09 JANUAR 2014

SFRC KONSTORIET, HELDAGSKONFERENCE 1

Ny designguide for stålfiberarmeret beton

Thomas Kasper, COWI A/S

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 2

Baggrund

› Danmark mangler en designguide

› Designguiden skal være et præ-normativt dokument, som

› følger Eurocode

› sætter en ramme for håndtering af fiberorientering generelt og især for SCC

› inkorporerer nyeste viden og tekniske udviklinger

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 3

Baggrund

› Vi har valgt at tage udgangspunkt i den tyske designguide (:

› Den blev publiceret som supplement til DIN 1045 i marts 2010 og opdateret til DIN EN 1992-1-1 i nov. 2012

› Den indeholder detaljerede designregler, som er i overensstemmelse / ligner Eurocode

› Den sætter en ramme for håndtering af fiberorientering vha. en fiberorienteringsfaktor

› Sammen med den tidligere DBV guideline "Merkblatt Stahlfaserbeton" fra okt 2001 har den været i brug i en række år

› Bekaert er med i udvalget for den tyske – dermed kan vi trække på Bekaert's indblik i baggrunden for den tyske designguide

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 4

Baggrund

› De to vigtigste ændringer / tilføjelser i forhold til den tyske designguide:

› 3-punkt bøjnings-forsøg (EN 14651) i stedet for 4-punkt bøjnings-forsøg

› Basis og retningslinjer for design og udførelse af SFR SCC (stærk fiberorientering – en styrke og en svaghed)

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 5

Overblik

› 65 sider, skrevet på engelsk

› Delt op i 5 dele:

› Del 1: Tilføjelser og ændringer til DS EN 1992-1-1 "Eurocode 2: Betonkonstruktioner – Del 1-1: Generelle regler samt regler for bygningskonstruktioner"

› Indeholder selve designregler

› Del 2: Tilføjelser og ændringer til DS EN 206-1 "Beton – Del 1: Specifikation, egenskaber, produktion og overensstemmelse"

› Produktion og produktionskontrol mht stålfiberarmeret beton

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 6

Overblik

› Del 3: Tilføjelser og ændringer til DS EN 14651 "Præfabrikerede betonelementer – Prøvningsmetode til beton med metalfibre – Måling af bøjningstrækstyrke (LOP)"

› Prøvningsmetode for bestemmelse af bøjningstrækstyrke

› Del 4: Tilføjelser og ændringer til DS EN 13670 / DS 2427 "Udførelse af betonkonstruktioner"

› Udførelse og udførelseskontrol

› Del 5: Tilføjelser og ændringer til BIPS C213 "Tegningsstandarder Del 3 – Betonkonstruktioner og –pæle"

› Regler for armeringstegninger med stålfiberarmeret beton

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 7

Overblik

› Designguide følger samme struktur og samme nummerering af overskrifter som de refererede normer

› Designguide er ikke kun relevant for de projekterende parter (Del 1 og 5), men også for de udførende parter (Del 2 til 4)

› Scope (1.1.2 i designguide)

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 8

Designprincipper - Trækstyrke

› Illustration af effekten af fiberorientering: Testplade

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 9

Designprincipper - Trækstyrke

› Illustration af effekten af fiberorientering Bjælke B8 Bjælke B10,2

28 AUGUST 2013

SFRC KONSORTIET, HØRINGSDAG 10

Designprincipper - Trækstyrke

› Illustration af effekten af fiberorientering Stor spredning af styrken som funktion af fiberorientering

0

5

10

15

20

25

30

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Last

[kN

]

Revneåbning [mm]

Arbejdskurver fra bjælkeforsøg B8B7,2

B4,2

B8,2

B4

B1

B5

B3,2

B3

B12,2

B6,2

B1,2

B7

B9,2

B2

B2,2

B12

B11,2

B10,2

B6

B11

B10

B10,2 B8

11

Designprincipper - Trækstyrke

Bjælkeforsøg jf. EN 14651

Performance class for reference-fiberorientering (= fiberorientering i testbjælker med sætmålsbeton)

Performance class L1/L2 (bøjetrækstyrker ved revneåbning 0.5 / 3.5 mm)

Bøjetrækstyrker regnes om til aksial-trækstyrker

L1 L2

12

Designprincipper - Trækstyrke

Fiberorientering i konstruktionen tages i regning vha. en

fiberorienteringsfaktor κfF, som

L1 og L2 værdierne ganges med

Aspekter:

• Bestemmelse og kontrol af fiberorientering i konstruktionen

• Bestemmelse af κfF

Bjælkeforsøg jf. EN14651

Performance class for reference-fiberorientering (= fiberorientering i testbjælker med sætmålsbeton)

Eksempel (designguide 3.6.3):

C30/37 L1.2/0.9 XC1

13

Designprincipper - Trækstyrke

› Bestemmelse af fiberorientering i konstruktionen:

› Simuleringer af støbningen

› Prøvestøbninger

› Erfaring (når der er samlet en tilstrækkelig mængde eksempler / data)

› Kontrol af fiberorientering i konstruktionen:

› Kontrol af støbeprocessen på byggepladsen – Det skal svare til ovennævnte simuleringer / prøvestøbninger / erfaringer

› Bestemmelse af κfF:

› Relation mellem fiberorientering (fibre counts) og trækstyrke (designguide Part 1, Annex L)

14

Designprincipper - Trækstyrke

› Designguide 3.6.3 side 17:

› Sætmålsbeton: κfF = 0.5 generelt, κfF = 1.0 for bøjning og træk i vandrette

pladekonstruktioner (uændret i forhold til den tyske)

› Tyskerne tager hensyn til, at fiberorientering kan være mindre gunstig i konstruktionen i forhold til testbjælkerne

› SCC: Anbefalede værdier for κfF i kapitel 9, side 33 - 37

15

Designprincipper - Trækstyrke

› SFR SCC: Anbefalede værdier for κfF i kapitel 9, side 33 – 37

Middle End

Longitudinal Vertical Transverse Longitudinal Vertical Transverse

1.25 0.40 0.40 0.75 0.40 0.40

Middle End End

Bjælker

> 1.0

16

Designprincipper - Trækstyrke

› SFR SCC: Anbefalede værdier for κfF i kapitel 9, side 33 – 37

Plader

Longitudinal Vertical Transverse

1.00 0.30 1.00

17

Designprincipper - Trækstyrke

› SFR SCC: Anbefalede værdier for κfF i kapitel 9, side 33 – 37

Vægge

Middle End

Longitudinal Vertical Transverse Longitudinal Vertical Transverse

Bottom 1.25 0.42 0.42 0.92 0.42 0.42

Center 1.00 0.50 0.42 0.83 0.56 0.50

Top 0.83 0.50 0.27 0.67 0.67 0.50

Middle End End

Top

Center

Bottom

18

Designprincipper - ULS M/N

b

h

zf

Ffd

Compression

Tension

x

d

Fsd

Fcd

zs

19

Designprincipper – ULS Forskydning

› Designguide 6.2:

› Uden forskydningsarmering

med

jf. DS EN 1992-1-1

𝑉𝑅𝑑,𝑐𝑓

= 𝑉𝑅𝑑,𝑐 + 𝑉𝑅𝑑,𝑐𝑓

𝑉𝑅𝑑,𝑐

𝑉𝑅𝑑,𝑐𝑓 =𝛼𝑐

𝑓∙ 𝑓𝑐𝑡𝑅,𝑢

𝑓∙ 𝑏𝑤 ∙ ℎ

𝛾𝑐𝑡𝑓

20

Designprincipper – ULS Forskydning

› Designguide 6.2:

› Med forskydningsarmering

med

jf. DS EN 1992-1-1

𝑉𝑅𝑑,𝑠

𝑉𝑅𝑑,𝑠𝑓

= 𝑉𝑅𝑑,𝑠 + 𝑉𝑅𝑑,𝑐𝑓 ≤ 𝑉𝑅𝑑,𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑅𝑑,𝑐𝑓 =𝛼𝑐

𝑓∙ 𝑓𝑐𝑡𝑅,𝑢

𝑓∙ 𝑏𝑤 ∙ ℎ

𝛾𝑐𝑡𝑓

21

Designprincipper – ULS gennemlokning

› Designguide 6.4:

med

jf. DS EN 1992-1-1

𝑣𝑅𝑑,𝑐𝑓

= 2𝑑

𝑎𝑣𝑅𝑑,𝑐 + 𝑣𝑅𝑑,𝑐𝑓 ≤ 𝑣𝑅𝑑,𝑚𝑎𝑥

𝑣𝑅𝑑,𝑐

𝜈𝑅𝑑,𝑐𝑓 = 0.85𝛼𝑐

𝑓∙ 𝑓𝑐𝑡𝑅,𝑢

𝑓

𝛾𝑐𝑡𝑓

22

Designprincipper – ULS torsion

› Designguide 6.3:

› Fibrene må ikke tages i regning

Designprincipper – ULS gitteranalogier

› Designguide 6.5:

› Fibrene må tages i regning under visse forudsætninger

23

Designprincipper – SLS revnevidder

› Designguide kapitel 7

𝑤𝑘 = 𝑠𝑟,𝑚𝑎𝑥 ∙ (𝜀𝑠𝑚𝑓

− 𝜀𝑐𝑚)

𝜀𝑠𝑚𝑓

− 𝜀𝑐𝑚 =

1 − 𝛼𝑓 ∙ 𝜎𝑠 − 0.4 ∙ 𝑓𝑐𝑡,𝑒𝑓𝑓∙1

𝜌𝑝,𝑒𝑓𝑓

𝐸𝑠≥ 0.6 ∙ 1 − 𝛼𝑓

𝜎𝑠𝐸𝑠

𝑠𝑟,𝑚𝑎𝑥 = 1 − 𝛼𝑓 ∙𝑠

3.6 ∙ 𝜌𝑝,𝑒𝑓𝑓≤ 1 − 𝛼𝑓 ∙

𝜎𝑠 ∙𝑠

3.6 ∙ 𝑓𝑐𝑡,𝑒𝑓𝑓

𝛼𝑓 =𝑓𝑐𝑡𝑅,𝐿1

𝑓

𝑓𝑐𝑡𝑚

24

Del 2

› Produktion og produktionskontrol:

› Regler for kontrol af

› den korrekte fibertype (inspektion)

› fiberindhold of jævn fiberfordeling (wash-out eller magnetisk induktion)

› bøjetrækstyrke (bjælkeforsøg)

i produktionen

Del 3

› Udførelse af bjælkeforsøg og bestemmelse af bøjetrækstyrke som grundlag for bestemmelse af Performance class

25

Del 4

› Udførelse og udførelseskontrol:

› Modtagelseskontrol (fiberindhold og bøjetrækstyrke)

› Den nødvendige indsats for blanding, støbning og kompaktering stiger med fiberindhold og fiberlængde / fiberdiameter forholdet

› Betonens flydning i formen kan have indflydelse på fiberorientering for sætmålsbeton og har markant indflydelse på fiberorientering for SCC

Del 5

› Specifikation af støbesektioner med SFRC, Performance class, muligvis øvergrænse for fiberlængde, minimum fiberorienteringsfaktorer (hvis SCC)

26

Demoprojekt 1

› Eternitgrunden i Aalborg: Bundplade til et regnvandsbassin

› Revneviddekrav på 0.2 mm

› SFRC SCC, kombineret armering

25 JANUARY 2012

SFRC CONSORTIUM, MID-TERM SEMINAR 27

Demoprojekt 1

Traditionel armering

(Y16 – 100 mm begge

retninger i top og bund)

Kombineret armering

(Y10 – 100 mm

netarmering i top og

bund + 30 kg/m3 fibre)

𝜀𝑠𝑚 − 𝜀𝑐𝑚 0.74 ‰ 1.04 ‰

𝑠𝑟,𝑚𝑎𝑥 265 mm 200 mm

𝑤𝑘 0.196 mm 0.206 mm

Total stålmængde

(kg/m3) 158

91

28

Demoprojekt 1

› Forsøg verificerede, at der for denne type plade med denne armering kan regnes med random fiberorientering

29

Demoprojekt 2

› Slagelse Omfartsvej Underføring

› Rammebro

› Fundamenter støbt 25.06.2012 i SFR SCC

› Væggene støbt 04.09.2012 i SFR SCC

› Brodækket støbt 04.09.2012 i SFRC

30

Demoprojekt 2

Top armering undladt

Fundamenter

31

Demoprojekt 2

Fordobling af længdearmering undladt

Nedre del af væggene

32

Demoprojekt 2

Ikke brug for bøjler pga. fibre

Overgang Brodæk - Kantbjælker

33

Demoprojekt 2

Generelt:

En del af armeringen blev erstattet af fibre eller

Lavere udnyttelsesgrader

34

Demoprojekt 2

Med stålfibre og svejst net (B) Ø8/100 og Ø8/150

Uden stålfibre Ø16/160, Ø12/225, Ø16/185, Ø12/170

Rullenet mulig

Dæk

Stålfibre

Armering

35

Demoprojekt 2

Uden stålfibre men med svejst net (B) Ø8/100

Med stålfibre og svejst net (B) Ø8/150

Væg – for laster

Stålfibre

Armering

36

Demoprojekt 2

Uden stålfibre Ø16/150

Med stålfibre og svejst net (B) Ø10/150

Væg – for svind (bund)

Stålfibre

Armering

37

Aflsutning

› Feedback til designguiden er meget velkommen og bedes sendt til tkas@cowi.dk og lnth@teknologisk.dk

› Vi vil opdatere og udvide det eksisterende DKBI kursus "Fiberarmeret beton for bærende konstruktioner" med henblik på den nye danske designguide og execution guideline

› Tak for opmærksomheden !

mailto:tkas@cowi.dkmailto:lnth@teknologisk.dk