Archive Expert Content: Het artikel bevat historische voorbeelden en claims van gelaste stalen liggers, bruggen en spanten, maar is geen ontwerp, berekening, verbindingsspecificatie, lasplan, procedurekwalificatie, vermoeiingsbeoordeling of reparatiehandleiding. Materiaal, lasbaarheid, taaiheid, dikte, voegvoorbereiding, vulmateriaal, voorverwarmen, volgorde, restspanningen, toleranties, corrosie, brand, vermoeiing en controle moeten worden bepaald volgens het specifieke project en de toepasselijke normen. Lagerverbindingen zijn ontworpen, uitgevoerd en gecontroleerd door voldoende gekwalificeerde personen.
Savo Kusić richt zich vandaag op houten ramen, hout-aluminium ramen, op maat gemaakte ramen, deuren en offerteaanvragen. Dit artikel blijft een historisch archief en vormt geen aanbod om staalconstructies te ontwerpen, lassen, testen of versterken.
Volledig gelaste beugels
Delen van steunen
Het overzicht wordt gegeven door afb. 1 en 2. Sl. 1a toont een steun versterkt met gelaste riemlatten. Secties met een willekeurig draagvermogen kunnen worden samengesteld uit breed staal en platen (fig. 1b tot e). Een open voeg tussen hoeknaden moet worden vermeden door de verticale plaat te slijpen (fig. 1c). Met extra riemlatten kan de dwarsdoorsnede van de steun worden aangepast aan het vereiste weerstandsmoment. Secties in afb. 2d tot f hebben het voordeel dat de naad op het grensvlak in het gebied met de kleinere dikte van de ribbe komt. Hier kunnen de naden bijzonder eenvoudig met röntgenstralen worden onderzocht.
Image 1 — secties van gelaste steunen.
Image 2 — secties van steunen gemaakt van speciale profielen.
Lascontrole: radiografische tests maken gebruik van ioniserende straling en worden alleen onder gecontroleerde omstandigheden uitgevoerd door geautoriseerde experts. De keuze van de controlemethode, de acceptatieomvang en de kwaliteitscriteria worden project- en normbepalend; inspectie van de foto of het buitenoppervlak is geen bewijs van de interne kwaliteit van de las.
Vervolg van verticale plaat
De ontwikkeling vond op geheel passende wijze plaats. Extensies met kousenbanden werden uitgevoerd. De kruisvormige uitbreiding kreeg niet veel belang in de bruggenbouw, maar bleek toch goed te zijn in de bouwconstructie. Omdat de verticale verlengingen van het grensvlak oneconomisch waren vanwege de kleine toegestane spanningen, werden verlengingen met een grotere naadlengte gevonden.
Universele bits
Afb. 3 toont de voortzetting van de hoofdligger van een snelwegbrug met een versterkte ribbe. Sl. 4 geeft een voortzetting van één snelwegbrug. Op zijn best verschilt deze verlenging qua uiterlijk en werking niet van de niet-uitgestrekte ondersteuning, alleen is de vermoeiingssterkte iets lager. De uitbreidingsoplossing hangt ervan af of het een werkplaatsuitbreiding of een montageuitbreiding betreft. Omdat er in de werkplaats beter gereedschap beschikbaar is, wordt het lassen op locatie indien mogelijk beperkt. Sl. 5 toont de verdeling van één ligger met lengte 63m. De steunen werden op de bouwplaats geleverd in delen van 38m en 25m lengtes, waarbij alleen de verlengingen gemarkeerd met “B” werden gelast. De montageverlengingen zijn gemaakt als U-verlengingen, om lassen boven het hoofd te voorkomen.
Image 3 — voortzetting van de brugligger op de snelweg bij Hattenheim.
Image 4 — historisch detail van de voortzetting van de brugligger.
Picture 5 — schema van werkplaats- en montage-uitbreidingen.
Doorlopende volledige liggers worden tijdens de montage door openingen zonder steigers gelast, zoals b.v. nabij een verkeersbrug met openingen van 42m. De delen van de steun werden met een drijvende kraan geïnstalleerd en na de installatie van alle elementen werden ze gelast. Tegelijkertijd werden de hoofdsteunen met schroeven bevestigd met behulp van kousenbanden met openingen (fig. 6). Door de gaten in de kousenbanden kon het grootste deel van de naad van de verticale plaat worden gelast, voordat de kousenbanden moesten worden verwijderd. Sl. 6 bevat meer informatie over de voorbereiding van U-naden voor speciale profielen in de boven- en onderband.
Image 6 — tijdelijke kousenbanden met lasgaten.
Montage- en locatiewerk: historische voorbeelden met drijvende kraan, tijdelijke spanbanden, luikwerk en laswerk op locatie zijn geen montageplan. Berekening van tijdelijke omstandigheden, hijs- en zekeringsplan, geometriecontrole, val-, brand- en rookbeveiliging en traceerbare controle van elke verbinding voordat tijdelijke steunen worden verwijderd.
Verstevigingen
Het is noodzakelijk om de massieve gelaste steunen goed te verstijven tegen het uitsteeksel van de verticale plaat en het zijdelingse knikken van de riemen, bovendien moet de buiging tijdens het lassen op een laag niveau worden gehouden. Krimpspanningen op verticale verstijvers werden onderzocht door O. Grafiek-a. Tijdens de onderzochte reeks werkzaamheden (eerst de verstijvers werden gelast en daarna de hoofdnaden) traden aanzienlijke krimpspanningen op in de verstijvers en de nabijgelegen stroken verticaal plaatmetaal. Als de verstijvingen al op de banden zitten voordat de hoofdnaden worden uitgetrokken, wordt het krimpen van de bandlatten voorkomen. In de riemlamellen verschenen golvende bochten in de lengterichting2mm, in dwarsrichting ca0,25mm(afb.7). Er moeten dus aanzienlijke buigspanningen in beide richtingen in de bandlatten hebben plaatsgevonden. Het draagvermogen werd beperkt door het optreden van grote vervormingen, niet door de breuksterkte van de onderband. Volgens de resultaten van de vermoeiingsproef is het bij bruggen verplicht om tussen de verstijvingen en de band goed passende platen aan te brengen, die met een stompe las aan de verstijvingen worden bevestigd. Verstevigingen en verbindingen worden zo gesneden dat de hoofdnaad vrij blijft (fig.8). In de bouwsector bestaat er in de meeste gevallen geen twijfel over dat de verstijvers rechtstreeks aan de liggers worden gelast. Het is beter om te voorkomen dat u de naden doorsnijdt en ze te veel opstapelt.
Afbeelding7— vervorming van riemen tijdens het lassen.
Afbeelding8— verstijving met goed passende tegels.
Krimp, vervormingen en vermoeiing: historische testresultaten kunnen zonder berekening niet naar een ander detail worden overgedragen. Verstevigingen, laseinden, naadkruisingen, toleranties en werkvolgorde beïnvloeden restspanningen, knikken en vermoeiingssterkte; onaanvaardbare scheuren en vervormingen worden niet opgelost door aanvullend lassen zonder een goedgekeurde reparatieprocedure.
Volledige beugels en frames
Steunzolen en slanke bogen
Boogsteunen bieden iets speciaals vergeleken met echte volledige steunen. De verbindingen van dubbelwandige vrijdragende bogen met enkelwandige verstijvingsbalken, zoals uitgevoerd op de twee grootste gelaste snelwegbruggen, behoren echter tot de meest interessante constructies die zijn gelast. Op de snelwegbrug over de Lech bij Duisburg werd aan het eindknooppunt een massief bewerkt stuk gesmeed staal gebruikt om het laswerk te vergemakkelijken. Deze (fig. 9) neemt de krachten van de boog over en brengt deze over naar de verstijvingsbalk. Het wordt geleverd met een sterke uitlaat 50 mm, die door een enkele sleuf naar de bovenste riem van de verstijvingsbalk gaat en aan de verticale plaat is gelast, versterkt tot een dikte van 50 mm.
Picture 9 — eindknooppunt van de boogbrug.
Frameconstructies
Op de hoeken van het frame zijn de voordelen van de lastechniek het beste zichtbaar, waardoor ingewikkelde vormen zonder bijzondere problemen kunnen worden gemaakt. Eén hoek van het frame met een zware belasting wordt getoond in Fig. 10. De constructie is voorzien van gelaste werkplaatsuitbreidingen. De montageverlengingen worden bevestigd met zelftappende schroeven. Bij het lassen van verstijvers tussen de benen van de samengevoegde steunen ontstaan hoge krimpspanningen, die soms tot scheuren leiden. Krimpspanningen worden aanzienlijk verminderd wanneer, in plaats van volledige ribben (fig. 11a), alleen vleugelplaten (fig. 11b) worden gelast.
Image 10 — hoek van framesteun.
Figuur 11 — detailvergelijking van verstijving van gelaste verbindingen.
Image 12 — Belgisch brugknooppunt met frameliggers.
Verbindingen van longitudinale steunen die stijf zijn tegen buigen
In het bestratingsraster van bruggen kan een grote vereenvoudiging worden bereikt door het aanbrengen van lasverbindingen. Vermoeiingssterkte van verbindingen van longitudinale steunen, enz. onder buigbelasting, wordt belicht door tests O. Graf-a (afb. 13). Daarom heeft de verbinding met een stootnaad aan de spanzijde een hogere vermoeiingssterkte bij de uniforme buigspanning σUb dan de verbinding waarbij het trekbeen is verbonden door hoeknaden.
Image 13 — historische varianten van longitudinale steunverbindingen.
Rastersteunen
Gelaste vakwerkconstructies
De vormen en verbindingen van oudere roosters waren kopieën van geklonken constructies (fig. 14). Dit is niet handig, bij de keuze van de doorsneden moet rekening worden gehouden met de bijzondere eigenschappen van lasverbindingen. Ook de grotere stijfheid van alle verbindingen vergeleken met geklonken knooppunten is belangrijk. Verbindingen van diagonale staven in de knooppunten van het raster met hogere krachten, vooral op de bouwplaats, zijn moeilijk uit te voeren. Omdat hier de verbindingen met de hoeknaden in het geding komen, is de vermoeiingssterkte relatief laag. Volledig gelast, dwz. en in de knooppunten van het lasraster, dus alleen op enkele speciale plaatsen van staalconstructies. Bijvoorbeeld met dakankers, met kranen die niet erg dynamisch worden belast, etc.
Image 14 — gelaste knoop van een traliesteun.
In de eerste plaats komen platte staalsoorten en plaatmetaal in aanmerking voor de vorming van dwarsdoorsneden. Bij lasconstructies worden zonder bijzondere moeilijkheden holle profielen vervaardigd, die door hun torsiestijfheid het voordeel hebben van geperste staven. Bijzondere vermelding verdient het bijzondere geval van een ronde buis. Gelaste buisconstructies hebben een brede toepassing gevonden, b.v. bij de constructie van kranen of lichte constructies in de bouwsector. Bij voortzetting en aansluiting van holle profielen moet men namelijk rekening houden met bepaalde constructieve moeilijkheden en extra kosten. Vaak worden gelaste delen aan de uiteinden verzameld, zodat de verbinding gemakkelijker kan worden geklonken (fig. 15). De bijzondere maatregelen die in de werkplaats en op de bouwplaats nodig zijn voor gelaste vakwerkconstructies maken de toepassing ervan lastig, tenzij het gaat om steunen met een lichte of overwegend statische belasting. Voor dynamisch belaste roosters en voor roosters met hoge krachten gold de regel dat alleen individuele elementen werden gelast, maar dat de onderlinge verbinding met behulp van schroeven tot stand kwam. Allereerst werden de installatieproblemen opgelost; en roosters gemaakt van gelaste elementen kunnen worden gemonteerd volgens dezelfde procedures als die gemaakt van geklonken staven.
Figuur 15 — vormgeving van het uiteinde van het holle gedeelte voor verbinding.
Knoopplaten, die tegelijkertijd de diagonalen ontvangen, worden op de gebruikelijke manier aan de ribben van de riemen vastgeklonken of ermee stompgelast (fig. 16a). Dit laatste heeft het nadeel van “beginnende hoeknaden”, die nadelig zijn voor de vermoeiingssterkte van de ligger. Bij de spoorbrug over de Rijn bij Mainz (Kaiserbrug) werd een beslissende stap gezet op weg naar het correct vormgeven van vakwerkbruggen door middel van lassen. Daar worden op 50 mm versterkte knoopplaten met stompe naden in verticale platen van 30 mm dikke banden gestoken. De overgangen zijn geleidelijk, de vormgeving is te zien in figuur 2. 16b. Verlengingen van riemstangen bevinden zich naast knooppunten.
Figure 16 — knooppuntplaten van windkoppeling en spoorbrug over de Rijn bij Mainz (Kaiserbrug, 1954).
Versterking door lassen
Versterking van staalconstructies is een van de moeilijkste werkzaamheden, vooral wanneer dit moet worden uitgevoerd op een belaste constructie. Bij klinknagelverbindingen is het aanbrengen van verstevigingen, het boren en het aansluiten op bestaande onderdelen tijdrovend en duur. Omdat lassen mogelijk is zonder langdurige voorbereidende voorbereidingen en zonder de bestaande verbindingsmiddelen te verbreken, lag het dichtbij om te proberen de versterking van de dwarsdoorsneden en verbindingen van de roosters te lassen. De gezamenlijke werking van klinknagels en lassen bij het ontvangen van krachten in staven is theoretisch en experimenteel gedetailleerd onderzocht. In de praktijk kwamen echter scheuren en vermoeiingsbreuken voor, deels pas na langdurig gebruik. De oorzaken van deze problemen waren de effecten van lasinkepingen en plotselinge veranderingen in de doorsnede, en sommige van de scheuren die verschenen werden veroorzaakt door hoge spanningen door krimp.
Versterking van de bestaande structuur: het lassen van gespannen of verouderd staal kan scheuren, brosse breuken, plaatselijk stabiliteitsverlies en een nieuw krachtpad veroorzaken. Voorafgaand aan de werkzaamheden moeten het materiaal, de bestaande schade en vermoeiing, de werkelijke belasting, de lasbaarheid, de volgorde van de lastontlasting en de tijdelijke verzekering worden vastgesteld. Versterking wordt alleen uitgevoerd volgens het goedgekeurde project en de goedgekeurde procedure, met toezicht en controle.
Combinatie van lassen, klinken en schroeven
Het was verboden tegelijkertijd lassen en klinken toe te passen. Speciale aandacht werd besteed aan ‘volledig gelaste constructies’ waarbij klinknagels en schroeven volledig werden vermeden. Tegenwoordig worden lassen en klinken opnieuw parallel op hetzelfde object toegepast. In veel gevallen is het raadzaam alleen de werkplaatsuitbreidingen te lassen, en integendeel de geprefabriceerde uitbreidingen met klinknagels te klinken. De toepassing van beide soorten verbindingen in dezelfde voortzetting moet worden vermeden, omdat een duidelijke verdeling van krachten niet kan worden bereikt vanwege krimp als gevolg van lassen en glijden van klinknagels/bouten.
Slotopmerking: Er mag niet worden uitgegaan van de gezamenlijke actie van lassen, klinknagels en schroeven zonder een rekenmodel, een gedefinieerde volgorde van uitvoering, toleranties en slipcontrole. Van ieder dragend detail moet het krachtverloop, de vermoeiingscategorie, de toegankelijkheid tot lassen en inspectie, aanvaardbare gebreken en een onderhoudsplan gedurende de gehele levensduur van de constructie bekend zijn.