Staal-betonverbindingen met extra wapening

In de bouw worden ankers meestal gebruikt om belastingen via stalen elementen over te brengen op het beton. Bij het ontwerpen van ankers in beton moeten ingenieurs rekening houden met verschillende falingsmechanismen, zoals staalfalen, betonkegelbreuk of een combinatie van uittrekken en betonkegelbreuk. Uit de 1 000 berekeningen die in 2019 bij HILTI werden verricht, bleek dat de meeste verbindingen faalden bij betonuitbreken.

Afbeelding 1 – Verhouding fouten in ankers volgens Hilti-onderzoek

Het gedetailleerd ontwerpen van achteraf geïnstalleerde ankers met extra wapening kan betonuitbraak voorkomen en leiden tot een algemene verhoging van de weerstand van de verbinding.

Afbeelding 2 – Soorten betonbreuk onder trek- en afschuifbelasting

Extra wapening wordt meestal toegepast door middel van ingegoten ankers om de belastingen over te brengen. Achteraf geplaatste ankers kunnen ook met aanvullende wapening worden ontworpen, volgens de nieuwe bepalingen van Eurocode 2, deel 4. In de praktijk vereist het maken van een ontwerp voor een anker na installatie, rekening houdend met de wapening van het basismateriaal, kennis van de afmetingen, de locatie ten opzichte van de randen en de materiaaleigenschappen van de wapening in het basismateriaal (die niet altijd beschikbaar zijn). Vanuit een ontwerpperspectief zijn er drie belangrijke aspecten waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van aanvullende wapening, volgens Eurocode 2 Deel 4:

• Staalbreuk in de wapening (EN1992-4, Table 7.1 and 7.2)

• Falen van de verankering van de wapening en het beton (EN1992-4, Table 7.1 and 7.2)

• Overdracht van druk van de wapening naar de betonstructuur (EN1992-4, section 7.2.1.2 e)

Afbeelding 3 – Werkingsprincipe van aanvullende wapening onder trekbelasting

Bij het ontwerpen van aanvullende wapening is de detaillering en de plaatsing van de wapening van belang: in het algemeen kan alleen wapening die zich binnen het conus bevindt als effectief worden beschouwd. Als de wapening binnen het conus onvoldoende is, dan wordt het bezwijken bepaald door de fragiele uitbrekingen. In dergelijke gevallen is het niet nodig de wapening in het ankerontwerp mee te nemen.

Extra wapening moet worden overwogen wanneer betonuitbraak de oorzaak is van bezwijken. Als het bezwijken wordt beheerst door uitbraak of andere bezwijkingsvormen, is het niet zinvol de wapening in het ontwerp mee te nemen - aangezien dit de totale weerstand van de verbinding niet zou verhogen. Wanneer ankers dicht bij een rand worden geplaatst, is het meestal niet mogelijk de volledige capaciteit van het beton te bereiken. Hieronder staan enkele voorbeelden voor het uitbreken bij trek of afschuif.

Trek – Beton breuk :

Afbeelding 4 – Verschil tussen geen wapening vs. extra wapening ontwerpen

• Grote inplantingsdiepte: Wanneer bevestigingsmiddelen een grote inplantingsdiepte hebben, kan de belasting eenvoudig worden overgebracht van het anker naar de wapening binnen het veronderstelde uitbreeklichaam. In het geval van korte ankers zou een aanvullend wapeningsontwerp niet leiden tot een verhoging van de weerstand, aangezien de belastingen niet overgebracht kunnen worden op de wapening binnen het veronderstelde uitbreeklichaam.

• Randafstand: In het geval van grotere randen is de verbetering van de totale weerstand wellicht niet relevant, aangezien de verbinding gewoonlijk bezwijkt bij uittrekken/gecombineerd uittrekken en betonnen conus.