Bitte beachten Sie, dass dieser praxisnahe Entwurf eine optimierte Geometrie verwendet, die Warnungen zu den Konstruktionsregeln der EN auslösen kann. Die ursprünglichen Parameter bleiben aus Gründen der Authentizität erhalten. Siehe die folgende Abbildung.
Wenn Sie die Verbindungsbemessung überspringen und direkt mit der Analyse in Detail 3D fortfahren möchten, laden Sie die Detail 3D-Datei herunter und fahren Sie mit Kapitel 5 fort.
1 Neues Projekt
Starten Sie IDEA StatiCa Connection. Alles beginnt auf der Registerkarte Stahl.
Passen Sie die Standardeinstellungen für Materialien, an und klicken Sie anschließend auf Leeren Entwurf erstellen.
2 Entwurf
Ändern Sie nach dem Erstellen eines leeren Entwurfs den Querschnitt eines Bauteils auf UB 610 x 305 x 238.
Fügen Sie nun eine weitere Fertigungsoperation hinzu und wählen Sie die Fußplatte.
Fahren Sie mit der nächsten Operation fort und wählen Sie Befestigungselement-Raster oder Kontakt, um Kopfbolzen zu erzeugen.
Fügen Sie ein weiteres Befestigungselement-Raster oder Kontakt hinzu, um Bewehrungsanker zu erzeugen.
Ändern Sie die Drehung der Bewehrung in der Operation GRD2, indem Sie Editor auswählen.
Fügen Sie eine Steife hinzu.
Schweißen Sie die Steife mit der Operation Allgemeine Schweißnaht oder Kontakt an die Fußplatte.
Fügen Sie die Operation Schnitt des Bauteils hinzu.
Fügen Sie die letzte Operation in der Connection hinzu: Befestigungselement-Raster oder Kontakt.
Ändern wir den Parameter Kräfte in , um die Position des Gelenks festzulegen.
Geben Sie die Schnittgrößen für die Verankerung ein.
- Hinweis: Für diese Trägerbemessung verwenden wir nur Querkraftbeanspruchung. Zur Vereinfachung des Tutorials wurde die Zugankerkraft aus der GZT-Kombination für außergewöhnliche Einwirkungen, die im realen Projekt berücksichtigt wurde, weggelassen.
3 Nachweis
Wechseln Sie zur Registerkarte Nachweis -> Berechnen. Der Normnachweis zeigt das Versagen der Anker. Standardmäßig wird der Betonblock als gerissen angenommen.
Sehen wir uns die Ergebnisse an. Wählen Sie Vergleichsspannung, Schraubenkraft, Netz, Verformt und Anker. Die Tabelle zeigt allgemein, welche Anker nachgewiesen sind und welche nicht.
Sehen wir uns nun die Details der versagenden Anker an, um festzustellen, welche Normnachweise erfüllt sind und welche nicht.
Grund für das Versagen des Ankernachweises:
- Gemäß EN 1992-4, Abschn. 1.2(4) liegt die Bemessung von Ankergruppen mit unterschiedlichen Ankertypen außerhalb des Anwendungsbereichs der Norm. Folglich schlägt der Normnachweis standardmäßig fehl. Um diese Konfiguration korrekt nachzuweisen, ist eine detaillierte Analyse mit dem Modul 3D Detail erforderlich.
- Diese Einschränkung lässt sich in Detail 3D einfach beheben. Detail 3D basiert auf der CSFM-Methode und ersetzt die vereinfachte analytische Bewertung in Connection durch eine strenge 3D-Spannung-Dehnung-Analyse.
Zusatzbewehrung (EN 1992-4 – 7.2.1.9; 7.2.2.6):
- Der analytische Normnachweis für den Betonausbruchkegel schlägt fehl, sodass eine Zusatzbewehrung erforderlich ist, um die volle Zugkraft (356,3 kN) und Querkraft (400,0 kN) zu übertragen. Dies ist aufgrund der „gemischten“ Ankerkonfiguration entscheidend.
- Diese Einschränkung lässt sich in Detail 3D einfach beheben, um die Wirksamkeit der Bewehrung zu bestätigen. Bei einem manuellen Nachweis ist von einer Betontragfähigkeit von null auszugehen und sicherzustellen, dass die Bewehrungsfläche die gesamten angegebenen Kräfte abdeckt.
Einbindetiefe (EN 1992-1-1 – Gleichung 8.6)
- Die Warnung bezüglich unzureichender Einbindetiefe erscheint, weil dieses Tutorial ein praxisnahes Beispiel mit einer dünnen Wand und geringen Ankerlängen darstellt. Die Tragfähigkeit der Konstruktion wird anschließend in der Detail-Anwendung nachgewiesen.
4 Export
Voraussetzungen für den Export:
- Das Modell muss berechnet sein und die Ergebnisse müssen enthalten sein.
Gehen Sie zur Registerkarte Nachweis -> RC-Nachweis -> Speichern.
Der Export ist nur für die Verankerungstopologie zulässig. Der Export ermöglicht die Übertragung von:
- Betonblock
- Ankern
- Fußplatte
- Lasten
Zusätzliche Informationen und Parameter, die entsprechend den zugehörigen Einstellungen in der Connection festgelegt werden:
- Querkraftübertragung (über Anker, Schubknaggen und Reibung)
- Material
- Verankerungsart: Nachträglich eingebaut (Verbundanker) / Ortbeton
- Verankerungsart am Ende: Unterlegscheibe / Gerade / Haken / Kopfbolzen
- Reibungsbeiwert
5 Entwurf
In diesem Abschnitt können Sie Bauteile, Auflager, Lasten & Kombinationen ändern und eine Bewehrungsanordnung hinzufügen.
Auflager
In diesem Beispiel ist die Verbindung an einer Wand verankert, die an allen Seiten durchlaufend ist. Für solche Teilmodelle verwenden wir starre Auflager mit durchlaufender Bewehrung. Dieser Aufbau bildet die Durchlaufwirkung der Wand nach und ermöglicht die Zugkraftübertragung trotz der Einstellungen „nur Druck“, ohne dass komplexe Steifigkeitsdefinitionen erforderlich sind.
Wenden wir die Auflager auf das Modell an:
Übertragungselemente
Die Anker werden aus IDEA StatiCa Connection importiert. Da die Konstruktion zwei verschiedene Ankertypen verwendet, trennen wir die Lastübertragung, um ein sicheres und vorhersagbares Verhalten zu gewährleisten. Dieser Ansatz entspricht der üblichen britischen Ingenieurpraxis, um die Einschränkung der EN 1992-4 (Abschn. 1.2(4)) zu lösen, die gemischte Ankergruppen vom Anwendungsbereich der Norm ausschließt. Durch die Zuweisung von Querkraft und Zug an bestimmte Ankergruppen schaffen wir einen verifizierten Lastpfad, der den Sicherheitsanforderungen entspricht.
Anker SF1 – SF6: Aktivieren Sie Aktiv für Querkraftübertragung und deaktivieren Sie Aktiv für Übertragung von Axialkräften.
Bewehrungsanker SF7 – SF10: Gehen Sie umgekehrt vor – deaktivieren Sie Aktiv für Querkraftübertragung und aktivieren Sie Aktiv für Übertragung von Axialkräften
Wenn Sie ein Fundament in der Detail-Anwendung von Grund auf neu bemessen würden, wären beide Optionen standardmäßig aktiviert. Bei der Querkraftübertragung müssen Sie festlegen, welche Anker die Kraft aufnehmen, und diese entsprechend auswählen. Dies entspricht den Anforderungen der EN, die vorsehen, dass die Querkraft nur den Ankern zugewiesen werden darf, die für den Nachweis des Betonkantenbruchs wirksam sind.
Bewehrung
Vergrößern wir die Höhe und die Breite des Betonblocks. Dadurch erhalten Sie eine übersichtlichere Darstellung des Modells und können den vollständigen Spannungsverlauf entlang der Bewehrungsstäbe beobachten.
Stellen Sie die Betondeckung auf 30 mm ein; dieser Wert dient als Standardwert für die Bewehrung. Legen Sie zusätzlich die Standard-Verankerungsart für Längsstäbe und Bügel fest.
Deaktivieren Sie vor der Definition der Bewehrung die Schaltfläche Bewehrungsstäbe. Dadurch ist nur die Stabgruppe sichtbar, die Sie gerade auswählen, und die Ansicht bleibt übersichtlich.
Fügen Sie als Nächstes eine neue Oberflächenbewehrung ein, um die durchlaufende horizontale Längsbewehrung (Hauptbewehrung an beiden Oberflächen) zu erzeugen.
Duplizieren Sie die Operation, um die durchlaufende vertikale Bewehrung an beiden Oberflächen hinzuzufügen, und passen Sie die Einstellungen wie unten dargestellt an.
Gemäß der statischen Berechnung ist außerhalb des Rundschnitts keine zusätzliche Querkraftbewehrung erforderlich. Daher konzentrieren sich die folgenden Schritte ausschließlich auf die Erstellung der Querkraftbewehrung innerhalb des Rundschnitts auf Grundlage der ursprünglichen Bemessung.
Kopieren Sie das vorhandene Bewehrungselement und bearbeiten Sie es entsprechend, um geeignete Bügel zu erhalten, welche die Querkraftbewehrung darstellen.
Duplizieren Sie die Operation GB3D3 und aktualisieren Sie die folgenden Optionen, um die Querkraftbewehrung zu definieren.
Fahren Sie fort, indem Sie die Operation GB3D4 kopieren und die Parameter ändern.
Kopieren Sie nun die Operation GB3D5 und ändern Sie ihre Einstellungen entsprechend den Anforderungen des Rundschnitts.
Verwenden Sie die Operation GB3D3 erneut, indem Sie sie kopieren und die Werte anpassen.
Kopieren Sie die Operation GB3D7 und ändern Sie die Optionen.
Erstellen Sie eine weitere Kopie der Operation GB3D5 und nehmen Sie die folgenden Änderungen vor.
Kopieren Sie abschließend die Operation GB3D9 und aktualisieren Sie die letzten Bewehrungsoptionen.
Definieren wir nun die konstruktive Querkraftbewehrung. Sie ist zwar rechnerisch nicht erforderlich, da der Beton in diesem speziellen Fall den Nachweis der Querkrafttragfähigkeit allein erfüllt, wir müssen jedoch die Konstruktionsregeln der Norm einhalten. Außerdem setzt IDEA StatiCa Detail voraus, dass das Modell die tatsächliche Bewehrungsanordnung genau abbildet.
Der unregelmäßige Abstand hilft dabei, die Bügel systematisch anzuordnen.
- Hinweis: Aus rechnerischer Sicht ist die Definition dieser Bewehrung in der Detail-Anwendung unerlässlich. Dies wird in den Theoretischen Grundlagen der CSFM-Methode erläutert und auch in Kaufmanns Buch zur CSFM erwähnt.
Kopieren Sie die Operation GB3D11 und ändern Sie die Optionen.
Endgültige Bemessung der Bewehrung.
Lasten und Kombinationen
Die Kombinationen werden aus IDEA StatiCa Connection übernommen. Alle Auswirkungen des Imports sind
in diesem Artikel beschrieben.
Fügen wir das Eigengewicht hinzu:
Erstellen Sie eine Kombination mit dem Eigengewicht und fügen Sie gemäß der Norm
EN 1991-1-1 den Beiwert für das Eigengewicht = 1,35 hinzu.
6 Nachweis
Vor dem Start der Analyse empfehlen wir dringend, den Netzmultiplikator auf 2 oder 3 zu ändern, um die Berechnung zu beschleunigen. Dieser Schritt ist zwar nicht zwingend erforderlich, verkürzt jedoch die Rechenzeit erheblich und hilft, mögliche Divergenzprobleme frühzeitig zu erkennen. Läuft die Analyse problemlos, können Sie den Netz multiplikator für die endgültigen Ergebnisse wieder auf 1 zurücksetzen.
Verteilung der Hauptspannungen im Druckbereich innerhalb des Betonvolumens.
Die Auflagerreaktionen und das statische Gleichgewicht zwischen den äußeren Lasten und den Reaktionen. Im Idealfall ergibt der Normnachweis „Gleichgewicht prüfen“ exakt null, was die vollständige Kraftübertragung gewährleistet. Kleine Restwerte, wie 1 kN und 1 kNm, können numerische Artefakte sein.
Ergebnisse
Äquivalente Hauptspannung
Die äquivalente Hauptspannung (EPS) im Beton wird anhand des dreiaxialen Verhaltens des Betonblocks bestimmt. Die am höchsten beanspruchten Bereiche werden ermittelt und hervorgehoben. Um den Einfluss der Umschnürung im Vergleich zur einaxialen Druckbeanspruchung zu veranschaulichen, wird die Vergleichsspannung mithilfe des Kappa-Faktors berechnet.
Der Bereich der Spannungen lässt sich mit der Bereichsfunktion skalieren. Sie zeigt den von diesen Spannungsbereichen betroffenen Bereich und gibt Aufschluss darüber, wie sich die Spannung im Detail selbst konzentriert.
Schnitt der Ergebnisse
Zur Untersuchung des inneren Verhaltens des Betonblocks. Verwenden Sie die Schaltfläche + Neu, um Schnitte zu erstellen, und passen Sie deren Ebenendefinition (Position und Drehung) im Eigenschaftenfenster an, um durch kritische Bereiche zu schneiden. Dadurch wird hervorgehoben, wo der Beton plastische Verformungen erfährt. Sie können diese Ansichten in der Galerie für Ihren abschließenden Bericht speichern. Weitere Informationen finden Sie in diesem Artikel.
Spannung in den Bewehrungsstäben
Die Ergebnisse zeigen die Spannung in den Bewehrungsstäben. Detaillierte Werte für Spannung, Dehnung und Ausnutzung aller Stabgruppen sind auf der Registerkarte Bewehrung aufgeführt.
Die Registerkarte für den Ankernachweis gibt Aufschluss über das Verhalten der Anker hinsichtlich Spannung, Dehnung und Kraftübertragung. Hier zeigt sich, dass die Anker SF1–SF6 für Zug deaktiviert sind und nur Querkraft aufnehmen. Die übrigen Anker SF7–SF10 hingegen tragen die Last ausschließlich auf Zug.
Verankerung
Die Registerkarte Verankerung weist die Verbundfestigkeit zwischen der Bewehrung und dem Beton nach. Sie stellt sicher, dass die vorhandene Verankerungslänge ausreicht, um die Kräfte zu übertragen. Beim Nachweis wird die vorhandene Verbundspannung (τb) mit der Bemessungswert der Verbundfestigkeit (fbd) verglichen, um ein Auszugversagen zu verhindern. Sie können diese Ergebnisse getrennt für Bewehrung und Anker anzeigen.
Verformungen
Wechseln Sie zur Registerkarte Hilfsmittel und aktivieren Sie Verformung. Obwohl für den GZT (Grenzzustand der Tragfähigkeit) keine Verformungsgrenzen vorgeschrieben sind, ist die Prüfung der verformten Form eine wichtige Plausibilitätskontrolle. Sie stellt sicher, dass das Modell stabil ist und keine unrealistischen Verschiebungen oder Verdrehungen auftreten (z. B. aufgrund nicht verbundener Elemente). Diese visuelle Kontrolle hilft, mögliche Modellierungsfehler schnell zu erkennen.
7 Bericht
Gehen Sie abschließend zu Bericht -> Detailliert -> Erstellen. IDEA StatiCa bietet einen vollständig anpassbaren Bericht, der ausgedruckt oder in einem bearbeitbaren Format gespeichert werden kann.
Sie haben einen vollständigen Normnachweis gemäß EN 1993-1-8 (Stahlverbindungen), EN 1992-4 (Anker) und EN 1992-1-1 (Betonbauten) durchgeführt. Die Stahlverbindung und die Verankerung wurden in IDEA StatiCa Connection nachgewiesen, während die Integrität des Betonblocks und die Bewehrung in IDEA StatiCa Detail mit der CSFM-Methode gemäß EN 1992-1-1 untersucht wurden.