Schluss mit dem Rätselraten bei der Bemessung von Verankerungen

Ein Zeitfresser in der Praxis

Laut einer Umfrage des New Civil Engineer unter über 100 Bauingenieuren benötigen 55 % von ihnen bis zu vier Stunden, um eine typische Stahl-Beton-Verbindung zu bemessen und den zugehörigen Nachweisbericht zu erstellen – eine beachtliche Zeitspanne, angesichts der vielen Aufgaben innerhalb eines Projekts.

Der herkömmliche Weg – mit bekannten Schwächen

Unabhängig davon, ob man sich am Eurocode, AISC oder anderen Regelwerken orientiert, basieren alle auf denselben Grundprinzipien: Es werden unterschiedliche Versagensmechanismen (z. B. Ausziehen, Betonkegelversagen, Versagen durch Querkräfte) unterschieden, die einzeln nachzuweisen sind. Meist kommt die Komponentenmethode zur Anwendung, bei der das Gesamtsystem in Einzelelemente aufgeteilt und separat beurteilt wird.

Abbildung 1: Schema der Versagensarten - Bild aus Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

Einige Normen bieten jedoch keine vollständigen Bemessungsverfahren für den Beton an oder empfehlen sehr konservative Ansätze mit zusätzlicher Bewehrung – oftmals ohne rechnerischen Nachweis, sondern lediglich auf Grundlage von konstruktiven Vorgaben.

Selbst einfache Verankerungsdetails beanspruchen dadurch übermäßig viel Zeit. Bei komplexen oder untypischen Geometrien wie z.B. randnahe Verankerungen stößt die konventionelle Herangehensweise an ihre Grenzen.

Abbildung 2: Fallstudie - Verankerungsbemessung eines Silos, Kanada

Zeitgemäße Methoden mit großem Potenzial

Der Einsatz numerischer Methoden, insbesondere der Finite-Elemente-Methode (FEM), ist in der Tragwerksplanung seit Jahren etabliert. IDEA StatiCa nutzt hier die methodischen Ansätze CBFEM (für Stahlverbindungen) und CSFM (für Diskontinuitätsbereiche in Betonbauteilen). Diese sind nicht nur erprobt, sondern auch in der Lage, komplexe Zusammenhänge realitätsnah abzubilden – inklusive nichtlinearen Materialverhaltens, Rissbildung im Beton und Wechselwirkungen zwischen Beton und Bewehrung.

IDEA StatiCa als integrierte Lösung

Mit der Kombination aus IDEA StatiCa CONNECTION und IDEA StatiCa DETAIL steht nun ein durchgängiges System zur Verfügung, das alle relevanten Aspekte der Verankerungsbemessung abdeckt – vom Stahlanschluss bis zur detaillierten Abbildung des Betonblocks mit Bewehrung.

In früheren Versionen war der Nachweis von Betonfundamenten in CONNECTION stark eingeschränkt (z. B. nur unbewährter Beton). Verstärkte Betonbauteile erforderten manuelle Nachrechnungen. Mit der Version 24.1 und dem Programm 3D DETAIL ändert sich das grundlegend:

• Nachweis von Stahl-, Beton- und Bewehrungskomponenten im Grenzzustand der Tragfähigkeit
• Ermöglichung von Schubübertragung über Anker oder Schubknagge
• Berücksichtigung von Randabständen und komplexen Belastungssituationen

3D DETAIL ermöglicht die realitätsnahe Modellierung von Bewehrung, was insbesondere für Versagensmodi wie Betonkegelausbruch oder kombinierte Beanspruchungen entscheidend ist.

Abbildung 3: Abgedeckte Versagensarten in IDEA StatiCa CONNECTION und 3D DETAIL

Durchgängiger Workflow mit nur einem Klick

IDEA StatiCa ermöglicht einen durchgängigen Workflow zwischen CONNECTION und DETAIL: Das in Connection modellierte Anschlussdetail inklusive Lasten kann mit nur einem Klick in Detail importiert werden. Lediglich die Bewehrung ist noch zu ergänzen - dann ist das Modell bereit für die vollständige 3D-Berechnung.

Das reduziert den Aufwand erheblich und vermeidet doppelte Modellierung.

Praxisbeispiele

Die Software deckt heute ein breites Spektrum an Anwendungsfällen ab:

1. Anschluss eines Stahlträgers an einen Stahlbetonträger
2. Anschluss einer Stahlstütze an eine Stahlbetonstütze
3. Schwerlastverankerung mit Schubdorn
4. Verankerung in bewehrten Betonwänden

Abbildung 4: Praxisbeispiele

Fazit

Wenn Sie sich regelmäßig mit komplexen Stahl-Beton-Verankerungen beschäftigen, lohnt sich ein Blick auf die neuen Möglichkeiten mit IDEA StatiCa CONNECTION und DETAIL. Sie sparen nicht nur Zeit und Material, sondern erhalten auch transparente, prüffähige Ergebnisse - selbst bei anspruchsvollen Details.

Weitere Informationen zu bekannten Einschränkungen, zum theoretischen Hintergrund und zur Funktionsweise finden Sie in der IDEA StatiCa Wissensdatenbank.

Anmerkung: Für ein richtiges Verständnis empfehle ich, die bekannten Einschränkungen für 3D Detailzu lesen , sowie sich mit dem theoretischen Hintergrund oder einer praktischeren Beschreibung der Funktionalitäten zu befassen , um einen tieferen Einblick zu erhalten.