Volledige normtoetsing van ankers in beton met IDEA StatiCa

De Eurocode specificeert verschillende bezwijkmechanismen voor ankers en betonnen voetstukken en verdeelt ze verder volgens het belastingtype. In IDEA StatiCa Connection konden we tot nu toe de ankers controleren, maar met enkele beperkingen moesten de controles handmatig worden uitgevoerd.

Tegelijkertijd was het onmogelijk om rekening te houden met de wapening van betonblokken. Dit verandert nu met IDEA StatiCa Detail 3D, die meer mogelijkheden biedt. IDEA StatiCa Detail 3D biedt geen controles zoals we gewend zijn voor gewoon beton. Met FE-analyses kunnen we echter controleren of gewapend beton aan de gespecificeerde belasting zal voldoen. De apps werken onafhankelijk van elkaar en kunnen afzonderlijk worden gebruikt, maar dankzij de koppeling tussen Verbinding en Detail is het ook mogelijk om Detail alleen als aanvullende berekening te gebruiken.

Laten we nu de Eurocode-voorwaarden een voor een doornemen en de mogelijkheden die de toepassingen ons bieden.

Trekkracht

Eurocode verdeelt het eerste type belasting (trekkracht) in 6 mogelijke gevallen van falen van ankers of beton (a, b, c, d, e, f) en twee voor de wapening (g, h).

Onderstaande figuur laat schematisch zien welk type bezwijken je kunt controleren met de Connection app en welk gedrag kan worden afgedekt door gewapend beton te gebruiken en dus de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules van Eurocode ( EN 1992-4-7.2.1) voor ankerontwerp (CBFEM), terwijl IDEA StatiCa Detail volledig is gebaseerd op de eindige-elementenmethode (3D CSFM). Sommige beoordelingsopties overlappen elkaar daarom in beide toepassingen, maar altijd met een andere methode.

Door de aard van de methoden die in de software zijn geïmplementeerd, kan alleen gewoon beton worden beschouwd in Connection, terwijl gewapend beton kan worden beschouwd in Detail.

De belangrijkste aannames en beperkingen van de analyse voor de huidige versie van IDEA StatiCa Detail 3D:

• Beton in trek wordt verwaarloosd

a) Falen van staal

Het bezwijken van alleen trekbelaste ankers is gecontroleerd in beide toepassingen. De trekweerstand van ankers wordt gecontroleerd in Connection volgens de volgende formule:

In detail worden de ankers gecontroleerd zoals de gewone wapening staven volgens de spanning-rek diagrammen gedefinieerd voor specifieke materialen met gebruik van de waarde van de maximale rek van 5% (berekend op basis van het verstijvingseffect; lees meer in TB).

b) Falen van betonkegel

Falen van betonnen kegels kan worden geverifieerd in Connection. In Connection kan de app echter alleen ongewapend beton beschouwen.

In het geval dat de betonkegel bezwijkt, is het daarom aangewezen om door te gaan naar IDEA StatiCa Detail, waar een analyse van het volledige gewapende blok wordt uitgevoerd. De treksterkte van het beton wordt conservatief verwaarloosd, wat betekent dat de draagkracht voor betonkegelfalen in grote mate wordt bepaald door de opgegeven hoeveelheid wapening. In de afbeelding hieronder zie je de richtingen van de hoofdspanningen die de vorm van de bovengenoemde kegel aangeven. In het rechterdeel zie je de waarden van de betonspanningen, die worden beoordeeld met de grenswaarden.

c) Bezwijken door uittrekken

Deze normcontrole is alleen in Connection voor bepaalde gevallen (zie de eerste afbeelding in dat artikel). Een aanvullende beoordeling is nodig voor achteraf geïnstalleerde mechanische ankers.

In Detail is het mogelijk om zogenaamde lijmankers in te stellen en de ontwerpaanhechtsterkte te specificeren op basis van hun technische parameters. De ankers worden dan geverifieerd op basis van deze parameters. (Alleen van toepassing op gewapend beton.)

d) Gecombineerd uittrekken en bezwijken van chemische ankers

Dit falen kan alleen in Detail worden vastgesteld, waarbij de betonspanningen en de verankeringsgebieden worden gecontroleerd met behulp van 3D CSFM. Het gecombineerde mechanisme voor uittrekken en falen van beton is in Detail gebaseerd op de hierboven gedefinieerde principes en de beoordeling ervan maakt deel uit van de controle van de betonsterkte en de verankering. (Alleen van toepassing op gewapend beton).

e) Betonbreuk

Het is niet mogelijk om dit in Connection te controleren. Bij Detail is het bezwijken van beton meestal een probleem van ongewapend beton, waar het gebruik van wapening het bezwijken voorkomt. Tegelijkertijd is het mogelijk om de spanningen en rekken van zowel de wapening onder druk of spanning als het beton onder druk te zien in de Detail app.

f) Blow-out van beton

Voor ongewapend beton is een empirische normtoetsing volgens Eurocode in Connection mogelijk.

Voor gewapend beton is het mogelijk om Detail te gebruiken. Zijdelings uitbreken van beton wordt behandeld in de betonsterkteanalyse. Waarbij de trekspanningen alleen worden overgedragen door de wapening (zoals hierboven meerdere keren vermeld).

Extra controles voor gewapende betonpoeren:

Voor gewapende betonblokken is een aanvullende beoordeling van de wapening vereist. Het falen van de wapening en het falen van de verankering van de wapening maakt deel uit van de wapeningscontrole in Detail.

g) Staalbreuk van wapening

h) Verankeringsfalen van wapening

Afschuifkracht

Eurocode verdeelt het tweede type belasting (afschuifkracht) in 4 mogelijke gevallen van falen van ankers of betonblokken (a, b, c, d) en nog twee voor gewapende funderingen (e, f).

De onderstaande figuur laat schematisch zien welk type bezwijken je kunt controleren met de Connection-app en ook welk gedrag kan worden gedekt door het gebruik van gewapend beton en dus de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules van Eurocode ( EN 1992-4-7.2.2) voor ankerontwerp (CBFEM). Alle soorten bezwijken door dwarskracht kunnen worden behandeld in de Connection-app.

In de nieuwere versie van IDEA StatiCa Detail 3D kan ook de dwarskracht worden overgedragen via de ankers.

a) Falen van staal zonder hefboomarm

Het bezwijken van staal zonder de hefboomarm van op afschuiving belaste ankers wordt alleen geverifieerd in Connection. De afschuifweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:

Aangezien het onmogelijk is om het anker te belasten met een afschuifkracht in de Detail, is de beoordeling in de toepassing niet mogelijk. Vanaf versie 24.1 is dit wel mogelijk.

b) Staalbreuk met hefboomarm

Staalbreuk met de hefboomarm van afschuifbelaste ankers wordt alleen gecontroleerd in Connection. De afschuifweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:

Aangezien het niet mogelijk is om het anker te belasten met een afschuifkracht in de Detail, is de beoordeling in de toepassing helemaal niet mogelijk.

c) Uitbreken van beton

De afschuifweerstand van ankers wordt in IDEA StatiCa Connection gecontroleerd aan de hand van de volgende formule:

De afschuifcapaciteit van het beton door de voetplaat wordt vervolgens beoordeeld in de toepassing Detail.

d) Betonrandbreuk

Betonrandfalen door ankers in afschuiving wordt alleen gecontroleerd in Connection. De afschuifweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:

De afschuifcapaciteit van het beton kan alleen worden beoordeeld in de detailtoepassing als er een voetplaat is die de afschuifkracht overdraagt. Dit verandert in versie 24.1.

Extra controles voor gewapend beton:

Voor gewapende betonpoeren is een aanvullende beoordeling van de wapening vereist. Falen van staal en verankering van wapening maakt deel uit van de wapeningsbeoordeling in IDEA StatiCa Detail.

e) Staalbreuk van aanvullende wapening

f) Verankeringsfalen van aanvullende wapening

Conclusie

De IDEA StatiCa Detail 3D-toepassing kan dienen als hulpmiddel voor aanvullende beoordelingen op IDEA StatiCa Connection. IDEA StatiCa Detail 3D is sinds versie 24.1 uit de beta en kan nu ook dwarskracht overdragen via de ankers.