Normen voor Vezelversterkte Kunststof (VVK)

Normen voor Vezelversterkte Kunststof (VVK) Ing. Kees van IJselmuijden PMSE Ir. Liesbeth Tromp

Composiet    

Wie heeft er een surfplank (gehad)? Wie heeft er boot? Wie heeft kunststof constructief toegepast? Wie zou het willen toepassen?

Normen voor VVK

Page 2 28 maart 2013

presentatie   

Wat is kunststof en wat zijn de verschillen met de traditionele materialen CUR en Eurocode en waarom? Waarom kies je voor kunststof en wat maakt dit materiaal zo mooi?

Normen voor VVK


Staal vs VVK onderdeel

staal

VVK

profielen

standaard IPE, HEA, enz

Pultrusie: IPE, box, C-profielen

platen

staalplaat of orthotrope dek

VVK-plaat of sandwich

materiaal

S235;S355; enz.

GVK, CVK, Hybride

E-modulus

isotroop, E in alle richtingen gelijk

anisotroop, E in alle richtingen anders en invloedbaar

uitzetting

in alle richtingen gelijk

in alle richtingen ongelijk, afhankelijk van vezels

verbindingen

bouten en lassen

bouten (indien nodig), lijmen en injecteren

Normen voor VVK


Wat is composiet? 

(Kunststof) Composiet = vezelversterkte kunststof = vezel + hars (matrix)

Wat is de rol van de vezel? • Mechanische eigenschappen: stijfheid, sterkte (Trek en druk) Wat is de rol van de hars? • Drukondersteuning vezel • Verlijming tot laminaat • Chemische eigenschappen (UV,vocht, chemicaliën, brandeigenschappen, etc)

vezel

Geïmpregneerde vezel

Normen voor VVK


Vezeloriëntatie / Laminaat Types

Description

Unidirectional (0° or 90°)

425 - 2400g/m²

Biaxial ( ± 45' )

250 - 1200g/m² Combination & tape available

Biaxial (0° /90° )

300 - 1700g/m² Combination available

Triaxial (0° /±45° ) (-45° /90° /+45° )


Quadriaxial (0° /-45° /90° /+45°)


Normen voor VVK


Vacuüminjectie

simulation

  

Injectie van hars onder folie met 1 bar drukverschil. Geen beperkingen in afmetingen doorsnede (dikte is bepalend) Grote vormvrijheid en materiaalcombinaties materialen zijn mogelijk

Normen voor VVK


Pultrusie

  

Continue geautomatiseerd proces voor productie prismatische profielen Beperkte afmetingen doorsnede Vezels vooral in lengterichting Normen voor VVK


Mechanische eigenschappen

UD Glas

tensile modulus GPa

  

Staal 36: UD glas, Vf 50% QI glas Vf 50%

 

UD Koolstof Vf 60% 0/90 Koolstof Vf 50% Normen voor VVK

ultimate strength MPa

210 37.7 18 .6

400 565 222

135 70

1500 600 Page 9 28 maart 2013

strain at failure (%)

0.2 1.5 1.2

1.05 0.85

specific density

7.85 1.88 1.88

1.56 1.5

Waar wordt composiet toegepast? Hoge sterkte Lichtgewicht       

Vliegtuigen (interieurdelen en structural parts) Transportmiddelen (treinen, bussen) Verpakkingen Ruimtevaart Sportequipment Tijdelijke constructies etc

      

Drukvaten Rotorbladen Tuien Brugdekken Vishengels Masten, gieken Etc.

Electrische en thermische eigenschappen       

Normen voor VVK

Mijnenvegers Radardomes Koelwagens Röntgen tafels Ruimtevaart Machinedelen Etc.

Chemisch resistent, onderhoudsarm (geen corrosie)       

Drukvaten Pijpleidingen Opslagtanks Bruggen Jachtrompen Industriele trappen, roosters Etc.

Energieabsorptie

Vormvrijheid      

Vormdelen, aerodynamische kappen. Moskee koepels Architectuur Propellors Kunst, stoel Etc.


      

Formule 1 wagens Bumper Crashcones Helicopterstoelen Pantseringplaten, Helmen Etc.

Onzekerheid bij innovatieve nieuwe materialen

Ontwerp Lightweight Structures

Ontwerp Royal Haskoning

Ontwerp Royal Haskoning, Lightweight Structures en Ballast Nedam

Normen voor VVK


Waarom kiezen we traditioneel voor staal of beton? •

2007 Hollandse brug (bj. 1969) voldoet niet op sterkte na ca. 40 jaar

•

2009 Renovatie 8 stalen bruggen (bj. 1967 t/m 1976 en 1990) voldoen na ca. 40 jaar niet op vermoeiing.

Normen voor VVK


Er is al veel gerealiseerd op basis van de huidige VVKrichtlijnen 

1996 EUROCOMP Design Code Structural Design of Polymer Composites



NL: 2003 CUR 96 Vezelversterkte kunststoffen in civiele draagconstructies



UK: 2005 BD90/05 Design of FRP Bridges and Highway Structures



USA: 2008 AASHTO: Guide Specification for Design of FRP Pedestrian bridges

Allen niet compleet, nieuwe richtlijn is nodig!!

Normen voor VVK


Wensen voor nieuwe richtlijn!   

Toegankelijk Herkenbaar Gelijkwaardig 

Betrouwbaar

Hoe doen we dat?  Opzet op basis van methodiek van Eurocode 

Let op: Een VVK-richtlijn of norm wil niet zeggen dat een beton- of staalconstructeur met VVK kan ontwerpen. Opleiding is nodig.

Normen voor VVK


Eurocode opzet

VVK

Normen voor VVK


2010: Start CUR Aanbeveling 96+

Rijkswaterstaat DI, Gemeenten, FiberCore, Bijl Profielen, Lightweight Structures, DSM, PPG, WMC, Technoconsult, Biinc, Breijn en Royal Haskoning

Commissie later aangevuld met: NEN, Witteveen + Bos; Movares; Arcadis; Teijin; CTC; Solico Normen voor VVK


Aanpak 

Fase 1:

Inventarisatie (100% gereed)  Aerospace  Offshore  Windindustrie  Jachtbouw

 

Fase 2a: Fase 2b:

Schrijven van de aanbeveling volgens Eurocode (95%) Leren van gerealiseerde projecten (60% gereed)  Wat ontbreekt er?  Wat is de betrouwbaarheid?

Normen voor VVK


Hoofdstukken CUR96+ Verantwoordelijke uitvoering

Hoofdstuk

1 Algemeen 2 Grondslagen van het ontwerp en de berekening

Royal HaskoningDHV/Kees van IJselmuijden Royal HaskoningDHV/Kees van IJselmuijden en Liesbeth Tromp

3 Materialen

DSM/José Maria Rodriguez

4 Duurzaamheid 5 Constructieve berekening 6 Uiterste grenstoestand

Biinc/Ben Drogt Royal HaskoningDHV/Ernst Klamer Solico/Eric van Uden + CTC/Peter Joosse

7 Bruikbaarheidsgrenstoestand 8 Detailleren van elementen 9 Verbindingen

Normen voor VVK

FiberCore/Jan Peeters Royal HaskoningDHV/Liesbeth Tromp + INHolland/Rogier Nijssen Royal HaskoningDHV/Liesbeth Tromp


Nieuwe CUR wat is anders?

• • • • • • •

Toevoeging koolstof Herkenbardere indeling Duidelijker welke testen Uitgebreidere toetsing Sandwich constructies Verbindingen Details

Normen voor VVK


Referentie projecten Case 1 Brug Dronten 2 Brug Oosterwolde 3 Bruggen Rotterdam (9 stuks) 4 Brug Spoorlijn 5 Spieringsluis 6 Sluizen Ter Apel

partijen FiberCore / Gemeente Dronten FiberCore / Witteveen+Bos Bijl Profielen / Gemeente Rotterdam FiberCore / Gemeente Den Haag RWS FiberCore / Provincie Groningen en Drenthe

7 Perronoverkapping Zoetemeer

Solico / Movares

8 Brug A27

Breijn / FiberCore

9 Randelementen N201

Normen voor VVK

Provincie Groningen/Drenthe en FiberCore

Smit Kunststoffen / Royal Haskoning


Breijn en FiberCore

Presentatie CUR96+

Normen voor VVK


Eurocode 1. Bestaande constructies versterken 2. Kunststofwapening in beton

3. Volledig nieuwe constructies uit VVK

FiReCo Normen voor VVK


Eurocode TC/250 WG4             

Luigi Ascione, CHAIRMAN Eugenio Gutierrez Carlo Paulotto Pawel Poneta Miroslav Cerny Patrice Godonou Morten Gantriis Sorensen Jan Knippers Matthias Oppe Thomas Keller Toby Mottram T Triant Kees van IJselmuijden

Normen voor VVK

Italië Italië Spanje Polen Tsjechië Zweden Denemarken Duitsland Duitsland Zwitserland Engeland Griekenland Nederland


23

Spiegelcommissie vanuit Nederland          

Ane de Boer Rolph Holthuijsen Kees van IJselmuijden Albert ten Busschen Jan Peeters Frits van den Boogaard José-Maria Rodriguez Piet Leegstra Rogier Nijssen Jos ter Laak

Normen voor VVK

RWS voorzitter NEN secretaris RHDHV vertegenwoordiger VKCN / PolyProducts FiberCore Breijn DSM PPG WMC VKCN / CTC


Planning    

CUR96+ gereed 2013 Draft Eurocode Fiber Reinforced Polymer (FRP) gereed 2015 Beoordeling Eurocode FRP gereed 2018 Invoering Eurocode FRP op zijn vroegst 2020

Ontwerp Royal Haskoning, Combinatie KWS – VHB en Delft Composites

Normen voor VVK


Waarom moet Nederland in de Eurocode?      

Kennis Innovatieve producenten Opdrachtgevers Innovatieve ingenieursbureaus Meeste kunststofbruggen per inwoner in de hele wereld Nederland is koploper

Normen voor VVK


Wanneer kies je voor kunststof?  

  

Keuze vanuit de functie Keuze vanuit de eigenschappen van een materiaal  Gewicht  Sterkte  Vermoeiingsresistent  Beheer en onderhoud Vormgeving Beschikbare ruimte Kosten

Eigenlijk kunnen we hartstikke mooie, degelijke en duurzame constructies maken met kunststof! Normen voor VVK


Ontwerp op basis van eigenschappen => gewicht fundering op staal.

Movares, Heijmans, FiberCore

Normen voor VVK


Ontwerpen op basis van functie

Sluisdeur Provincie Groningen/Drenthe en FiberCore

Normen voor VVK


Kansen bij innovatie, ontwerp op basis van vormgeving

Normen voor VVK


Kansen bij innovatie, vormgeving en prijs. 

Aanzienlijke besparing op realisatiekosten t.o.v. de ander ingediende projecten.

Ontwerp Joris Smits Royal Haskoning

Normen voor VVK


Huidige stand en ontwikkeling  

Realiseren normen/richtlijnen (Eurocode en CUR96+) Stimuleren van materiaalkennis en productietechniek in de huidige opleidingen voor HBO en TU.   



Pultrusion Infusion Sandwich

Aanvullende opleidingen voor bestaande constructeurs, maar ook voor projectleiders en beheer en onderhoud.  

Normen voor VVK

PAO Cursus “Construeren met kunststofcomposieten” (voorjaar) PAO Cursus “Kunststofcomposieten in civiele draagconstructies en bouw” (najaar)


Functioneel ontwerpen, kan heel mooi zijn.

Met de richtlijn maken we meer mogelijk!!

Normen voor VVK


Handsom 

Berekening doorbuiging plaat. Q = 1 kN/m2

L = 5000 mm

I = 1/12*1000*20^3 = 66.67*104 mm4 Evvk = 29.424 GPa wvvk = 5/384*Q*L4/E*I = 414.8 mm Estaal = 210 GPa wstaal = 29.424/210*414.8 = 58.1 mm

Normen voor VVK


20 mm

Som SCIA, doorbuiging VVK en staal

Normen voor VVK


VVK aangepast op doorbuiging

Normen voor VVK


Doorbuiging VVKsandwich = 59.7 mm

Staal = 57.6 mm

VVK = 413.3 mm

Normen voor VVK


Momenten in plaat M = 1/8*1*52 = 3.1 kNm

M = 93.51kN*0.032m = 2.99 kNm  3.12 kNm Normen voor VVK


Spanningen in plaat

 = 3.12*103 / (1/6*1000*202) = 46.8 MPa Normen voor VVK


Spanningen in samengestelde VVK plaat

Druk: -12.4 MPa

Druk: -6.4 MPa

Normen voor VVK


Handsom spanningen Rekenen bij VVK i.p.v. spanningen.

Rekken omrekenen naar spanningen. Spanning bovenkant bovenplaat is 12.4 MPa, klopt. Spanning onderkant bovenplaat is 6.5 MPa  6.4 MPa.

Normen voor VVK


Toekomst?    

Gewicht dek 345 kg/m2 Dek breedte verkeer 18 m Fietspad 2 keer 5 m Hoofdoverspanning 150 m

Normen voor VVK


Vragen

Vragen? Kees van IJselmuijden tel: +31 6 15963040 Liesbeth Tromp tel: +31 6 83530320

Normen voor VVK


Normen voor Vezelversterkte Kunststof (VVK)

Recommend Documents