5.5 Verificaties in de bruikbaarheidsgrenstoestand

Bruikbaarheidsverificaties worden uitgevoerd voor spanningsbeperking, scheurwijdte en doorbuigingsgrenzen. De spanningen in beton en wapening worden getoetst volgens ACI 318-19, op een vergelijkbare wijze als voorgeschreven voor de Sterkte.

Spanningsbeperking

De toelaatbare drukspanningen in het beton onder gebruiksbelasting moeten worden geverifieerd voor voorgespannen staven van klasse U en T. Volgens Tabel R24.5.2.1 is voor beton dat als gescheurd wordt beschouwd geen toetsing van de spanningsbeperking vereist. De gebruiker moet de klasse van de voorgespannen staaf instellen in de instellingen van de rekenstaaf.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 53\qquad Prestressed flexural member class selection}}}$$

De toelaatbare drukspanning voor staven die aan tijdelijke belastingen worden blootgesteld, wordt in ACI 318-19 24.5.4.1 gegeven als 0.6f_c'. De drukspanningslimiet van 0.45f_c' is vastgesteld om de kans op bezwijken van voorgespannen betonstaven door herhaalde belastingen te verkleinen. Deze limiet bleek ook redelijk om overmatige kruipvervorming te voorkomen. Bij hogere spanningswaarden nemen de kruiprekken sneller toe naarmate de aangebrachte spanning toeneemt.

De betonspanning in druk wordt bepaald als de verhouding tussen de maximale hoofddrukspanning f_c = σ_c2 uit de EEM-analyse voor de bruikbaarheid en de limietwaarde, die is vastgesteld op basis van Tabel 24.5.4.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 54\qquad Concrete compressive stress limits at service loads}}}$$

In de applicatie wordt Voorspanning plus blijvende belasting behandeld als een langetermijncombinatie en Voorspanning plus totale belasting als een kortetermijncombinatie.

Doorbuiging

Afhankelijk van het geselecteerde combinatietype (lange termijn of korte termijn) wordt de doorbuiging op lange of korte termijn beoordeeld. De maximaal toelaatbare doorbuiging moet door de gebruiker worden bepaald en moet worden beschouwd conform ACI 138-19 24.2. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 55\qquad Maximum allowable deflection value}}}$$

In de applicatie kunnen de doorbuigingen ten gevolge van het eigen gewicht Δ_DL en de veranderlijke belasting Δ_LL afzonderlijk worden weergegeven, evenals de totale doorbuiging Δ_Tot (eigen gewicht + veranderlijke belasting), steeds samen met de vervormde vorm.

Doorbuigingen bij ingekorte uiteinden kunnen niet worden getoetst.

Scheurwijdte

Scheurwijdten en scheuroriëntaties worden berekend voor bruikbaarheidscombinaties op korte of lange termijn. Aangezien ACI geen grenswaarden voor scheurwijdten rechtstreeks voorschrijft, moet de gebruiker een grenswaarde voor de scheurwijdte w_lim opgeven.

De verificaties worden als volgt weergegeven:

$$\frac{w}{w_{lim}}$$

waarin:

w         scheurwijdte op korte of lange termijn, berekend met de EEM-analyse,

w_lim     grenswaarde van de scheurwijdte, gedefinieerd door de gebruiker.

De in de applicatie gebruikte methode voor het berekenen van scheurwijdten, die ook in dit document nader wordt beschreven, is in overeenstemming met ACI 224R-01. Het is daarom mogelijk om Tabel 4.1 van ACI 224R-01 te gebruiken voor het bepalen van de grenswaarde van de scheurwijdten.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 56\qquad Reasonable crack widths for reinforced concrete under service load}}}$$

Er zijn twee manieren om scheurwijdten te berekenen (gestabiliseerde en niet-gestabiliseerde scheurvorming). In het algemene geval (gestabiliseerde scheurvorming) wordt de scheurwijdte berekend door de rekken te integreren over de 1D-elementen van de wapeningsstaven. De scheurrichting wordt vervolgens berekend uit de drie dichtstbijzijnde integratiepunten (vanaf het midden van het betreffende 1D-eindig element van de wapening) van de 2D-betonelementen. Hoewel deze benadering voor het berekenen van de scheurrichtingen niet overeenkomt met de werkelijke positie van de scheuren, levert zij toch representatieve waarden op, waarmee scheurwijdteresultaten worden verkregen die ter plaatse van de wapeningsstaaf kunnen worden vergeleken met de door de norm vereiste scheurwijdtewaarden.