalen draagconstructies onder zware vloeren van gebouwen en dek- ken van bruggen en viaducten (fig. 4). Met betrekking tot de houten onderdelen wordt gerefereerd aan rapport D10-2 (zie onder 'Rapport D10.2'). In de herziene versie is de theorie van de statica (grotendeels) ongewijzigd gebleven. Met name de kennis over toetsingen is aangepast. Ondersteuningsconstructies zijn hulp- constructies die overwegend statisch worden belast. De in rekening te bren- gen belastingen zijn terug te vinden in de verschillende Eurocodedelen. Door het tijdelijke karakter van de belasting op hulpconstructies, de bijzondere belastingssituaties, het veelvuldig gebruik van gebruikt materiaal en het feit dat de meeste constructies 'gesta- peld' zijn, is inzicht in het gedrag van de constructie tijdens de verschillende bouwfasen van groot belang.In de loop van de tijd hebben enkele grote opdrachtgevers eigen richtlijnen opgesteld voor het ontwerpen van hulpconstructies. Aannemer en dus ook constructeur van het hulpwerk moeten rekening houden met deze mogelijke richtlijnen. Tegenwoordig wordt echter steeds meer gerefereerd aan de Euro- code. De aannemer blijft in alle geval- len verantwoordelijk voor een veilige constructie. Inhoud Het rapport gaat uitgebreid in op de in rekening te brengen belastingen, belastingscombinaties en belastings- factoren. Het gaat daarbij niet alleen om directe horizontale en verticale belastingen maar ook om de afgeleide componenten, bijvoorbeeld de effec- ten van verkantingen en excentricitei- ten (fig. 5). Deze leiden onder andere tot torsie-effecten. Verder wordt ingegaan op materiaalei- genschappen en vervormingen. In het deel over toetsen van onderslagen komen diverse theoretische benaderin- gen aan de orde. Het geheel wordt onderbouwd aan de hand van enkele rekenvoorbeelden. De nodige detailtoetsen worden in het rapport beschreven en in detail uitge- werkt. Met name drie toetsen krijgen extra aandacht: torsie, kip en kip in combinatie met buiging en torsiemomenten. Torsie Onderslagbalken worden op wringing belast door uitwendige belastingskop- pels die ontstaan door excentrisch aan- grijpende belastingen. Als gevolg van dit wringende moment treden in de onderslagbalk additionele schuif- en buigspanningen op. In principe zijn er twee verschijnselen van torsie, namelijk wringing volgens Saint-Venant en welvingswringing. De gevolgen van de Saint-Venant-wrin- ging, ofwel pure wringing, zijn over het algemeen redelijk goed bekend. Dat geldt minder voor het fenomeen wel- vingswringing. Welving ontstaat als een doorsnede op wringing wordt belast en de doorsneden niet vlak blij- ven (fig. 6). Als gevolg hiervan ontstaat een samen- stel van langsspanningen die in axiale zin in evenwicht zijn, maar in de door- snede van bijvoorbeeld een I-profiel buigende momenten in de flenzen om de z-as veroorzaken. De buigende momenten in onder- en bovenflens zijn gelijk maar tegengesteld van teken. Dit moment staat bekend als bi-moment. 4 Onderdelen ondersteunings- constructie 5 Invloed van verkanting en excentriciteiten: verticale belasting niet door het zwaartepunt van de doorsnede 14 VAKBLAD I 2 2018 In het rapport is een differentiaalverge- lijking voor het berekenen van dit bi- moment gegeven. Hoewel er eenvoudigere methoden zijn, die ook in het rapport worden genoemd, wordt aanbevolen de methode met differentiaalvergelijkin- gen toe te passen. Kip Bij de toetsing op stabiliteit van onder- slagen moet de kipstabiliteit worden onderzocht. Kip is het zijdelings uitbui- gen van een I-vormige ligger als gevolg van tweedeorde-effecten door druk in de bovenflens (fig. 8). Het kan nodig zijn maatregelen te nemen in de vorm van gaffelopleggingen (oplegging waarbij naast translatie ook rotatie wordt voorkomen, fig. 7) of onderflen- sinklemmingen (fig. 9). Om te bepalen of die maatregelen nodig zijn, is het een optie te rekenen met de invloed van de wrijving van de contact-bekisting op de kinderbinten, die als zij- delingse steun fungeert voor de onder- slagen. Deze mogelijkheid moet echter nader worden onderzocht, het wordt in de huidige praktijk niet of zelden gedaan. In NEN-EN 1993 (Eurocode 3) staan eisen gedefinieerd voor staven die aan gecombineerde buiging en druk zijn onderworpen. Deze zijn opgenomen in het rapport. Kip in combinatie met buiging en torsiemomenten De Eurocode geeft geen toets voor horizontale belasting en torsie in com- binatie met kipstabiliteit. Deze span- ningscombinatie treedt echter wel op. Vanwege dit hiaat in de Eurocode is een benaderingsmethode in het rap- port opgenomen. Nadere studie Tijdens de studie zijn er diverse punten naar voren gebracht die nadere studie vragen. ? Om combinatie van de vervorming van de hulpconstructie en de defini- tieve constructie tegen te gaan, kun- nen tooglatten (scheggen) worden toegepast. Daarvoor moet worden gerekend met een excentriciteit van 10 mm. Die aanname is discutabel. Net als de horizontale uitbuiging die, als gevolg van bovenstaande aspect, kan leiden tot een excen- trisch aangrijpen van de verticale last. ? De maximaal toelaatbare afstand van de gaffelsteunen en plooischotten tot de oplegging is voor discussie vatbaar. ? De invloed van wringing op de maat- gevende belastingsgevallen, in het bijzonder de vraag bij welke verkan- ting, c.q. hoogte-/breedteverhou- ding van de onderslagen een wrin- gingsberekening altijd noodzakelijk is. Vastleggen doorbuigingseisen in ontwerpeisen. 6 Welving 9 Onderflens inklemming 7 Mogelijke gaffelopleggingen 8 Het fenomeen kip 15 VAKBLAD I 2 2018 De navolgende punten betreffen meer uitvoeringstechnische aspecten: ? De invloed van de stijfheid van de bekisting (schijfwerking) op de hori- zontale uitbuiging en op de kipstabi- liteit van de onderslagen. ? De praktische uitvoerbaarheid van kipschotten of gaffelsteunen nabij de opleggingen van ondersteuningen, waarbij de onderslagen de moerbalk scheef kruisen. Rapport D10.2 Doel van rapport D10-02 is het aanbie- den van een uniforme richtlijn voor het toepassen van de rekenregels voor hou- ten bekistingen volgens de Eurocode. Rapport D10 was zoals gezegd al aan- gepast aan de Eurocode. In de nieuwe versie is het rapport aangevuld met informatie over het berekenen van sys-teemdragers en de berekening van oplegdrukken. Inhoud In het rapport wordt ingegaan op de verschillende soorten samengestelde houten systeemdragers (fig. 10), de CE-markering en de sterkte-eigen- schappen. Alles wordt onderbouwd met rekenvoorbeelden. Aan enkele belangrijke zaken is extra aandacht besteed: ? modificatiefactoren; ? Uiterste GrensToestand (UGT) versus BruikbaarheidsGrensToestand (BGT); ? berekeningen voor de oplegdruk. Modificatiefactoren Bij het berekenen van houtconstructies gelden volgens de Eurocode een aantal modificatiefactoren. Omdat de Euro- code bedoeld is voor houten construc- ties in het algemeen worden in het rap- port aanbevelingen gedaan voor de hoogte van de factoren voor houten systeemdragers. ? In de berekening moet voor de mate- riaaleigenschappen van de dragers een partiële materiaalfactor ? M wor- den aangehouden. In tabel 2.3 in NEN-EN 1995-1-1 (Eurocode 5) staan diverse waarden. De commissie beveelt aan de waarde 1,3 aan te houden. ? Naast een partiële materiaalfactor geldt ook een modificatiefactor M mod , die de invloed van de belas- tingduur en vochteigenschappen in rekening brengt. Voor de belasting- duurklasse kan volgens het rapport voor systeemdragers 'kort' worden aangehouden, in het algemeen ? 1 week. Het beton wordt veronder- steld dan al een aanzienlijke sterkte te hebben ontwikkeld. Verder wordt aanbevolen klimaatklasse 2 aan te houden (vochtgehalte ? 20%). Dit leidt volgens tabel 3.1 van NEN- EN-1995-1-1 tot een waarde van k mod van 0,9. ? Voor de sterkteklasse van systeem- dragers wordt klasse C24 aangehou- den (volgens NEN-EN 338). Alle detailtoetsen worden in het rap- port beschreven en in detail uitgewerkt. UGT versus BGT Tijdelijke constructies moeten volgens de Eurocode worden getoetst voor de zogenoemde Uiterste GrensToestand (UGT). Leveranciers verwijzen voor het berekenen van houten bekistingsdra- gers vaak naar NEN-EN 13377 'Houten bekistingdrager'. Hierin wordt van diverse type dragers een 'Safe Working Load' gegeven, waarden die niet afwij- ken van de waarden in de BGT. Om te voldoen aan de Eurocode moeten deze dus worden omgerekend naar een UGT. 10 Houten systeemdrager 16 VAKBLAD I 2 2018 auteur Naam Functie Hierbij wordt geadviseerd te rekenen met veiligheidsniveau CC2, met een bij- behorende belastingsfactor ? F van 1,5. De constructeur kan hier ? bij een ander gekozen gevolgklasse ? van afwijken. Voor toetsen in de BGT kan wel gebruik worden gemaakt van de 'Safe Working Load'. Oplegdrukken Systeemdragers (kinderbinten) oefenen, al dan niet via een tooglat, een druk uit op de onderslagbalken (fig. 11). Deze druk moet worden getoetst. Het gaat dus om de oplegging van de kinderbint op de tooglat en de oplegging van de tooglat op de onderslag. In het eerste geval gaat het om een oplegging van 'puntlasten', omschreven als discrete oplegging. In het tweede geval om een oplegging over de volledige lengte ondersteund, dit is omschreven als con- tinue oplegging. Bij de berekening is de factor k c;90 van toepassing. Deze is afhankelijk van hoogte-breedteverhou- ding. De hoogte hiervan hangt ook af van of het om een tooglat of om een systeemdrager gaat. Bij het berekenen van de oplegdruk wordt gerekend met het effectieve oppervlak A eff. Dit betreft niet het geo- metrische contactvlak, maar er wordt aan weerszijden een spreiding van 30 mm gerekend, als deze aanwezig is. In het rapport zijn drie berekeningen voor het toetsen van de oplegdruk gemaakt: 1 Volgens de Eurocode; hierbij gelden de uitgangspunten zoals eerder genoemd. 2 Academische methode volgens TU Eindhoven (TU/e); deze is gebaseerd op het indrukken van de houtvezel in het gebied van de oplegging. Ver- plaatsingen zijn proefondervindelijk bepaald en er wordt een relatie gelegd met de Wet van Hooke. 3 Traditionele methode volgens NEN 6760; berekeningsmethode is niet meer actueel. De verhoudingen in de uitkomsten van deze berekening staan in tabel 1. Duidelijk wordt dat de uitkomsten voor dragers volgens de Eurocode hoger lig- gen dan die van de oude NEN 6760. Dat komt onder meer doordat in de Eurocode de invloed van de hoogte van een profiel niet in rekening wordt gebracht. Duidelijk is echter geworden, onder andere na diverse gesprekken met professor Jorissen van de TU/e, dat de hoogte wel aanzienlijke invloed kan hebben op de capaciteit. Deze hoogte moet minimaal 57 mm bedragen om spreiding van belastingen via de vezels te kunnen laten plaatsvinden. Kleiner kan, maar dan mag onder andere geen extra lengte in rekening worden gebracht om de oppervlaktespanning te kunnen berekenen. Ook blijkt dat de berekening van de druk loodrecht op de vezel volgens de Eurocode voor meerdere uitleg vatbaar en lastig te doorgronden is. Tot slot De rapporten hebben geen officiële status. Doordat de inhoud door een commissie van ervaren vakspecialisten is opgesteld, samenwerking is gezocht met externe specialisten en internatio- nale literatuur/regelgeving is geraad- pleegd, kan wel worden gesteld dat beide rapporten bruikbaar en betrouw- baar zijn. Hoewel praktische bruikbaar- heid een van de doelstellingen was, hebben de rapporten een hoog theore- tisch gehalte. Ze zijn dan ook in eerste instantie opgesteld voor ontwerpers/ constructeurs die zich bezighouden met tijdelijke constructies. Omdat de kennis helpt bij de realisatie van een gedegen ontwerp, hebben zowel uit- voerende partijen als leveranciers er ook voordeel van. 11 Oplegging kinderbint Verkrijgbaarheid De Stubeco-rapporten D07-02 en D10-02 zijn begin juni 2018 definitief vastgesteld. Ze zijn voor iedereen beschikbaar op www.stubeco.nl. Samenwerking Stubeco Het platform Betoniek en Stubeco, Studievereniging uitvoering beton- constructies, hebben uitgesproken nauwer met elkaar te willen samen- werken. De aard van die samenwer- king wordt momenteel nader uitgewerkt. Dit artikel is daar alvast een voorschot op. Tabel 1 Uitkomsten verschillende berekeningen oplegdruk drager in % tooglat in % Eurocode 100 100 TU/e 73 101 NEN 6760 75 105 17 VAKBLAD I 2 2018