Hoe beïnvloedt wanddikte de draagkracht?
De wanddikte van een stalen buis beïnvloedt de draagkracht, stijfheid, knikweerstand, buigsterkte en weerstand tegen lokale vervorming. Bij funderingsbuizen, buispalen, constructiebuizen en stalen constructies wordt de belastbaarheid echter nooit uitsluitend door de wanddikte bepaald. Ook de buitendiameter, staalsoort, overspanning of paallengte, belastingstype, ondersteuning, bodemgesteldheid, verbindingen en productienorm spelen een belangrijke rol.
Wat betekent wanddikte bij een stalen buis?
De wanddikte is de dikte van het staal tussen de buitenzijde en binnenzijde van een stalen buis. Deze maat wordt vrijwel altijd uitgedrukt in millimeters en gecombineerd met de buitendiameter.
Een buis met de maatvoering Ø 508,0 × 8,0 mm heeft een buitendiameter van 508,0 mm en een wanddikte van 8,0 mm.
Hoe groter de wanddikte, hoe groter het doorsnede-oppervlak van de buis. Hierdoor kan de buis doorgaans hogere belastingen opnemen en neemt de constructieve stijfheid toe.
Waarom heeft wanddikte invloed op de draagkracht?
De draagkracht van een stalen buis is de maximale belasting die de buis veilig kan opnemen zonder te bezwijken of onaanvaardbaar te vervormen.
Een grotere wanddikte zorgt meestal voor:
- een groter staaloppervlak;
- een hogere axiale draagkracht;
- een grotere buigstijfheid;
- een hogere weerstand tegen knikken;
- een grotere weerstand tegen lokale indeuking;
- een hogere torsiestijfheid;
- meer robuustheid tijdens transport en installatie.
Hierdoor worden stalen buizen met een grotere wanddikte veel toegepast in funderingen, bruggen, waterbouw, offshore constructies, industriële staalbouw en zware infrastructuur.
Welke eigenschappen veranderen door een grotere wanddikte?
| Eigenschap | Effect van grotere wanddikte |
|---|---|
| Doorsnede-oppervlak | Neemt toe |
| Axiale draagkracht | Neemt meestal toe |
| Buigstijfheid | Neemt toe |
| Weerstandsmoment | Neemt toe |
| Traagheidsmoment | Neemt toe |
| Torsiestijfheid | Neemt toe |
| Lokale stabiliteit | Verbetert |
| Weerstand tegen indeuken | Verbetert |
Wanddikte en axiale draagkracht
Bij drukbelasting wordt de belasting voornamelijk opgenomen door het staaloppervlak van de doorsnede. Wanneer de wanddikte groter wordt, neemt het staaloppervlak toe en worden spanningen over meer materiaal verdeeld.
Daardoor neemt de axiale draagkracht meestal toe. Bij funderingspalen en funderingsbuizen is dit belangrijk omdat deze grote verticale belastingen vanuit gebouwen, bruggen, viaducten en industriële constructies naar draagkrachtige bodemlagen overbrengen.
Invloed op knikweerstand
Bij lange stalen buizen speelt niet alleen materiaalsterkte een rol, maar ook constructieve stabiliteit. Een slanke buis kan bezwijken door knik, nog voordat de vloeigrens van het staal wordt bereikt.
Een grotere wanddikte verhoogt het traagheidsmoment, maakt de doorsnede stijver en vermindert de gevoeligheid voor instabiliteit. De knikweerstand wordt daarnaast bepaald door de effectieve lengte, oplegging, inklemming, buitendiameter en belastingrichting.
Wanddikte en buigstijfheid
Veel constructieve buizen worden niet uitsluitend op druk belast. Ook buigende momenten, horizontale belasting, windbelasting, verkeersbelasting, excentrische belasting, dynamische belasting en vermoeiingsbelasting kunnen een rol spelen.
Een grotere wanddikte verhoogt zowel het weerstandsmoment als de buigstijfheid van de buis. Hierdoor neemt de doorbuiging af, worden spanningen beter verdeeld en blijft de constructie stijver onder belasting.
Wanddikte en lokale vervorming
Naast globale sterkte speelt ook lokale stabiliteit een belangrijke rol. Een dunwandige stalen buis is gevoeliger voor lokale indeuking, plaatselijke plastische vervorming, ovalisatie en beschadiging tijdens installatie.
Dit kan optreden bij lasverbindingen, hijspunten, paalkoppen, opleggingen, klemconstructies en puntbelastingen. Een grotere wanddikte verhoogt de weerstand tegen dergelijke lokale belastingen en verkleint de kans op blijvende vervorming.
Wanddikte is slechts één ontwerpvariabele
Hoewel wanddikte belangrijk is, bepaalt deze nooit zelfstandig de draagkracht. Een constructeur beoordeelt altijd meerdere factoren tegelijk.
- buitendiameter;
- wanddikte;
- staalsoort;
- vloeigrens;
- elasticiteitsmodulus;
- buislengte;
- slankheid;
- belastingstype;
- ondersteuningscondities;
- verbindingen;
- corrosietoeslag;
- vermoeiing;
- veiligheidsfactoren.
Diameter versus wanddikte
Bij veel constructies blijkt de buitendiameter minstens zo belangrijk als de wanddikte. Een grotere diameter vergroot namelijk het traagheidsmoment aanzienlijk.
Hierdoor neemt de buigstijfheid sterk toe, verbetert de knikweerstand en worden doorbuigingen kleiner. Daarom is een grotere diameter in sommige situaties constructief gunstiger dan uitsluitend een dikkere wand.
Invloed van de staalsoort
Niet alleen de afmetingen bepalen de draagkracht. Ook de staalkwaliteit speelt een belangrijke rol.
Veel toegepaste constructiestalen zijn onder andere S235, S275, S355 en S355J2H. Een hogere vloeigrens betekent dat het staal hogere spanningen kan opnemen voordat plastische vervorming optreedt.
Daarom kan een dunnere buis van S355J2H in bepaalde toepassingen constructief gunstiger zijn dan een dikkere buis van S235. Welke oplossing het beste is, hangt altijd af van de volledige constructieve berekening.
Wanddikte bij funderingsbuizen en buispalen
Binnen de funderingstechniek beïnvloedt wanddikte zowel de uitvoeringsfase als de levensduur van de fundering. Tijdens de installatie moet de buis bestand zijn tegen heien, trillen, drukken, boren, transport en hijsen.
Na installatie moet dezelfde buis gedurende tientallen jaren belastingen veilig afdragen naar de draagkrachtige ondergrond. Daarbij spelen ook schachtwrijving, puntweerstand, geotechnische draagkracht, zettingsgedrag, grondopbouw en corrosie een rol.
Relevante normen
Bij constructieve stalen buizen worden onder andere de volgende normen toegepast:
- EN 10219 – koudgevormde gelaste constructieve holle profielen;
- EN 10210 – warmgevormde constructieve holle profielen;
- EN 1993 – Eurocode 3 voor het ontwerp van staalconstructies;
- EN 1997 – Eurocode 7 voor geotechnisch ontwerp van funderingen.
Deze normen beschrijven onder meer materiaaleigenschappen, toleranties, doorsnede-eigenschappen, stabiliteit, sterkte, veiligheidsfactoren en ontwerpregels.
Praktisch voorbeeld
Stel dat twee stalen buizen dezelfde buitendiameter hebben:
| Buis | Afmeting |
|---|---|
| Buis A | Ø 508 × 8 mm |
| Buis B | Ø 508 × 16 mm |
De buis met een wanddikte van 16 mm bevat aanzienlijk meer staal in de doorsnede. Daardoor zijn onder gelijke omstandigheden het doorsnede-oppervlak, het weerstandsmoment, het traagheidsmoment en de weerstand tegen lokale vervorming groter.
Dat betekent echter niet dat de draagkracht precies verdubbelt. De uiteindelijke belastbaarheid wordt altijd bepaald door de combinatie van diameter, wanddikte, staalsoort, belasting, oplegging, lengte, verbindingen en bodemgesteldheid.
Samenvatting
De wanddikte beïnvloedt de draagkracht van een stalen buis doordat een grotere wand meer staal bevat en daardoor doorgaans een hogere axiale draagkracht, grotere buigstijfheid, betere knikweerstand en hogere weerstand tegen lokale vervorming biedt. De uiteindelijke draagkracht wordt echter altijd bepaald door de combinatie van wanddikte, buitendiameter, staalsoort, doorsnede-eigenschappen, belasting, ondersteuning, constructieve detaillering en geotechnische omstandigheden.
Advies nodig over de juiste wanddikte of stalen buis?
De juiste combinatie van wanddikte, diameter en staalsoort is afhankelijk van de belasting, toepassing en constructieve eisen. Wilt u sparren over een geschikte stalen buis of heeft u een technische vraag over uw project? Onze specialisten denken graag met u mee.
