De krachtsverdeling in- en de sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren - 1e PRIJS + Pen en Gat Award

              

Inschrijver

naam: Jorick van Otterloo
   
Titel inzending: De krachtsverdeling in- en de sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren
   
Onderwijsinstelling  
Naam: Technische Universiteit Delft
Faculteit: Civiele Techniek en Geowetenschappen
Studierichting: Structural Engineering
Afstudeerrichting: Steel and Timber Construction
Studiejaar: 2012/2013
Betrokken vakdocenten: ir. G.J.P. Ravenshorst & ir. P. de Vries
Overige begeleiding: prof. dr. ir. J.W.G. van de Kuilen
   
Contactinfo inzender  
E-mail: jorickvanotterloo@gmail.com

Het project

Houten sluisdeuren zijn onmiskenbaar een karakteristiek onderdeel van het Nederlandse landschap. Deze sluisdeuren worden al honderden jaren, tot op de dag van vandaag, gebouwd volgens een traditioneel ontwerp waarin, in de bouw ervan, vakmanschap nog steeds een belangrijk aandeel heeft. De traditionele pen-gat verbinding tussen de horizontale elementen (regels) en de twee buitenste verticale elementen (voor- en achterhar) is pas recent onderwerp van discussie geworden.

Bij toepassing van de huidige rekenregels uit de Eurocode voldoet een pen-gat verbinding, met afmetingen volgens het traditionele ontwerp en uitgevoerd in tropisch hardhout, niet aan de sterktetoets. Dit terwijl vele jaren lange ervaring geen schadegevallen kent waarin deze verbinding is bezweken. De gebruikelijke rekenmethodiek in de praktijk en de toepasbaarheid van de rekenregels stonden vervolgens ter discussie. Dit is uiteindelijk het onderwerp geworden van het afstudeeronderzoek “Force distribution and connection strength in timber lock gates”; ofwel in het Nederlands: “De krachtsverdeling in - en de sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren”.

Het afstudeeronderzoek bestaat uit de volgende onderdelen:

  • Literatuuronderzoek naar het ontwerp van houten sluisdeuren en de rekenmethodiek in de praktijk. Tevens is de achtergrond en afleiding van de betreffende rekenregels uit de Eurocode onderzocht.
  • Analytisch onderzoek naar de krachtsverdeling in - en het bezwijkmechanisme van de pen-gat verbinding. Zo zijn onder andere nieuwe krachtenschema’s en formules specifiek voor de sterktetoets van een “pen” aan het uiteinde van een balk afgeleid.
  • Experimenteel onderzoek als bevestiging/controle van de resultaten van het analytisch onderzoek. Proefstukken variërend in houtsoort, geometrie en krachtswerking zijn beproefd en de resultaten zijn uitvoerig bestudeerd.
  • Eindige Elementen-berekeningen (EEM) ten behoeve van onderzoek naar de krachtsverdeling in een pen-gat verbinding en bevestiging van het analytische onderzoek.

In het afstudeeronderzoek is aangetoond dat de huidige praktijk qua methodiek én rekenregels niet toepasbaar en zeer conservatief is. Er is tevens een voorzet gegeven naar een veelbelovende oplossingsrichting waarin is aangetoond dat de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren veel realistischer berekend kan worden.

Het gehele afstudeeronderzoek is voor iedereen in te zien via de digitale bibliotheek van de TU Delft via: http://repository.tudelft.nl/ , zoek vervolgens op “timber lock gate”.

Motivatie

Dat deze prachtige houtconstructies opeens niet meer zouden voldoen en nieuwe deuren worden “versterkt” met allerlei hulpconstructies van staal is een doorn in het oog voor mij als liefhebber van hout. In dit afstudeeronderzoek zijn zoveel mogelijk aspecten onderzocht, van het analytisch onderzoeken van de krachtsverdeling en het afleiden van nieuwe formules tot eindige elementen-berekeningen en experimenteel onderzoek. Het volledig afleiden van een vergelijking, geschikt voor de Eurocode, waarin geometrie-eigenschappen en materiaaleigenschappen van tropisch hardhout zijn verwerkt zou genoeg werk zijn voor promotieonderzoek(en). Er is echter wel aangetoond dat de huidige praktijk qua methodiek én rekenregels niet toepasbaar en zeer conservatief is. Er is tevens een voorzet gegeven naar een veelbelovende oplossingsrichting waarin is aangetoond dat de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren veel realistischer door berekeningen benaderd kan worden. Zo kunnen in de toekomst houten sluisdeuren toegepast blijven worden en hoeft de jaren lange ervaring, de traditie en vakmanschap niet verloren te gaan.

NB: op de foto's rust copyright disclaimer