Der Eurocode gibt mehrere Versagensarten für Anker und Betonfundamente vor und unterteilt diese weiter nach der Belastungsart. In IDEA StatiCa Connection konnten wir Anker bisher bewerten, jedoch mit einigen Einschränkungen mussten Bewertungen manuell durchgeführt werden.
Gleichzeitig konnte die Bewehrung von Betonblöcken nicht berücksichtigt werden. Dies ändert sich nun mit IDEA StatiCa Detail 3D, das weitere Möglichkeiten hinzufügt. IDEA StatiCa Detail 3D bietet keine Nachweise, wie wir sie aus der Norm gewohnt sind, die diese für unbewehrten Beton definiert. Mit der FE-Analyse können wir jedoch verifizieren, dass der bewehrte Beton der angegebenen Last standhält, und hier wird das Versagen des Betons verhindert, das den entsprechenden Bedingungen entsprechen würde. Die Anwendungen arbeiten unabhängig voneinander und können separat genutzt werden. Dank der Verknüpfung zwischen Connection und Detail ist es jedoch auch möglich, Detail nur als ergänzende Berechnung zu verwenden.
Gehen wir nun die Eurocode-Bedingungen einzeln durch sowie die Möglichkeiten, die uns die Anwendungen bieten.
Zugkraft
Der Eurocode unterteilt die erste Lastart (Zugkraft) in 6 mögliche Versagensfälle des Ankers oder Betonblocks (a, b, c, d, e, f) sowie zwei weitere für bewehrte Fundamente (g, h).
Die Abbildung unten zeigt schematisch, welche Versagensart Sie mit der Connection-Anwendung bewerten können und welches Verhalten durch die Verwendung von bewehrtem Beton und somit die Analyse in Detail abgedeckt werden kann. IDEA StatiCa Connection verwendet empirische Formeln aus dem Eurocode ( EN 1992-4-7.2.1) für die Ankerbemessung (CBFEM), während IDEA StatiCa Detail vollständig auf der Finite-Elemente-Methode (3D CSFM) basiert. Einige Bewertungsmöglichkeiten überschneiden sich daher in beiden Anwendungen, jedoch stets mit einer anderen Methode.
Aufgrund der Art der in der Software implementierten Methoden kann in Connection nur unbewehrter Beton berücksichtigt werden, während in Detail nur bewehrte Betonfundamente berücksichtigt werden können.
Die wichtigsten Annahmen und Einschränkungen der Analyse für IDEA StatiCa Detail 3D werden im Artikel Bekannte Einschränkungen erwähnt.
a) Stahlversagen
Das Stahlversagen von allein zugbelasteten Ankern wird in beiden Anwendungen überprüft. Die Zugtragfähigkeit des Ankers wird in Connection nach folgender Formel überprüft:
In Detail werden die Anker nach dem ausgewählten Eurocode (1992-4 oder 1993-1-8) in den Projekteinstellungen überprüft. Dieses Verhalten gilt ab Version 25.1.1.
In älteren Versionen werden die Anker wie normale Bewehrungsstäbe überprüft, basierend auf den für die jeweiligen Materialien definierten Spannung-Dehnungs-Diagrammen, wobei der Grenzdehnungswert maximal 5 % beträgt (berechnet auf Basis des Zugverfestigungseffekts, mehr dazu in Theoretischer Hintergrund)
b) Betonausbruchversagen
Das Betonausbruchversagen kann in Connection überprüft werden. Bei Connection kann die Anwendung jedoch nur unbewehrten Beton berücksichtigen.
Sollte der Betonkegel versagen, ist es daher sinnvoll, zu IDEA StatiCa Detail überzugehen, wo eine Analyse des gesamten bewehrten Blocks bereitgestellt wird. Die Zugfestigkeit des Betons wird konservativ vernachlässigt, was bedeutet, dass die Tragfähigkeit für das Kegelversagen in erheblichem Maße durch die angegebene Bewehrungsmenge bestimmt wird. In der Abbildung unten sehen Sie die Richtungen der Hauptspannungen, die die Form des oben erwähnten Kegels anzeigen. Im rechten Teil sehen Sie die Werte der Betonspannungen, die anhand der Grenzwerte bewertet werden.
c) Auszugversagen
Dieser Normnachweis ist in Connection nur für bestimmte Fälle verfügbar (siehe erste Abbildung in diesem Artikel). Für nachträglich eingebaute mechanische Anker ist eine zusätzliche Bewertung erforderlich.
In Detail ist es möglich, sogenannte Verbundanker einzurichten und die Bemessungsverbundfestigkeit gemäß ihren technischen Parametern anzugeben. Die Anker werden dann anhand dieser Parameter überprüft. (Nur für bewehrten Beton anwendbar.)
d) Kombiniertes Auszug- und Betonversagen von Verbundbefestigungen
Dieses Versagen kann nur in Detail erkannt werden, wo die Betonspannungen und die Verankerungsbereiche mittels 3D CSFM bewertet werden. Der Mechanismus des kombinierten Auszug- und Betonversagens basiert in Detail auf den oben definierten Prinzipien, und dessen Bewertung ist Teil der Betonfestigkeits- und Verankerungsprüfung. (Nur für bewehrten Beton anwendbar.)
e) Betonspaltversagen
Eine Bewertung in Connection ist nicht möglich. Für Detail ist das Spaltversagen in der Regel ein Problem des unbewehrten Betons, bei dem der Einsatz von Bewehrung dessen Auftreten verhindert. Gleichzeitig ist es möglich, die Spannungen und Dehnungen sowohl der Bewehrung unter Druck oder Zug als auch des Betons unter Druck in der Detail-Anwendung zu sehen.
f) Betonausplatzungsversagen
Für unbewehrten Beton ist ein empirischer Normnachweis gemäß Eurocode in Connection möglich.
Für bewehrte Bauteile ist die Verwendung von Detail möglich. Das Betonausplatzungsversagen wird in der Betonfestigkeitsanalyse behandelt, bei der die Zugspannungen ausschließlich von der Bewehrung übertragen werden (wie oben mehrfach erwähnt).
Zusätzliche Nachweise für bewehrte Betonblöcke:
Für bewehrte Fundamente ist ein zusätzlicher Bewehrungsnachweis erforderlich. Das Stahlversagen der Bewehrung und das Verankerungsversagen der Bewehrung sind Teil des Bewehrungsnachweises in Detail.
g) Stahlversagen der Bewehrung
h) Verankerungsversagen der Bewehrung
Querkraftbelastung
Der Eurocode unterteilt die zweite Lastart (Querkraft) in 4 mögliche Versagensfälle des Ankers oder Betonblocks (a, b, c, d) sowie zwei weitere für bewehrte Fundamente (e, f).
Die Abbildung unten zeigt schematisch, welche Versagensart Sie mit der Connection-Anwendung bewerten können und welches Verhalten durch die Verwendung von bewehrtem Beton und somit die Analyse in Detail abgedeckt werden kann. IDEA StatiCa Connection verwendet empirische Formeln aus dem Eurocode ( EN 1992-4-7.2.2) für die Ankerbemessung (CBFEM). Alle durch Querkraft verursachten Versagensarten können in der Connection-Anwendung abgedeckt werden.
In IDEA StatiCa Detail 3D kann die Querkraft durch Reibung, Anker oder Schubknagge übertragen werden. Es ist wichtig zu erwähnen, dass nur das Fundament bewertet wird. Andere Stahlteile (z. B. Schubknagge, Schweißnähte) müssen in Connection oder anderswo überprüft werden. Auch hier muss betont werden, dass nur bewehrter Beton erforderlich ist.
a) Stahlversagen ohne Hebelarm
Das Stahlversagen ohne Hebelarm bei querkraftbelasteten Ankern wird in Connection überprüft. Die Scherfestigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection nach folgender Formel überprüft:
In Detail werden die Anker erneut nach dem ausgewählten Eurocode (1992-4 oder 1993-1-8) in den Projekteinstellungen überprüft. Dieses Verhalten gilt ab Version 25.1.1. Bei älteren Versionen ist die Bewertung in Detail nicht möglich.
b) Stahlversagen mit Hebelarm
Das Stahlversagen mit Hebelarm bei querkraftbelasteten Ankern wird nur in Connection überprüft. Die Scherfestigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection nach folgender Formel überprüft:
Die Bewertung ist in Detail nicht möglich.
c) Betonausbruchversagen (Pry-out)
Das Betonausbruchversagen (Pry-out) von querkraftbelasteten Ankern wird nur in Connection überprüft. Die Scherfestigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection nach folgender Formel überprüft:
Die Schertragfähigkeit des Betons durch die Fußplatte wird anschließend in der Detail-Anwendung bewertet.
d) Betonrandversagen
Das Betonrandversagen von querkraftbelasteten Ankern wird in Connection nur für unbewehrten Beton überprüft. Die Scherfestigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection nach folgender Formel überprüft:
Das Betonrandversagen kann in Detail überprüft werden (nur bewehrter Beton).
Zusätzliche Nachweise für bewehrte Betonblöcke:
Für bewehrte Fundamente ist ein zusätzlicher Bewehrungsnachweis erforderlich. Das Stahl- und Verankerungsversagen der Bewehrung ist Teil des Bewehrungsnachweises in IDEA StatiCa Detail.
e) Stahlversagen der Zusatzbewehrung
f) Verankerungsversagen der Zusatzbewehrung
Fazit
Der bedeutendste Vorteil zeigt sich in Beispielen wie der Verankerung nahe einem Rand und anderen Fällen, in denen unbewehrter Beton die geforderte Last nicht erfüllt. Beachten Sie, dass Anker und Schubknaggen weiterhin in Connection bewertet werden müssen, aber zusammen bieten diese beiden Softwaretools eine umfassende Lösung.
Aufgrund der Methode und der Art, wie die Anwendung konzipiert ist, eignet sich die Detail-Anwendung nur für bewehrte Fundamente.