IDEA StatiCa stellt Detail (3D Beta) für die Lösung von 3D-Aufgaben vor, wie z. B. die Verankerung in Betonblöcken. Die Lösung ermöglicht die Bemessung ohne unzulässige Vereinfachung und liefert Nachweise auf Basis des Grenzzustands der Tragfähigkeit (GZT). Die in IDEA Statica Detail (3D Beta) implementierte Methode basiert auf der bereits bewährten Kompatiblen Spannungsfeldverfahren, die so angepasst wurde, dass sie 3D-Probleme (dreiachsiger Spannungszustand) lösen kann. Auch das Basiselement wurde auf die dritte Dimension erweitert. Der Volumenkörper ist das Basiselement, das den Beton repräsentiert, und kann sich in alle drei Richtungen verformen. Um die Erstellung eines komplexen Modells für Fundamente zu ermöglichen, haben wir Entitäten wie Flächenlagerung, Fußplatte, Anker und weitere implementiert. Alle diese Entitäten sowie ihre Funktionalität werden im folgenden Artikel beschrieben.
Die Form des Volumenkörpers
Der Betonblock kann mithilfe des Bauteiltyps „Volumenkörper" modelliert werden, dessen Geometrie auf zwei Arten definiert werden kann:
- Rechteckige Form – Diese Option eignet sich für die Definition eines Fundaments mit rechteckiger Grundfläche und konstanter Höhe. Durch die Definition von Versätzen für alle Seiten des Blocks können auch geneigte Fundamente modelliert werden.
- Polygonale Grundfläche mit definierter Höhe – Die zweite Option zur Definition einer Fundamentform ist die Definition der Grundflächenform als allgemeines Polygon. Es ist jedoch nicht möglich, ein geneigtes Fundament wie in der vorherigen Option beschrieben zu erstellen.
Flächenlagerungen
Die Flächenlagerung ist der einzig mögliche Lagerungstyp, der für das Volumenmodell definiert werden kann. Es gibt zwei Optionen für die Formdefinition – sie kann entweder für die gesamte Fläche oder als allgemeiner Bereich definiert werden, dessen Umriss durch eine Polylinie bestimmt wird.
Der Vorteil der Flächenlagerung liegt in der Möglichkeit, Steifigkeit zu definieren und nichtlineares Verhalten festzulegen, das den Kontakt mit dem Baugrund simuliert. Lagerungen, die durch eine allgemeine Form (Polylinie) definiert sind, können zur Simulation von Pfählen verwendet werden.
Lastübertragungselemente
Speziell für die Verankerung wurden zwei Entitäten zur Lastübertragung entwickelt:
- Fußplatte – Die Form der Fußplatte kann als Rechteck oder als allgemeine Polylinie definiert werden. Die Fußplatte kann mit dem Teil der Stütze (Option „Lastübertragung – Stütze") oder ohne die Stütze (Option „Lastübertragung – Kräfte") modelliert werden. Wenn die Option „Lastübertragung – Kräfte" ausgewählt ist, wird die definierte Last direkt auf die Fußplatte aufgebracht. Wenn die Stahlstütze definiert ist (durch ihren Querschnitt und ihre Länge), wird die Last auf den oberen Teil der Stütze aufgebracht, und ihre Steifigkeit trägt dazu bei, die Spannung korrekt auf die Fußplatte zu verteilen.
- Einzelanker – Ein Einzelanker ist ein 1D-Element, das die Übertragung von Axiallast ermöglicht. Der Anker kann automatisch mit der Fußplatte verbunden werden oder direkt durch die Punktlast* belastet werden.
*Es gibt mehrere Einschränkungen für Anker in der BETA.
Der Anker überträgt nur Druck und Zug. Querkraft, sofern sie aus Connection importiert wird, wird durch Reibung zwischen dem Betonblock und der Fußplatte übertragen. Auf den Anker kann nur eine Axialkraft aufgebracht werden.
In der Detail-Anwendung sind zwei verschiedene Ankertypen verfügbar:
- Ortbeton – Bewehrung
- Klebeanker
Für den Klebeanker kommt ein weiterer Parameter in die Analyse ein – die Verbundfestigkeit. Dieser Wert ist standardmäßig auf 2 MPa eingestellt und sollte vom Benutzer entsprechend den Angaben im Datenblatt des Ankerherstellers angepasst werden.
Lasten
Das Hinzufügen einer Kräftegruppe und einer Flächenlast ist für die einfache Bedienung essenziell. Insgesamt unterstützen wir drei Lasttypen:
- Flächenlast – Die Flächenlast kann auf jede Betonoberfläche aufgebracht werden. Sie kann auf die gesamte Fläche oder nur auf einen Teil davon über einen bestimmten Bereich aufgebracht werden, der durch seinen Umriss (Polylinie) bestimmt wird.
- Punktlast
- Kräftegruppe – Eine Kräftegruppe ist eine Entität, die mehrere Punktlasten definiert, die als Gruppe wirken. Sie kann auf die Fußplatte oder die Betonoberfläche aufgebracht werden. Dieser Lasttyp kann verwendet werden, um Kräfte in Schweißnähten zu simulieren, die Spannungen von der Stütze auf die Fußplatte übertragen.
Bewehrung
Es wurde ein neuer Bewehrungstyp entwickelt, der es ermöglicht, ein Fundament ausreichend zu bewehren. Eine Bewehrungsgruppe bietet mehrere Optionen zur Definition der Bewehrungsstäbe:
- Durch zwei Punkte
- Auf Flächenkante – Auf Flächenkante – eine Bewehrungslage wird parallel zur gewählten Fläche erstellt. Der Benutzer definiert mehrere Stäbe in einer Lage und eine Anzahl von Lagen parallel zur gewählten Fläche.
- Auf Flächenkante oder mehreren Kanten – Auf Flächenkante oder mehreren Kanten ermöglicht die Modellierung von Bewehrungslagen mit komplexer Form (ebene Kurve bezogen auf eine beliebige Betonoberfläche). Die Lage wird daher durch nur einen Bewehrungsstab bestimmt. Es können jedoch mehrere parallele Lagen definiert werden. Die Betondeckung kann unabhängig für jede Kante definiert werden. Dies ist die beste Option zur Modellierung von Bügeln.
- Auf Polylinie
Ergebnisse
Im Ergebnis-Tab finden Sie drei grundlegende Bewertungen gemäß GZT (Grenzzustand der Tragfähigkeit).
Die Ergebnisse der Spannungen und Dehnungen in Beton und Bewehrung werden im Abschnitt „Festigkeit" dargestellt. Verbundspannung und zugehörige Werte finden Sie im Nachweis „Verankerung". Ein sehr wichtiger Wert der nichtlinearen Verformung wird im Nachweis „Hilfswert" dargestellt.
Einschränkungen der 3D-BETA-Version
Ziel der veröffentlichten BETA-Version ist es, unseren Nutzern die Möglichkeit zu geben, sich mit ihr vertraut zu machen, die Lösung zu testen und uns Feedback zu geben. Um die Erwartungen an die BETA-Version von 3D Detail zu klären, gibt es in der aktuellen Version einige Einschränkungen:
- Es gibt keine Querkraftübertragung in Ankern – die Querkraft wird nur durch Reibung zwischen der Fußplatte und der Betonblockoberfläche übertragen.
- Die Ergebnisse der Analyse und Normnachweise sind auf den GZT (Grenzzustand der Tragfähigkeit) beschränkt
- Die Berechnungszeit eines einzelnen Modells eines Betonblocks und einer Fußplatte mit einem Ankerraster kann bis zu 10 Minuten betragen
- Schnitte zur Visualisierung der Ergebnisse werden in BETA 2 verfügbar sein
- Das Eigengewicht der Modellelemente wird nicht berücksichtigt
- Im Modell kann nur ein Volumenkörper aus Beton verwendet werden
Die 3D-Lösung für Detail befindet sich in intensiver Entwicklung und im Verifizierungsprozess. Mit Version 24.0 wird die erste BETA von 3D Detail veröffentlicht, BETA 2 wird für Juli 2024 mit Verbesserungen bei der Ergebnisinterpretation, einer Reduzierung der aktuellen Liste an Einschränkungen und zusätzlichen Funktionen erwartet. Die BETA von 3D Detail wird nach Abschluss eines gründlichen Verifizierungsprozesses in die ALPHA-Version überführt und mit Version 24.1 veröffentlicht.
Modellbeschreibung und Verifizierungen
Um mehr über das analytische Modell von 3D Detail zu erfahren, lesen Sie den Artikel zum theoretischen Hintergrund:
Darüber hinaus wurden die ersten Verifizierungen des 3D-Detail-Modells und der Ergebnisse in den folgenden Artikeln veröffentlicht:
Außerdem können Sie sich auf die theoretischen Hintergrundartikel zu Detail beziehen, die sowohl für 2D- als auch für 3D-Modelle in Bezug auf finite Elemente und die Interpretation der GZT-Ergebnisse gelten:
Wir gewähren Ihnen frühzeitigen Zugang zu dieser Beta-Version, damit Sie sie selbst ausprobieren können, während wir sie weiterhin unserem strengen Verifizierungsprozess unterziehen. Dieser Zugang steht aktuellen Nutzern mit der neuesten Version und gültiger Wartung zur Verfügung. Wenn Sie die Voraussetzungen erfüllen, können Sie kostenlosen Zugang anfordern, indem Sie auf das Beta-Detail-Symbol im Menüband der Connection-Anwendung klicken, das Sie zu dieser Landingpage führt, wo Sie das Formular ausfüllen und die Teilnahme am Beta-Programm beantragen können, um kostenlosen Zugang zu 3D Detail zu erhalten.
Hinweis: Normnachweise in 3D Detail sind derzeit nur für Eurocode (EN) verfügbar.
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