Bemessung eines Betonfundaments mit IDEA StatiCa Connection & Detail

1. Neues Projekt

Starten Sie IDEA StatiCa Connection. 

Wählen Sie die Standard-Einstellungen für die Verankerungstopologie und öffnen Sie anschließend das Projekt.

2. Modellierung in Connection

Nach dem Erzeugen des Modells aus der Vorlage wird die Fußplatte zum Rand verschoben. Dafür wird die Vorlage zerlegt, sodass einzelne Bearbeitungsschritte getrennt angepasst werden können.

Passen Sie anschließend die Fußplatte an und stellen Sie die Schubkraftübertragung auf Reibung um.

Geben Sie nun die Bemessungsschnittgrößen für die biaxial beanspruchte Verankerung ein.
Unter diesen Lasten entsteht eine Kontaktpressung zwischen Fundamentunterseite und Boden. Standardmäßig wird der Betonblock als gerissen angenommen.

3. Nachweisführung in Connection

Wechseln Sie zur Registerkarte Nachweis und starten Sie die Berechnung. Die Nachweise zeigen einen ungenügenden Ankerwiderstand.

Untersucht werden die maßgebenden Versagensarten für Zug- und Querlast gemäß EN 1992-4:

Der detaillierte Ankernachweis zeigt eine Nichtkonformität bereits auf der ersten Seite der Ausgabe. Damit wird klar, welche Nachweise gemäß EN 1992-4 nicht vollständig im Modell abgedeckt sind und manuell oder mit einem weiterführenden Modell zu führen sind.

Grund des Versagens:

• Betonausbruchwiderstand der Anker bei Zug
• Betonausbruchwiderstand der Anker bei Querkraft

Dieses Problem kann mit IDEA StatiCa Detail gelöst werden. Dort wird der Betonblock mithilfe der 3D-CSFM-Methode realitätsnäher abgebildet, einschließlich Bewehrungsmitwirkung und dreidimensionaler Betonbeanspruchung.

4. Export nach IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Connection verfügt über eine Schnittstelle zu Detail. Damit können die Daten für den Nachweis des Fundaments direkt übertragen werden.

Voraussetzung für den Export: Das Modell muss berechnet sein und die Ergebnisse müssen vorliegen.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Stahlbeton nachweisen und speichern die IDEA StatiCa Detail Datei in einem Ordner Ihrer Wahl. Die neue Detail Datei wird danach automatisch geöffnet.

Folgende Informationen werden übertragen:

• Geometrie des Betonblocks
• Anker
• Fußplatte
• Einwirkungen
• Querkraftübertragungsmechanismus (Anker / Schubknagge / Reibung)
• Materialien
• Ankertyp (geklebt / einbetoniert)
• Verankerungsende (Scheibe / Gerade / Haken)
• Reibbeiwert

5. Bearbeitung in IDEA StatiCa Detail

System (Betonblock, Lager, Lasten, Bewehrung)

Das Modell muss einmal vorab berechnet sein, damit alle Daten vollständig übernommen werden.

Lagerung

Der Betonblock erhält eine Flächenlagerung mit Steifigkeit in allen drei Richtungen.
Zug wird jedoch standardmäßig nicht aufgenommen (Nichtlinearität).

Hinweis zur Stabilität:
Bei hohen Momenten kann der Betonblock "abheben" und zu großen Rotationen führen. Dies kann das Gesamtmodell instabil machen. In diesem Beispiel sollen Zugkräfte übertragen werden.

Verbindungselemente (Anker)

Die Anker werden aus Connection übernommen.
Wählen Sie den passenden Ankertyp:

• Einbetonierte Anker
• Nachträglich montiert

Achten Sie auf die richtige Einstellung Verbindung mit Fundamentplatte:

Nach einem Import aus Connection sollte die Axialkraftübertragung AUS und die Schubkraftübertragung EIN geschaltet sein, da die Anker direkt mit Kräften beaufschlagt werden.

Wird das Fundament hingegen vollständig in Detail modelliert, sind beide Optionen EIN zu schalten.

Bei Querkraftübertragung ist festzulegen, welche Anker Querkraft aufnehmen dürfen. Dies entspricht der Vorgabe der EN 1992-4 für den Querkraft-Betonausbruchnachweis.

Bewehrung

Stellen Sie die Betondeckung auf 40 mm ein, was als Standardwert für die Bewehrung verwendet wird.

Wählen Sie die Bewehrungsanordnung (1) --> 3D Stabgruppe (2) aus.

Tragen Sie die Eigenschaften, die Formdefinition und die Oberflächen ein.

Kopieren Sie die Bewehrung und ändern Sie die Oberfläche.

Kopieren Sie die Bewehrung nochmals und ändern Sie die Formdefinition und die Oberfläche.

Hinweis:
Mit zunehmender Anzahl von Bewehrungsstäben kann die räumliche Ansicht des Fundaments unübersichtlich werden. Sie können einzelnen Stabgruppen vorübergehend deaktivieren, um die Darstellung zu vereinfachen. Vergessen Sie nicht, alle Stabgruppen wieder zu aktivieren, wenn Sie fertig sind. Um korrekte Ergebnisse zu erhalten, muss das Modell vollständig bewehrt sein.

Zum Abschluss wird die Querkraftbewehrung eingegeben. Diese kann als vertikale Bügelstäbe modelliert werden, die an beiden Enden mit starrem Verbund angesetzt sind. Kopieren Sie dazu die letzte Eingabe und passen Sie die Parameter wie im Bild unten an.

Lasten und Kombinationen

Die Einwirkungen werden aus der Berechnung in Connection übernommen. Sie können sich die Kräfte, die durch die Schweißnähte auf die Fußplatte übertragen werden und die Ankerkräfte anschauen. Klicken Sie dazu auf LE1.

Fügen Sie noch den Lastfall Eigengewicht zu:

Fügen Sie den Lastfall LC2 mit dem Teilsicherheitsbeiwert 1,35 der vorhandenen Bemessungskombination zu. Der Teilsicherheitsbeiwert aus dem Connection Berechnung wird auf 1,0 belassen, da hier schon die Bemessungswerte vorliegen.

6. Berechnung und Nachweis

Bevor Sie die Berechnung starten, empfiehlt es sich, den Vernetzungsfaktor auf den Wert 2 oder 3 zu setzen.
Dadurch wird die Rechenzeit reduziert und eventuelle Divergenzprobleme können schneller erkannt werden.
Dieser Schritt ist optional – für die endgültige Berechnung sollte der Faktor wieder auf 1 zurückgestellt werden.

Hinweis zur Rechenzeit:
Die Berechnung basiert auf einem nichtlinearen Beton-Stahl-Verbundmodell. Für dieses Beispiel benötigt ein aktueller, leistungsstarker Computer mit Vernetzungsfaktor 1 etwa eine Minute.

Nach Abschluss der Berechnung erscheint oben links auf dem Bildschirm eine Kurzübersicht der Ergebnisse.
Wechseln Sie anschließend in den Reiter Nachweis.
Dort werden die Zusammenfassungen der Ergebnisse angezeigt, unter anderem die Spannungstrajektorien im Beton und der Spannungsverlauf in der Bewehrung.

Äquivalente Hauptspannung im Beton

Die äquivalente Hauptspannung im Beton wird aus dem Volumenverhalten des Betonblocks bestimmt und direkt mit dem Bemessungswert der Betondruckfestigkeit fcd verglichen.

Der Zusammenhang zwischen der maximalen Betondruckspannung σc,3 und der effektiven Hauptspannung wird über den Kappa-Faktor beschrieben.

Spannungsauslastung in der Bewehrung

Im Bewehrungsnachweis lassen sich die Spannungen und Dehnungen sämtlicher Bewehrungsstäbe darstellen. Man kann deutlich erkennen, welche Bewehrung zur Erhöhung der Betonausbruchtragfähigkeit beiträgt.

Spannungsauslastung in der Verankerung

Im Verankerungsnachweis lassen sich die Spannungen und Dehnungen aller Anker darstellen. In diesem Beispiel zeigt sich, dass der Anker an der Fundamentecke die höchste Spannungsauslastung aufweist.

Verbundspannungen in der Verankerung

Im Verankerungsnachweis lassen sich zusätzlich die Verbundspannungen und Verbundkräfte aller Anker darstellen. In diesem Beispiel zeigt sich, dass beim Anker an der Fundamentecke das Verhältnis Verbundspannung zu Verbundtragfähigkeit relativ hoch ist.

Verformungen

Es wird empfohlen, nach der Berechnung auch die Verformungen zu überprüfen. Auffällige große Verschiebungen, Rotationen oder lokale Netzverzerrungen können auf Modellierungs- oder Stabilitätsprobleme hindeuten.

Zur Darstellung der Verformungen wechseln Sie in das Menü Zusatz und aktivieren die Option Verformung.

7. Bericht

Zum Schluss gehen Sie zur Berichtsvorschau. IDEA StatiCa bietet einen vollständig anpassbaren Bericht, den Sie ausdrucken oder in einem editierbaren Format speichern können.

Sie haben alle Nachweise nach den Normen EN 1993-1-8 und EN 1992-4 erbracht. Der Stahlteil wurde in IDEA StatiCa Connection geprüft, und der Betonblock wurde in IDEA StatiCa Connection und Detail nachgewiesen.