spännteknik BBR Cona Single spännsystem

Transkript

1 Spännteknik Spännsystem Lagersystem Fogsystem Offshore Specialtjänster spännteknik BBR Cona Single spännsystem

2 Anvendelsesområder BBR Cona Single spännsystem 03 Platsgjutna efterspända betongkonstruktioner 04 Användningsområden 07 Fördelar med att använda Cona Single 08 Dimensioneringsguide 09 Råd vid projektering 10 Förankringar 11 Den hydrauliska domkraften 12 Spännlinan 13 Placering av förankringar 14 Spännkrafter och friktion O2

3 Platsgjutna efterspända betongkonstruktioner BBR Cona Single spännsystem har utvecklats av BBR International Ltd i Schweiz. Systemet gör det möjligt att efterspänna betongkonstruktioner med hjälp av ett enkelt system med lätta spännkablar som kräver minimal plats. Användning av spännkablar i konstruktioner ger stor frihet vid val av spännvidder, utformning av bygget, mindre byggnadshöjder, samt ger god totalekonomi. Systemet används i allt större omfattning över hela världen. Spännsystemet En spännkabel består av en spännlina tvinnad av sju trådar med hög draghållfasthet. Spännlinan är insmord med specialfett och omgiven av ett plaströr. Fettet förhindrar korrosion och gör injektering överflödig. Kombinationen av plaströr och specialfett gör att friktionsförlusten reduceras till ett minimum. Kablarna förses med en aktiv och en passiv förankring, alternativt två aktiva förankringar. Vid gjutfogar kan det användas mellanförankringar. När betongen har uppnått tillräcklig hållfasthet, spänns kablarna. Spännkraften överförs till betongen via ändförankringarna. Historik Användandet av denna typ av fett och plastbelagd spännarmering startade i USA på 1950-talet. Teknologin har starkt dominerat byggandet av parkeringshus och bjälklag i större byggnader i USA. I Europa togs systemet i bruk i början av 1970-talet. Spännteknik har använt spännsystemet sedan 1978 och har utfört flera miljoner kvadratmeter, samt ett stort antal behållare och silos för vatten, slam etc. Kvalitetssystem BBR Cona Single är ett väl beprövat spännsystem. Som säkerhet för systemets funktion har vi etablerat ett QA-system enligt NS-EN ISO QA-systemet togs i bruk redan i anslutning till kärnkraftsutbyggnaden i Sverige på 1970-talet. Systemet omfattar kontroll av hela produktionsprocessen från stålverk till färdigt uppspända kablar och kan alltid anpassas till uppdragsgivarens speciella behov. Spännteknik garanterar funktion, material och utförande. I speciella konstruktioner då man önskar kablar med vidhäftning, används en blank spännlina som placeras i ett korrugerat rör av stål eller plast och som efter uppspänning injekteras med cementbruk som korrosionsskydd. O3

4 Användningsområden Bjälklag och balkar Pelardäck är utan tvivel den konstruktionstyp där oinjekterade spännkablar används mest. Spännsystemet är ekonomiskt att använda ned mot spännvidder på 6 meter. Systemet kan användas vid uppspänning i en eller två riktingar. Spännkablar kan med fördel även användas i ett platta/balksystem, något som medför en väsentlig minskning av konstruktionshöjderna. Konstruktionstypen används ofta i P-hus med spännvidder på meter. Spännteknik har utvecklat egna beräkningsverktyg för denna typ av konstruktioner. Kontakta oss för närmare information. O4

5 BBR Cona Single spännsystem används i bjälklag och balkar. Stommar som lämpar sig speciellt väl är industribyggnader, parkeringshus, varuhus, kontorsbyggnader, skolbyggnader och bostadshus. Systemet används också för bottenplattor, behållare, silos, simbassänger och liknande konstruktioner. Användningen av systemet i P-hus ger stora fördelar och detta är ett av de största användningsområderna. Dessutom används spännsystemet till bergförankringar. Spännteknik har många års erfarenhet av systemet, och våra erfarna montörer utför uppdrag i hela Skandinavien. spännlinan, samtidigt som antalet förankringar och därmed antalet spänningar hålls på en rimlig nivå. För principskiss och detaljer, se illustrationerna. I en behållare som inte är spännarmerad kommer spänningarna i betongen, förorsakade av trycket i behållaren och låga temperaturer, att leda till sprickbildning i betongen. Genom att armera en behållare med spännkablar, ges betongen en tryckspänning. När den spännarmerade tanken sätts under ett inre tryck, kommer detta att medföra krafter som är motverkande till den tidigare påförda spännkraften. Differensen mellan krafterna resulterar i den önskade spänningen i betongen. Bottenplattor och fundament Vid dåliga grundförhållanden kan BBR Cona Single spännsystem användas i bottenplattor. Golvet gjuts direkt på pålar och grund. Grunden fungerar bara som form under gjutningen, då den i vissa fall inte bär mer än egenvikten av golvet. Man får ett spännarmerat pelardäck med pålarna som pelare. Dessa golv kan dimensioneras för belastningar på upp till kn/m 2. Silos och reservoarer Vid användning av Cona Single spännsystem i cirkulära silos och behållare, rekommenderas användning av två eller fyra pilastrar. Kablarna monteras som hel- alternativt halvvarvskablar. Var annan kabel skall vara förskjuten 180º eller 90º i förhållande till den föregående. På kablarna monteras två aktiva förankringar och de kan spännas från båda ändar. På detta sätt uppnås ett gott utnyttjande av O5

6 Förankringskablar Cona Single kablar kan också användas till fundamentförankring, spontförankring och liknande. På en bestämd längd (förankringslängden) av spännlinan avlägsnas plaströret, spännlinan avfettas och rengörs för att uppnå vidhäftning mellan spännlinan och injekteringsmassan. Förankringszonen injekteras fast och i den andra änden monteras en aktiv förankring som spänns efter det att betongen och injekteringsmassan har uppnått föreskriven hållfasthet. Se illustration. Förankring CS 0,62" Plastad lina 0,62" Extern förspänning Extern förspänning karakteriseras av följande: Kablarna placeras utanför konstruktionens fysiska tvärsnitt Spännkraften överförs till konstruktionen endast via förankringarna Användning av extern förspänning kan, förutom till betongkonstruktioner, också användas för kompositmaterial, stål, trä och moderna plastmaterial Kablar utanför tvärsnittet är lätt tillgängliga för kontroll och underhåll Då kablarna är placerade utanför tvärsnittet och utan vidhäftning kan de kontrollspännas, avspännas och eventuellt bytas om övriga konstruktionsdetaljer tillåter detta Extern förspänning används i väsentlig utsträckning vid förstärkning av broar och byggnader. Vid förstärkning används grupper av spännkablar för att öka lastförmågan. Om spännlinan blir utsatt för väder, vind och solljus, bör den skyddas med ett externt skyddsrör av stål eller plast. 3 5m förankringslängd O6

7 Fördelar med att använda Cona Single Tunna bjälklag Jämfört med ett slakarmerat alternativ, kan plattans tjocklek reduceras med upp till 30 procent. Detta reducerar belastningarna på pelare och fundament, och man sparar dessutom in på bygghöjden. Enklare formsättning Vid användning av spännkablar i bjälklagen, kan man som regel slopa både kapitäl och förstärkningsplatta. Därmed erhålls en helt plan undersida. Formsättningsarbetet blir väsentligt enklare och mer ekonomiskt, samtidigt som arbetet med VVS-installationer och liknande underlättas. Ett problem med slakarmerade bjälklag kan vara nedböjningen. Stora nedböjningar har lett till deformation av skiljeväggar, dörrar har fastnat och glasväggar krossats. Med efterspända bjälklag är detta problem praktiskt taget eliminerat, då det bara är den påförda nyttiga lasten som ger nedböjning. Ökad skjuvkapacitet Ett annat problem som ofta återkommer vid slakarmerade bjälklag är genomstansning. Vid användning av efterspända plattor, ges betongen en tryckspänning som väsentligt ökar skjuvkapaciteten. Problemen med genomstansning i efterspända bjälklag har därmed reducerats till ett minimum. Enkel håltagning Vid spännarmerade däck är spännkablarnas centrumavstånd normalt tre till fyra gånger större än armeringsstängernas centrumavstånd vid ett slakarmerat alternativ. Under speciella förhållande tillåts ett centrumavstånd mellan kablarna på upp till 6 gånger plattjockleken. Det ökade centrumavståndet ger större möjligheter för genomföringar i bjälklagen. Monolitiska konstruktioner Vid användning av platsgjutna, efterspända bjälklag, behåller man de fördelar ett slakarmerat system ger, med avseende på styvheten i byggnaden. Cona Single bjälklag ger en kontinuerlig, fast, enhetlig momentförbindelse till väggar och pelare, något som knappast kan uppnås i ett elementbygge. En fast, monolitisk momentförbindelse är fördelaktig både med hänsyn till styvheten i byggnaden och för säkerheten vid en eventuell brand. Vattentäthet Tack vare efterspänningen får betongen en tryckspänning som är tillräcklig för att kontrollera sprickbredder och att uppnå vattentäthet. Förutsättningen är att bjälklaget spänns i båda riktningarna. Kostnader för ytterligare tätningsskikt, som till exempel gjutasfalt, kan undvikas. Bottenplattor, behållare och silos får reducerad sprickbildning genom den tillförda tryckkraften. Stora fria ytor I förhållande till ordinära slakarmerade bjälklag ger spännsystemet stora spännvidder, och man erhåller öppna ytor med få pelare. Detta ger ett gott utnyttjande och möjligheter till större flexibilitet i användningen av byggnaden. O7

8 Spännteknik Spännsystem Lagersystem Fogsystem Offshore Specialtjänster Dimensioneringsguide Enkel dimensioneringsguide för däck Det efterspända bjälklaget kan användas i olika typer av konstruktioner. Val av typ är beroende av: pelarplacering belastningar spännvidder krav på våningshöjd arkitektoniska hänsyn De mest aktuella bjälklagstyperna är: Pelardäck Detta är kanske den mest populära formen av efterspänt bjälklag. Plattan armeras med spännkablar i båda riktningarna och plattjockleken kan reduceras till ett minimum. Denna typ lämpar sig bäst vid bjälklag med belastningar från 2 5 kn/m 2 och när man använder en kvadratisk/rektangulär pelarmodul. Lösningen är mest ekonomisk vid spännvidder från 7 11 m, men större spännvidd kan uppnås. Bjälklagstjockleken (h) kan uppskattas utifrån förhållandet mellan spännvidd och däcktjocklek (l/h). Platta/balk Ofta använder man balkar och en tunn platta mellan balkarna. Både balkar och plattan spännarmeras. Bredden på balkarna bestäms i förhållande till laster, spännvidd och antal förankringar. I en balk med cirka 16 meters spännvidd varierar bredden (b) mellan mm. För last 2 5 kn/m 2, använd l/h = 48 för plattan, och l/h = för balken. Samtliga värden som anges i förhållandet l/h och l/h är bara vägledande. Alternativt kan också injekterade kablar typ Cona Multi användas i balkar med större laster och spännvidder. För belastningar 2 5 kn/m 2, använd l/h = För större belastningar, använd ett motsvarande lägre relationstal. Pelardäck Spännvidd 7 11 meter Platta balk Spännvidd balk meter Spännvidd platta 6 10 meter O8

9 Råd vid projektering Praktiska och viktiga punkter som man bör ta hänsyn till vid projektering Spännvidder i innerfack bör vara ungefär lika. Spännvidder i ytterfack bör vara cirka 0,8 gånger längden av spännvidder i innerfack. Utkragade delar av däcket bör inte vara längre än 0,3 gånger närmaste fack. Dilatationsfogar bör placeras i fjärdedelspunkten av spännvidden, om man inte gör dubbla pelare med två avskilda plattor. Det måste tas hänsyn till rörelser i bjälklag och balkar till följd av spännkraft, krympning och temperatur. Brandskydd BBK anger att "För val av mått för täckande betongskikt med hänsyn till brandskydd, hänvisas till litteraturen, till exempel: Brandteknisk dimensionering av betongkonstruktioner av Yngve Anderberg och Ove Pettersson". Se också Eurocode 2. Design of concrete structures. Part 1 2. Structural fire design. Håltagning En fråga som ofta återkommer vid presentation av systemet är möjligheten för senare håltagning. Detta gäller vid ändrad användning och därmed behov av genomföringar, som till exempel trappor, schakt, eller andra motsvarande behov. Vid mindre håltagning i spännarmerade bjälklag, är möjligheten att träffa på kablar starkt reducerad, då avståndet mellan kablarna normalt är tre till fyra gånger plattjockleken. I de flesta fall medför detta att det inte är nödvändigt att kapa kablar. Vid större håltagning, exempelvis för trappor, är det oftast bara några få kablar som måste avlägsnas. Detta görs genom att stämpa bjälklaget och kapa en eller två kablar åt gången. Tvärs ligger det antingen andra kablar eller vanlig fördelningsarmering som tills vidare fördelar lasten till de andra kablarna. Efter att kablarna har kapats måste det bilas ut nödvändiga ursparingar för att montera nya förankringar. Dessa gjuts fast och kablarna spänns. O9

10 Spännteknik Spännsystem Lagersystem Fogsystem Offshore Specialtjänster Förankringar Förankringar Förankringarna är speciellt utformade för användning av oinjekterade spännkablar. De framställs av gjutstål i hög stålkvalitet. Dimensioner och monteringsdetaljer visas nedan. Aktiv förankring De aktiva förankringarna monteras i kantformen med hjälp av en monteringsspindel. Ursparningen kan bestå av plast eller cellplast. Monteringsspindlarna träs genom ett hål Ø = 28mm i kantformen, och skruvas fast med en tillhörande mutter. För att spänna en kabel skall minst 0,8 meter av spännlinan sticka ut ur förankringen. Mellanförankringar Om en platta eller en balk gjuts i flera etapper, kan man använda mellanförankringar för att reducera friktionsförlusten längs kabeln eller för att återanvända gjutformen. Mellanförankringar placeras i gjutfogar där spännkablarna ligger mitt i betongtvärsnittet. BBR Cona Single spännsystem har två typer av mellanförankringar: Typ 1 Spännlinan produceras i full längd och förankringen monteras och kablarna spänns upp. Resterande kabeldel lagras upprullad och placeras vid förankringen för användning i nästa etapp. Spännlinan friläggs före uppspänning Passiv förankring De passiva förankringarna är i princip lika som de aktiva, men levereras monterade på kabeln. Typ 2 Förankringen är tvådelad och spänns i den aktuella gjutfogen. Med hjälp av en gängad hylsa kopplas förankringen ihop med kablarna i påföljande etapp. Illustrationer av förankringar kan hämtas från våra websidor 10

11 Den hydrauliska domkraften och uppspänningsproceduren Den hydrauliska domkraften och uppspänningen Domkraften är hydraulisk och drivs av en elektrisk hydraulpump. Domkraften är konstruerad så att den förs rakt ned på spännlinan bakom den aktiva förankringen, alternativt mellanförankringen, som skall spännas. Detta är möjligt då det finns en öppning i underkanten av domkraften och backar som griper om spännlinan. I förankringarna låses spännlinan med hjälp av kilar som pressas in av domkraften. Hydraulisk inpressning av kilarna medför en säker låsning och ger en konstant och minimal låsglidning (ca 4 mm). Domkraft, typ U 24 för 0,62 spännlina Domkraftens platsbehov När kablarna ska spännas, krävs ett fritt avstånd på cirka 0,8 meter bakom förankringen. 11

12 Spännteknik Spännsystem Lagersystem Fogsystem Offshore Specialtjänster Spännlinan Tekniska specifikationer för 0,62 spännlina Utförande... 1 centrumtråd + 6 utvändigt slagna trådar Stigning D Diameter... 15,70 mm Area mm 2 Brottstyrka, F b ,0 kn Brottspänning, σ b MPa Flytlast, F 0, ,5 kn Flytspänning, σ 0, MPa Förlängning vid max. last...3,5 % Relaxation vid 1000 h 20 C...se diagram Elasticitetsmodul, E kn/mm 2 Vikt...1,37 kg/m Plaströr och specialfett Röret som omger spännlinan är av polyetylen, är tätsittande och har en väggtjocklek av 1 1,5 mm. Rörets yttre diameter är ca 20 mm för 0,62 spännlina. Det ställs höga krav på plaströret, både vad det gäller mekaniska, termiska och övriga egenskaper. Korrosionsskyddet för spännlinan säkerställs av specialfettet som fullständigt omger denna. Ett antikorrosionsmedel är tillsatt och ger ett aktivt skydd. Specialfettet måste förbli smörjande och mjukt inom temperaturområdet - 20º C till + 50º C och får inte hårdna eller avskilja olja. Det krävs att fettet skall vara helt olösligt i vatten. Om fettet blir för hårt vid låga temperaturer, medför detta ökade friktionsförluster vid uppspänning. Relaxationskurvor vid 20 o C (uppmätta värden) Tid (timmar) Spännings-töjningsdiagram 0 0,2 % 0,6 % 1 % 2 % Förlängning (%) 12

13 Placering av förankringar Minsta avstånd mellan ankarplattan och betongens ytterkant och mellan ankarplattorna beror generellt av följande: Illustrationerna visar alternativa placeringar och minsta spjälkarmering bakom förankringarna. Den spännkraft som skall överföras. Betongens hållfasthet. Ankarplattans dimension. Slakarmeringen bakom ankarplattan. Konstruktionskrav. Byglar Ø6 3 Byglar Ø8 250 Resp. 272 Min. 10 mm täckskikt Cona Single 0,62" Betongkvalitet Kantavstånd c/c avstånd Min. bjälklagstjocklek Bygeldimension f ck b r s i k d 1 min d 2 min u v C28/ C45/ f ck = Karakteristisk kubhållfasthet. Uppspänning kan ske när betongen har uppnått en hållfasthet av 25 MPa. Avstånden i och k kan reduceras om avstånden i den andra riktningen ökas på motsvarande sätt. Spjälkarmeringen bakom ankarplattan antas vara utförd av vanligt armeringsstål f sk = 500 MPa. Den kan kombineras med statisk nödvändig slakarmering. I speciella fall kan avvikelser från ovan angivna värden göras. Kontakta Spännteknik för närmare information. Angående kantavstånd för förankringar, samt betongövertäckning för slak- och spännarmering måste alltid de nationella bestämmelserna kontrolleras. 13

14 Spännteknik Spännsystem Lagersystem Fogsystem Offshore Specialtjänster Spännkrafter och friktion Mellan kabelns understödspunkter kommer det att uppstå en vinkelförändring till följd av oundviklig nedböjning/ vinkeländring. I beräkningarna hanteras detta av koefficienten för oundviklig böjning, Δα som anges i rad/meter. Denna produkt adderas till vinkeländringen, som är en följd av den förutsatta kabelföringen. Vid uppspänning uppstår alltid friktionskrafter. Friktionskoefficienten µ och kabelns vinkeländring, medför att kraften i spännlinan avtar med ökande avstånd från uppspänningspunkten. Spännkraftens variation längs kabeln kan beräknas med hjälp av formeln: F x = F o. e - µ (α + Δα. x) F x = spännkraften i punkten x F o = spännkraften i punkten o µ = friktionskoefficienten α = summan av vinkelförändringarna i radianer mellan punkten o och punkten x utan hänsyn till förtecken Δα = vinkelförändringens värde för oundviklig böjning x = avstånd mellan punkterna x och punkten o A st = stålarea E st = stålets elasticitetsmodul Följande empiriska värden används: µ = 0,05 Δα = 0,01 rad/m Spännarmeringens förlängning vid uppspänning beräknas som följer: Δl = F o. x A st. Est. 1 - e - µ (α + Δα. x) µ (α + Δα. x) Exempel på kabelkurva: Låsglidning Låsglidningen p.g.a. kilsättning är erfarenhetsmässigt 4 mm. Om nödvändigt bör detta kompenseras vid uppspänningen. Genomstansning Genom att tillföra en tryckkraft kan vi öka kapaciteten mot genomstansning med upp till 50 procent. Reglerna om genomstansning i BBK 94 täcker inte efterspända plattor men kan dock med vissa reservationer kompletteras med de regler som Fib anger och som berör inverkan av spännkraft. Förspänningen inverkar på två sätt: Den dimensionerande tvärkraften kan reduceras med kablarnas vertikala komponenter. Här medräknas de kablar som är placerade inom pelarens kritiska område. Storleken av den dimensionerande axialkraften bör kontrolleras. Här måste man ta hänsyn till eventuella fasthållningar i väggar, trapphus eller liknande, som förhindrar förkortning och därmed reducerar axialkraften. Därefter måste det bestämmas vilken yta som axialkraften skall fördelas på. 14

15 Fördelar med att använda BBR Cona Single spännsystem Stora spännvidder och färre antal pelare. Reducerad platta- och balktjocklek, dessutom lägre bygghöjd, som ger ca 30 procent reducerad betongförbrukning. Små och kontrollerade nedböjningar, också vid tunna plattor. Förbättrad beständighet genom full kontroll av sprickbredder. Vattentäthet kan uppnås utan tätningsskikt. Enklare formsättning då kapitäl och balkar normalt ej behövs vid använding av spännarmering. Starkt reducerat behov av slakarmering som medför tids- och kostnadsbesparing (ett kg spännstål motsvarar fyra kg slakarmering). Enhetliga och lätta byggnader med stora fria ytor som ger många fördelar vid till exempel ändrad användning. Stor frihet vid utformningen av byggnaden, stora ytor kan utföras utan rörelsefogar i däcket. Användning av Cona Single systemet ger stor flexibilitet och en god totalekonomi. 15

16 Spännarmering Lager och fogar Offshore Sverige Spännteknik SLF AB Box 158 SE Arvika Telefon +46 (0) Telefax +46 (0) Norge NS-EN ISO 9001 KB Spennteknikk AS Cert. no. 007 Postboks 1213 Certified Quality System N-2206 Kongsvinger Telefon Telefaks Anvendelsesområder spännteknik Produkter Spännteknik arbetar med BBR Spännsystem BBR Cona-Multi spännlinesystem BBR Cona-Multi bergförankring BBR Cona-Single spännlinesystem BBRV trådsystem Stångsystem med gängade höghållfasta stänger Lager för broar och byggnader TOBE pott-lager LASTO-BLOCK lagersystem för broar LASTO-FLON lagersystem LASTO-Strip lager för husbyggnad SB-lager för husbyggnad RESTON brolager Stållager för broar Speciallager Övergångskontruktioner för broar TENSA-LASTIC TENSA-GRIP ETIC fingerfog TRANSFLEX ACME för broar och husbyggnad Offshore produkter Elastomerlager för offshoreindutrien TOBE-lager för stora laster och rörelser Lager för kranfundament Glidlager Tunga lyft och nedsänkningar Lyft och nedsänkningar av broar och andra tunga konstruktioner utförs med domkrafter Komplett mekanisk verkstad Stål- och aluminiumprodukter Trykk: Flisa Trykkeri ex