Alle functionaliteiten van Detail 3D

Inleiding

Detail 3D is in wezen een uitbreiding van de huidige gevestigde IDEA StatiCa Detail toepassing. Het voegt een nieuw modeltype 3D toe en daarmee de implementatie van een methode voor het berekenen van spanningsvelden in 3D ruimte genaamd 3D CSFM. Berekeningen en controles zijn geïmplementeerd voor de uiteindelijke grenstoestand.

Voordat we ingaan op de beschrijving van de functionaliteiten van Detail 3D is het goed om te wijzen op het bestaan van Theoretische achtergrond, waar je meer technische details kunt lezen over de individuele modelentiteiten en de berekeningen zelf.

• IDEA StatiCa Detail - Structureel ontwerp van betonnen 3D discontinuïteiten

In de eerste stap kan de gebruiker een nieuw modeltype selecteren op het beginscherm (in de wizard), waar verschillende sjablonen beschikbaar zijn, en natuurlijk de optie om een model vanaf nul in te voeren.

Net als bij 2D-modellen kunnen de initiële instellingen in het rechterdeel worden bewerkt, zoals ontwerpcode, materialen en betondekking.

Na het maken van een leeg model of een model vanuit een sjabloon, zijn opties beschikbaar die bekend zijn van de 2D modelleeromgeving.

Opties voor het werken met meerdere Projectonderdelen zijn te vinden in het bovenste lint, evenals de nu standaard Undo/Redo knoppen, Labels view opties, Gallery controls, berekeningsinstellingen en template management controls.

Het initialiseert ook de boomstructuur, waarvan het eerste item, standaard DRM1 genoemd, de standaardinstellingen voor het eigenlijke Projectitem bevat. Boven de boom vind je gereedschappen om het model te manipuleren.

Modelleren in 3D Detail

Modelleren

Er zijn veel nieuwe tools en modelentiteiten toegevoegd aan de nieuwe 3D-omgeving in IDEA StatiCa Detail. In de volgende sectie gaan we samen door alle opties die beschikbaar zijn in versie 24.1.

Model entiteiten

We nemen het volgende op in de categorie Model entiteiten in de Detail toepassing:

• Element
• Ondersteuning
• Lastoverbrenger

In versie 24.1 kan slechts één element worden ingevoerd, dat kan worden gedefinieerd als een rechthoekige of veelhoekige vorm. Een rechthoekige vorm wordt gedefinieerd door drie dimensies, terwijl voor de Polygoon-optie de vorm in 2D-ruimte wordt ingevoerd in een tabel met coördinaten, die vervolgens in de ruimte kunnen worden geëxtraheerd. Om de algemene vorm van een veelhoek te definiëren, kunnen individuele coördinaten in de tabel worden ingevuld of kan een copy-paste uit een spreadsheetprogramma (zoals Microsoft Excel) worden gebruikt.

Oppervlakteondersteuning wordt gebruikt om het model te ondersteunen. Dit type ondersteuning kan op twee manieren gespecificeerd worden - twee Geometry types.

• Geheel oppervlak
• Polylijn

In beide gevallen moet je een referentieoppervlak kiezen en vrijheidsgraden definiëren. De ondersteuning kan worden gedefinieerd als elastisch en het Compression-only type kan worden gebruikt voor een richting loodrecht op het gespecificeerde oppervlak. In de volgende afbeelding zien we de ondersteuning ingevoerd op het gehele oppervlak nummer 4 en de optie 'Compression-only' uitgeschakeld.

Voor de tweede optie van polylijninvoer is dezelfde tabel beschikbaar. Ook hier kunt u de copy-paste functionaliteit gebruiken of de coördinaten handmatig invoeren. De ingevoerde vorm kan verplaatst worden langs het referentieoppervlak met behulp van X- en Y-coördinaten of geroteerd worden door een hoek in te voeren.

Merk op dat het mogelijk is om een polylijn te specificeren zodat de oorsprong van de coördinaten in het zwaartepunt van de gewenste vorm ligt. De positie wordt dan gerefereerd door de X- en Y-coördinaten naar dat zwaartepunt.

Lastoverbrengers in 3D Detail

Elementen voor het overbrengen van lasten

Lastoverbrengers bestaan uit twee entiteiten: de oplegplaat en het enkele anker. Laten we beginnen met de oplegplaat. Om de positie te specificeren, moeten een referentievlak en -rand worden geselecteerd. Deze definiëren de oorsprong van de coördinaten van waaruit de X- en Y-afstanden worden gemeten. Er zijn twee vormdefinitieopties, Rechthoekig en Veelhoekig.

De oplegplaat is verbonden met het betonelement door een contact dat drukspanningen overdraagt en, indien de gebruiker dit wenst, ook schuifspanningen kan overbrengen. Er zijn drie mechanismen voor dwarsoverdracht die kunnen worden geselecteerd:

• door wrijving
• door ankers
• door afschuif kluft

Met de software is het niet mogelijk om deze overdrachtsmechanismen te combineren.

Voor de optie met wrijving moet de ontwerpwaarde van de wrijvingscoëfficiënt worden ingevoerd. Voor de optie met een kluft moet het staalprofiel, inclusief geometrie en positie, worden ingevoerd.

De oplegplaat kan een puntbelasting of een groep krachten overbrengen. Voor een puntbelasting kan het model belast worden met zes interne krachten (Fx, Fy, Fz, Mx, My en Mz) op elke positie op de bodemplaat. Voor een groep krachten kunnen gebruikers de posities, intensiteiten en richtingen van de krachten invoeren in een tabel, waardoor een algemene positionering op de oplegplaat mogelijk wordt.

Een tweede lastoverbrenger, het enkele anker, kan worden toegevoegd en verbonden met de oplegplaat om bijvoorbeeld een voetplaat van de kolom te creëren die met vier ankers is verankerd (zie onderstaande figuur). Het is ook mogelijk om losse ankers zonder voetplaat te modelleren.

Meer informatie over de onderlinge verbinding met de oplegplaat is te vinden in de Theoretische achtergrond.

Qua positie en geometrie zijn de ankers gerelateerd aan het oppervlak en de rand van het blok, inclusief de bepaling van de relatieve positie zoals bij de oplegplaat. Natuurlijk is het mogelijk om de lengte van het anker in het beton en de lengte boven het betonoppervlak te specificeren.

De ankers zijn geïmplementeerd in twee varianten:

• In het werk gestorte - Wapening
• Chemisch achteraf geplaatste ankers

Voor de wapening wordt de aanhechtsterkte gebruikt volgens EN 1992-1-1 hfdst. 8.4.2. Daarnaast is het mogelijk om het verankeringstype voor dit type anker te specificeren zoals voor conventionele wapening.

Voor lijmankers is het mogelijk om direct de aanhechtsterkte in te voeren, die de gebruiker kan vinden in het technische informatieblad van de fabrikant. Merk op dat het noodzakelijk is om de ontwerpwaarde van de aanhechtsterkte in te voeren.

Een grondige beschrijving van het gedrag van de onderlinge verbinding tussen het anker en de oplegplaat wordt beschreven in de Theoretische achtergrond.

Belastingen en combinaties in 3D Detail

Last effecten

Belastingsgevallen kunnen op dezelfde manier gedefinieerd worden als voor 2D gewapend betonelementen. Dit betekent dat aan elk belastinggeval een permanent of variabel belastingtype kan worden toegewezen. De permanente belastingsgevallen worden eerst toegepast op het model, na een succesvolle berekening worden de variabele belastingsgevallen toegepast.

Er kunnen in totaal 4 soorten belastingimpulsen worden toegevoegd aan elk belastingsgeval.

• Oppervlaktebelastingen
• Puntbelastingen
• Groep van krachten
• Eigengewicht

De definitie van Surface loads is identiek aan de definitie van Surface support. Dit betekent dat het mogelijk is om het op twee manieren te specificeren - Gehele oppervlak en Polylijn. In het geval van oppervlaktebelastingen wordt natuurlijk de belastingsintensiteit in de drie algemene richtingen ingevoerd in plaats van de oppervlaktestijfheid.

Zoals hierboven vermeld, kun je met puntbelastingen de oplegplaat belasten met zes interne krachten Fx, Fy, Fz, Mx, My en Mz in de algemene positie. De rechterhandregel wordt gebruikt voor de definitie van buigmomenten.

Groep van krachten is een belastingsentiteit waarmee je krachten in drie richtingen overal op het model kunt specificeren met behulp van een tabel. Er kan worden verwezen naar de Oplegplaat of het oppervlak van een betonblok. Voor invoer in tabellen is het weer mogelijk om de copy-paste functionaliteit van het spreadsheetprogramma te gebruiken.

Als laatste belastingimpuls is het eigengewicht beschikbaar in de toepassing. Deze impuls moet in elk model worden opgenomen. 

Combinaties

Omdat de analyse in IDEA StatiCa Detail niet-lineair is, worden zogenaamde niet-lineaire combinaties gebruikt. Dit betekent dat individuele belastingsgevallen niet worden berekend en dat de resultaten vervolgens niet bij elkaar worden opgeteld. Integendeel, belastingsgevallen van hetzelfde belastingtype worden voor de berekening bij elkaar opgeteld, uiteraard met de respectieve coëfficiënten die in de combinaties zijn gedefinieerd, en de individuele combinaties worden vervolgens berekend. Daarom is het bestaan van ten minste één combinatie een voorwaarde voor het starten van de berekening.

Zoals aan het begin van het artikel is beschreven, is de berekening in de toepassing nu alleen gedefinieerd voor UGT. Dit betekent logischerwijs dat alleen combinaties voor UGT kunnen worden gedefinieerd.

3D Detail - Wapening

Wapening

Het model kan gewapend worden met een Groep van Staven. Dit wapeningstype bevat veel opties, die we in de volgende tekst zullen bespreken. Zo kunnen 4 soorten definities van de staafvorm worden opgegeven:

• Door twee punten
• Op de rand van het oppervlak
• Op de rand van het oppervlak op meer randen
• Op polylijn

Voor elk van deze elementen kun je natuurlijk de diameter en het materiaal opgeven, inclusief het verankeringstype aan het begin en aan het einde van de staven.

Vormdefinitie van de staaf Door twee punten spreekt voor zich. Je moet twee coördinaten met X, Y, Z invoeren.

Definitie Op rand biedt veel mogelijkheden om wapeningsstaven op de gewenste locatie te plaatsen. Je kunt wapeningsstaven in meerdere lagen invoeren met meer wapeningsstaven in één laag met gespecificeerde afstanden tussen de staven in en tussen de lagen. Natuurlijk is het ook noodzakelijk om het referentieoppervlak en de rand op te geven. Vervolgens moet je de betondekking opgeven, die de afstand tot het referentieoppervlak bepaalt (vanaf oppervlak [1] in de onderstaande figuur) en de randdekking, die de afstand van de inzetstukken tot de zijoppervlakken bepaalt (vanaf oppervlakken [4], [5] en [2] in de onderstaande figuur), kan worden opgegeven als Van instellingen of Gebruikersinvoer. De standaard betondekking (Van instellingen) voor het actieve Project item is te vinden in het eerste item van de boom (standaard DRM1 genoemd) item van de boom. Dit is gedefinieerd aan het begin van dit artikel. De betondekking kan worden ingesteld als een unieke waarde voor elke groep.

Tot slot kan Positie op rand worden bewerkt voor dit type item. Zoals in de onderstaande afbeelding is te zien, is het bijvoorbeeld mogelijk om de wapening zo te specificeren dat de door de gebruiker gedefinieerde betondekking  alleen wordt toegepast op het onderste oppervlak [5]. De zijvlakken worden bepaald door de verlenging van het begin en einde.

Een ander type definitie is Op oppervlak met meer randen. Hier is het mogelijk om een lijst van randen of oppervlakken te specificeren waarop de wapening geplaatst wordt, samen met een lijst van bedekkingslagen voor elk oppervlak zoals weergegeven in de volgende afbeelding.

De dekking kan ook worden gespecificeerd met de optie instellingen, net als bij de vorige optie. Ook hier is het mogelijk om de wapening te verschuiven ten opzichte van het referentieoppervlak met behulp van de optie Dekking van oppervlak en het aantal en de afstand van de lagen te specificeren. Het is ook mogelijk om de uiteinden te verlengen of te verkorten vanaf de Eerste rand en de Laatste rand.

De laatste manier om de wapening te definiëren is Op polylijn. Net als bij de bovengenoemde modelentiteiten kan de wapening worden gespecificeerd met behulp van een lijst coördinaten die is gekopieerd uit een spreadsheetprogramma. In dit geval is een 3D-scène met de wapening weergegeven voor een betere oriëntatie, waarbij rotaties rond twee assen mogelijk zijn.

3D Detail importeren vanuit de Connection applicatie

Importeren vanuit Connection

Voor verankeringen in een betonblok kan het model geïmporteerd worden vanuit de Connection applicatie. Na het berekenen van het model kan je bijvoorbeeld vaststellen dat de ankers of het betonblok niet voldoen volgens de berekeningen die beschikbaar zijn in de Connection app voor ongewapend beton. Klik in dat geval op de knop RC Check, die te vinden is in het bovenste lint op het tabblad Check.

Dit opent de toepassing Detail, waar het betonblok wordt geïmporteerd, inclusief de Voetplaat en Ankers. Het grootste voordeel is echter dat de belastingen worden geïmporteerd in de vorm van krachten die op de lassen op de voetplaat inwerken.

Een grondige uitleg van geïmporteerde krachten die op de voetplaat of ankers werken, zoals in de onderstaande figuur wordt getoond, is te vinden in de Theoretische achtergrond. Daar leer je bijvoorbeeld waarom er twee tegengestelde krachten op de getekende ankers worden ingevoerd, hoe en wanneer de ankers met de voetplaat worden verbonden, of bijvoorbeeld welke resultaten je van de toepassing kunt verwachten en onder welke omstandigheden.

Voeg vervolgens de vereiste wapening toe met behulp van de hierboven genoemde hulpmiddelen en bereken het model. Vergeet niet de ontwerp aanhechtsterkte te controleren. Het is ook een goed idee om te controleren of de gespecificeerde belasting het betonblok niet zal doen kantelen. Omkantelen kan worden voorkomen door eigengewicht of voldoende normaaldrukkracht. Als de resulterende verticale kracht positief is, zal de berekening stoppen. Omdat het beton niet op trek werkt, zal het beton tussen de onderste wapening en de ondersteuning loskomen.

3D Detail - Resultaten

De weergave van de resultaten lijkt erg op die van 2D Detail. Er zijn echter enkele grote verschillen, vooral als het gaat om resultaten op beton. In de volgende tekst zullen we alle beschikbare resultaten doorlopen, waarbij we ons zullen richten op de genoemde verschillen. In het tabblad Controleren kun je in totaal 4 soorten resultaten bekijken:

• Samenvatting
• Sterkte
• Verankering
• Aanvullend

Spanningsverloop in Samenvatting resultaten toont je de vectoren van drukhoofdspanningen in beton en gebruik van de wapening om je een basisoverzicht te geven.

In de controle Sterkte kun je de herverdeling van spanningen en spanningen voor wapening en beton weergeven. In het bovenste lint in de werkbalk Resultaten kun je bepalen wat er wordt weergegeven. Het is ook mogelijk om de verhoudingen σc_,eq/σlim en _ε/εlim weer te geven, evenals de plastische rek, het niveau van triaxialiteit _σc3/σlim en de richting van de hoofdspanning voor beton. Alle resultaten in de Sterkte zijn gerelateerd aan de Uiteindelijke Grenstoestand.

Het kan je opvallen dat de equivalente hoofdspanning σc_,eq nul is net onder de samengedrukte voetplaat. Lees de theoretische achtergrond waar σc_,eq wordt gedefinieerd. Je kunt ook dit verificatie-artikel lezen, waarin dit fenomeen wordt uitgelegd en geverifieerd met behulp van een bekende tri-axiale test.

• Tri-axiale spanning - het actieve opsluitingseffect

Verankeringscontrole geeft je informatie over de aanhechtspanning en de totale kracht op de wapening en ankers.

Last but not least kun je de Aanvullende resultaten in de toepassing bekijken - Vervorming, Wapeningsverhouding en Tensorwaarden. Het eerste type kan vervormingen van het niet-lineaire UGT-model weergeven.

De verhouding wapening toont de waarden die zijn gebruikt om het verstijvingseffect (Tension Stiffening) te berekenen.

Met Tensor betonwaarden kun je de intensiteiten van hoofdspanningen in beton en hun richting weergeven.

De resultaatsecties kunnen ook worden gebruikt.

3D Detail - Weergave van resultaten in doorsnede

Weergave van resultaten in doorsnede

Voor 3D beton modellen is er een optie voor het weergeven van resultaten in zogenaamde Doorsnedes. Om de doorsneden te definiëren of te wijzigen, moet je de doorsnedeknop gebruiken, die zich in de rechterbovenhoek van de scène bevindt.

Vervolgens kun je eenvoudig de snedeknop aanzetten en worden de resultaten weergegeven via een gespecificeerde snede.

Of er is een optie om de weergave van 3D naar 2D te schakelen en voor een betere duidelijkheid de geselecteerde snede in 2D weer te geven.

Rapporteer

Zoals standaard is in onze toepassingen, kunnen alle resultaten worden afgedrukt in een automatisch gegenereerd rapport, inclusief theoretische achtergrond, gebruikersparagrafen en nog veel meer.