Bereik het onmogelijke, met name in het verankeringsontwerp

Je zou kunnen zeggen: "Ontwerp gewoon wat de standaard ons expliciet toestaat." Maar laten we een reality check doen: zo werkt het gewoon niet, of het nu gaat om de krappe ruimtes of technische en architecturale vereisten. En dus is verankering die (figuurlijk) als "op het randje" kan worden beschouwd - of beter gezegd, specifieke soorten verankering - overal om ons heen te zien. Veel gevallen worden nauwkeurig berekend en geverifieerd met meer geavanceerde methoden (zelfs als het misschien te lang heeft geduurd). Veel gevallen zijn echter waarschijnlijk niet zo grondig beoordeeld als ze verdienen. 

IDEA StatiCa is al geruime tijd bezig met het veranderen en vervroegen van het ontwerp van stalen verbindingen, staal- en betonelementen en concrete details. Het gaat niet om vereenvoudiging van de workflow door geautomatiseerde berekeningen, het gaat vooral om de innovatieve methoden die ons in staat stellen om het voorheen ondenkbare te ontwerpen. Onze nieuwste wapenfeit, de release van IDEA StatiCa Detail voor 3D, breidt de ontwerpmogelijkheden opnieuw verder uit dan voorheen.

Of je nu behoort tot de groep die dagenlang worstelt met het verankeren van ontwerpen of uitsluitend vertrouwt op ervaring maar vervolgens niet goed slaapt, lees verder.

Deuren naar nieuwe mogelijkheden

Als je betrokken bent bij het verankeren van constructies, kun je waarschijnlijk meerdere gevallen bedenken waar je het moeilijk mee hebt gehad. Hier zijn een paar voorbeelden die we onlangs hebben geïdentificeerd als zeer moeilijk te ontwerpen met alleen standaardpraktijken. Maar met behulp van onze tools IDEA Statica Connection en Detail wordt het mogelijk om in een relatief redelijke tijd te ontwerpen.

Figuur 1: Meervoudige verankering in één betonblok

• Verankering nabij de rand – Verankering dicht bij de rand is bijna onmogelijk te ontwerpen zonder wapening vanwege de manier waarop beton faalt (kegelbreuk en andere). Het beoordelen van verankering in gewapend beton is op zichzelf al arbeidsintensief – zie dit artikel voor meer details: U hoeft niet langer te worstelen met het verankeringsontwerp. Detail (3D-modus) is echter speciaal ontworpen voor dergelijke gevallen - gewapend beton. Door wapening toe te voegen, kunnen we faalmodi voorkomen die anders in gewoon beton zouden voorkomen. Tegelijkertijd maakt het gebruik van een geavanceerde FE-methode (3D CSFM) en de implementatie ervan in detail een zeer complexe taak relatief eenvoudig.

Figuur 2: Voorbeelden van verankering in de buurt van een rand in verbinding (inclusief stalen elementen) en in detail (inclusief wapening)

• Meervoudige verankering dicht bij elkaar – Het probleem dat we hebben met nauwe verankering is dat de kegels met elkaar interageren. Geen enkele gids kan ons rechtstreeks adviseren over hoe we deze gevallen moeten beoordelen. In de veelgebruikte literatuur, of het nu gaat om de EN- of fib-gids, vinden we min of meer alleen voorwaarden en beperkingen die we conservatief kunnen overwegen. Ze adviseren ons alleen om afstanden te gebruiken waarmee we kegels individueel kunnen beoordelen. Maar zodra we niet in deze omstandigheden passen, zijn we gedoemd. Echter, in detail, aangezien we een geavanceerde FE-gebaseerde methode hebben, kunnen we het complexe gedrag analyseren.

Figuur 3: Meervoudige verankering in één van de muur

• Meervoudige verankering in het algemeen (brugondersteuning op een gemeenschappelijke fundering) – Een typische situatie veroorzaakt door windbelasting, waarbij de ene kolom van een vakwerkondersteuning wordt belast door spanning en de andere door compressie. Er is een onderlinge wisselwerking tussen de betonconus uit de groep spanankers en de drukbelasting van de andere kolom. Voor een dergelijk geval biedt Eurocode geen bevredigende analytische oplossing, niet alleen omdat het inherent noodzakelijk is om de betonnen fundering te versterken, dus moet een meer geavanceerde analyse zoals Detail en zijn 3D CSFM worden gebruikt.

Figuur 4: Verankering van een leidingbrug, ontworpen door FEVIA s.r.o

• Rekening houden met bestaande wapening bij renovaties – Eventuele renovaties of uitbreidingen kunnen een ander interessant voorbeeld zijn van het gebruik van verankering in detail, aangezien idealiter de bestaande wapening wordt opgenomen. 

Problemen die zich voordoen

Om het samen te vatten:

Eurocode specificeert faalmodi voor zowel spanning als afschuiving voor ankers en beton:

Figuur 5: Schema van faalmodi – Ontwerp van staal-betonverbindingen Ontwerphandleiding II

EN 1992-4 is specifiek gewijd aan de gedetailleerde beoordeling van gewoon beton. De meeste van deze betonbreuken kunnen worden voorkomen door wapening toe te voegen, wat in sommige gevallen zelfs nodig is (zie voorbeelden hierboven). De norm geeft ons echter geen duidelijke handvatten meer hoe hiermee om te gaan.

Een ander probleem doet zich voor wanneer betonnen kegels met elkaar interageren – Eurocode en andere literatuur (fib bulletin 58) geven alleen voorwaarden voor wanneer en hoe deze kegels afzonderlijk kunnen worden gecontroleerd.

Figuur 6: CEB-FIB: Bulletin 58 – Ontwerp van verankeringen in beton (2011), hfdst. 1.2

We kennen de problemen die zich kunnen voordoen tijdens het ontwerp, maar wat kunnen we eraan doen? Opgeven of...

... Zoek een oplossing.

De oplossing 

Detail kan de bovenstaande gevallen zeer efficiënt oplossen. Het maakt het mogelijk om de invloed van wapening op het draagvermogen te beoordelen en maakt ook de beoordeling mogelijk van de gevallen die niet onder de norm vallen. In combinatie met Connection is het dan mogelijk om uitgebreide standaard codecontroles te verkrijgen voor alle soorten storingen. 

Er is al veel geschreven over beide toepassingen, maar het kan zeker geen kwaad om een korte vergelijking en een paar bronnen toe te voegen voor een dieper begrip van de methoden:

• IDEA StatiCa Connection – gericht op het beoordelen van staalverbindingen, inclusief verankering in beton. De ankers worden beoordeeld volgens empirische formules in overeenstemming met de norm. Het betonblok is gemodelleerd met behulp van het "Winkler"-schema, dus de mogelijke beoordeling is alleen voor gewoon beton.
• IDEA StatiCa Detail – Het model in detail is van de laatste elementen, inclusief de wapening. Vanwege de basisaanname dat alle spanning wordt overgedragen door de wapening (in beton wordt de spanning verwaarloosd), is de oplossing alleen geschikt voor gewapend beton. Met behulp van 3D CSFM verkrijgen we de spanningen van beton en wapening/ankers, die worden geëvalueerd met grenswaarden van Eurocode. Daarnaast krijgen we een realistisch beeld van het gedrag van de constructie, zoals spanningsstromen en vervormingen. De 3D CSFM-methode omvatte de effecten van tri-axiale spanning. 

Figuur 4: Vergelijking tussen Connection en Detail (input en modellen)

Zoals gezegd is een combinatie van beide nodig voor een volledige beoordeling. Voor efficiënt werken is een import van Connection to Detail ingeschakeld, inclusief extra parameters en belastingen. 

Om de methode te begrijpen, kunt u doorgaan naar de theoretische achtergrond. Om op de hoogte te blijven van functionaliteiten, ga je naar de Release Notes. 

Wat ga je doen?

3D Detail (met CSFM) vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts, waardoor complexere behuizingen met vertrouwen kunnen worden ontworpen. Hoewel sommigen misschien ongerust zijn over deze vooruitgang, stellen de technologieën die we tot onze beschikking hebben ons in staat om meer te bereiken dan ooit tevoren - dus waarom zouden we hun potentieel niet omarmen? Vooruitgang is zowel natuurlijk als onvermijdelijk.

Bij IDEA StatiCa zien we verankering als slechts het begin. Het is het eerste geval dat we volledig hebben geverifieerd en we zijn vastbesloten om onze focus in de toekomst uit te breiden naar andere uitdagingen.

De vraag is: zul je je aanpassen aan deze ontwikkelingen, of zul je je verzetten tegen verandering?