Afstudeeronderzoek: door-en-door boutverbindingen in stalen kokerprofielen
Remy Maseland, constructeur bij Lucassen Bouwconstructies, volgt de masteropleiding Constructief Ontwerpen bij de Betonvereniging/Bouwen met Staal. Als afstudeeronderzoek heeft Remy een heel interessant onderwerp gekozen: de kracht en effectiviteit van door-en-door boutverbindingen in stalen kokerprofielen.
Lucassen Bouwconstructies volgt het onderzoek van Remy natuurlijk op de voet. Nu het onderzoek zo ver is dat de tests bijna uitgevoerd kunnen worden, delen we graag wat het onderzoek van Remy inhoudt.
De uitdaging met door-en-door boutverbindingen in kokerprofielen
De verbinding van kolommen met liggers, door middel van een kokerprofiel met door-en-door boutverbindingen wordt veel toegepast in de bouw. Het probleem is dat er voor deze verbinding geen stuikformules beschikbaar zijn volgens de NEN-EN 1993-1-8. Het ontbreken van duidelijke rekenregels voor door-en-door boutverbindingen in kokerprofielen, terwijl deze wel regelmatig wordt toegepast, is een blinde vlek waar veel constructeurs tegenaan lopen.
Daarom wordt er nu gerekend met de stuikformule voor pennen en/of strippen. De vraag is: is dit wel juist? Is de verbinding van liggers met kolommen door middel van een kokerprofiel met door-en-door boutverbindingen wel net zo sterk als zo’n dergelijke verbinding?
Bij een penverbinding is er, net als bij de kokerverbinding, ongesteund materiaal. Maar bij een penverbinding gaat dit meestal om een relatief dikke plaat en bij een kokerverbinding meestal om een relatief dunne kokerwand.
Bij verbinding aan een koker waar de bouten door de twee lijven van de koker gaan, en dus de boutkop op het ene lijf wordt gedrukt en de moer op het andere lijf, is onbekend of de stuikweerstand kan worden berekend met de formules voor stuikweerstand gegeven in de norm.
Deze kwestie is aangekaart in een artikel van Technische Commissie 10 in Bouwen met Staal van augustus 2020. Hierin wordt lezers gevraagd naar hun mening over een detail met een door- en door boutverbinding in een koker. Remy werd door dit artikel getriggerd en nam contact op deze commissie. Commissielid Cock Dol is nu Remy’s afstudeerbegeleider.
Het doel van het afstudeeronderzoek van Remy is om meer inzicht te krijgen in het stuikgedrag van deze door-en-door kokerverbindingen en te toetsen of de bestaande formules voor penverbindingen of stripverbindingen toegepast kunnen worden.
De onderzoeksvraag: in hoeverre zijn de rekenregels van de stuikcapaciteit van het boutgat die we kennen voor situatie A, ook van toepassing op situatie B?
Het onderzoek naar de bouten in kokerprofielen
Voor de uitvoer van het onderzoek plaatste Remy een LinkedIn post om sponsoren en oplossingen te zoeken om het onderzoek uit te kunnen voeren. Het bericht had succes!
De post leidde onder andere tot een samenwerking met , waarmee Lucassen bouwconstructies al vaker succesvol heeft samengewerkt. Buiting maakt voor het onderzoek van Remy de proefsamples die getest kunnen worden in de trekbank.
Daarnaast lukte het Remy om een locatie te vinden waar het onderzoek uitgevoerd kan worden. De tests gaan uitgevoerd worden in het laboratorium van de Technische Universiteit Eindhoven. Daar zijn alle middelen aanwezig om de staalsamples te testen en metingen te verrichten.
Uiteraard steunt ook Lucassen bouwconstructies Remy in dit onderzoek, zowel financieel als mentaal.
Klopt dit?
De uitvoer van het onderzoek
In het lab gaan de verbindingen getest worden. Er gaan twee verschillende geometrieën voor de verbindingen getest worden, waarbij elke geometrie in vier experimenten wordt getest. Tijdens de test wordt het bezwijkmechanisme stuik van het boutgat onderzocht, waarbij één van de beide zijden van de kokerlijven niet worden opgesloten door een moer of een boutkop.
De verbindingen worden uitgerust met sensoren en vervolgens blootgesteld aan toenemende trekkrachten, om te bepalen hoe ze reageren onder deze belasting. Belangrijk hierbij is het meten respectievelijk inzichtelijk krijgen van knik- en/of plooiverschijnselen van de kokerwanden.
Deze methode maakt het mogelijk om nauwkeurig de krachten en de vervormingen te meten die optreden, en zo inzicht te krijgen in de prestaties van de verbindingen. Op basis van de uitkomsten van de test kan gekeken worden of de formule voor pen- en stripverbindingen ook geschikt is voor de door-en-door kokerverbindingen. Dit stuikgedrag is een sleutelfactor voor het bepalen van de werkelijke sterkte van deze constructies.
Verwachtingen en impact
Remy heeft specifieke verwachtingen over de uitkomsten van zijn tests, met name wat betreft de verschillen tussen de twee geteste geometrieën. Hij is benieuwd of de ene geometrie aanzienlijk sterker of zwakker zal blijken dan de andere onder dezelfde belasting.
De uitkomsten van de tests geven meer duidelijkheid over hoe de sterkte van de kokerprofielen berekend moeten gaan worden. Hoewel de omvang van de test beperkt is, kunnen de resultaten toch een belangrijke bijdrage leveren aan ons begrip van door-en-door kokerverbindingen. De inzichten uit Remy’s onderzoek kunnen de bouwstenen vormen voor vervolgonderzoek en leiden tot verbeterde ontwerpformules in de toekomst.
Wordt vervolgd…
De tests zullen naar verwachting in het voorjaar uitgevoerd gaan worden. De meetresultaten van het onderzoek zullen daarna nog verwerkt moeten worden tot conclusies.
Wij bij Lucassen zijn heel benieuwd naar de uitkomsten van de tests. Zodra de conclusies bekend zijn zullen we jullie informeren over de resultaten. Zullen we in de toekomst voor door-en-door verbindingen in kokerprofielen, blijven rekenen met de formules voor pen- en/of stripverbindingen, of is er dringend vervolgonderzoek nodig?
