Vollständiger Normnachweis von Ankern und Betonblock mit IDEA StatiCa (EN)
Der Eurocode legt mehrere Versagensarten von Ankern und Betonfundamenten fest und unterteilt diese weiter nach der Belastungsart. In IDEA StatiCa Connection konnten die Anker bisher nachgewiesen werden, jedoch mit einigen Einschränkungen, sodass bestimmte Bewertungen manuell durchgeführt werden mussten.
Gleichzeitig war es nicht möglich, die Bewehrung von Betonblöcken zu berücksichtigen. Dies ändert sich nun mit IDEA StatiCa Detail 3D, das weitere Möglichkeiten bietet. IDEA StatiCa Detail 3D bietet keine Bewertungen, wie wir sie aus der Norm kennen, die diese für unbewehrten Beton definiert. Mit der FE-Analyse kann jedoch nachgewiesen werden, dass Stahlbeton die angegebene Last erfüllt, und dabei wird das Betonversagen verhindert, das diesen Bedingungen entsprechen würde. Die Anwendungen arbeiten unabhängig voneinander und können separat verwendet werden, aber dank der Verknüpfung zwischen Connection und Detail ist es auch möglich, Detail nur als ergänzende Berechnung zu verwenden.
Gehen wir nun die Eurocode-Bedingungen einzeln durch und betrachten die Möglichkeiten, die uns die Anwendungen bieten.
Zugkraft
Der Eurocode unterteilt die erste Belastungsart (Zugkraft) in 6 mögliche Versagensarten von Anker oder Betonblock (a, b, c, d, e, f) und zwei weitere für bewehrte Fundamente (g, h).
Die folgende Abbildung zeigt schematisch, welche Versagensart mit der Connection-Anwendung nachgewiesen werden kann und welches Verhalten durch die Verwendung von Stahlbeton und damit durch die Analyse in Detail abgedeckt werden kann. IDEA StatiCa Connection verwendet empirische Formeln aus dem Eurocode ( EN 1992-4-7.2.1) für den Ankerbemessung (CBFEM), während IDEA StatiCa Detail vollständig auf der Methode der finiten Elemente basiert (3D CSFM). Einige Bewertungsmöglichkeiten überschneiden sich daher in beiden Anwendungen, jedoch stets mit einer anderen Methode.
Aufgrund der in der Software implementierten Methoden kann in Connection nur unbewehrter Beton berücksichtigt werden, während in Detail nur ein bewehrtes Betonfundament berücksichtigt werden kann.
Die wesentlichen Annahmen und Einschränkungen der Analyse für IDEA StatiCa Detail 3D sind im Artikel Bekannte Einschränkungen aufgeführt.
a) Stahlversagen
Das Stahlversagen von zugbeanspruchten Ankern allein wird in beiden Anwendungen nachgewiesen. Die Zugtragfähigkeit des Ankers wird in Connection gemäß folgender Formel überprüft:
In Detail werden die Anker gemäß dem in den Projekteinstellungen ausgewählten Eurocode (1992-4 oder 1993-1-8) nachgewiesen. Dieses Verhalten gilt ab Version 25.1.1.
In älteren Versionen werden die Anker wie reguläre Bewehrungsstäbe nachgewiesen, basierend auf den für die jeweiligen Materialien definierten Spannung-Dehnung-Diagrammen, wobei ein Grenzdehnungswert von maximal 5 % verwendet wird (berechnet auf Basis des Zugverfestigungseffekts – mehr dazu im Theoretischen Hintergrund)
b) Betonkegelversagen
Betonkegelversagen kann in Connection nachgewiesen werden. Allerdings kann die Anwendung in Connection nur unbewehrten Beton berücksichtigen.
Wenn daher der Betonkegel versagt, ist es sinnvoll, zu IDEA StatiCa Detail überzugehen, wo eine Analyse des gesamten bewehrten Blocks durchgeführt wird. Die Zugfestigkeit des Betons wird konservativ vernachlässigt, was bedeutet, dass die Tragfähigkeit bei Kegelversagen in erheblichem Maße durch die angegebene Bewehrungsmenge bestimmt wird. Im folgenden Bild sind die Richtungen der Hauptspannungen zu sehen, die die Form des oben genannten Kegels anzeigen. Im rechten Teil sind die Betonspannungswerte zu sehen, die mit den Grenzwerten nachgewiesen werden.
c) Auszugversagen
Dieser Normnachweis ist in Connection nur für bestimmte Fälle verfügbar (siehe das erste Bild in diesem Artikel). Für nachträglich eingebaute mechanische Anker ist eine zusätzliche Bewertung erforderlich.
In Detail ist es möglich, sogenannte Klebanker einzurichten und die Bemessungsverbundfestigkeit gemäß deren technischen Parametern festzulegen. Die Anker werden dann anhand dieser Parameter nachgewiesen. (Gilt nur für Stahlbeton.)
d) Kombiniertes Auszug- und Betonversagen von Verbundbefestigungselementen
Dieses Versagen kann nur in Detail erkannt werden, wo die Betonspannungen und die Verankerungsbereiche mittels 3D CSFM nachgewiesen werden. Der kombinierte Auszug- und Betonversagensmechanismus basiert in Detail auf den oben definierten Grundsätzen, und seine Bewertung ist Teil der Betonfestigkeits- und Verankerungsprüfung. (Gilt nur für Stahlbeton.)
e) Betonspaltversagen
Ein Nachweis in Connection ist nicht möglich. Für Detail ist Spaltversagen in der Regel ein Problem von unbewehrtem Beton, 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 einzusehen.
f) Betonausbruchversagen
Für unbewehrten Beton ist ein empirischer Normnachweis gemäß Eurocode in Connection möglich.
Für bewehrte Bauteile ist es möglich, Detail zu verwenden. Betonausbruchversagen wird in der Betonfestigkeitsanalyse abgedeckt, bei der die Zugspannungen ausschließlich durch die Bewehrung übertragen werden (wie oben mehrfach erwähnt).
Zusätzliche Nachweise für bewehrte Betonblöcke:
Für bewehrte Fundamente ist ein zusätzlicher Bewehrungsbewertungen erforderlich. Stahlversagen der Bewehrung und Verankerungsversagen der Bewehrung sind Teil der Bewehrungsbewertung in Detail.
g) Stahlversagen der Bewehrung
h) Verankerungsversagen der Bewehrung
Querkraftbelastung
Der Eurocode unterteilt die zweite Belastungsart (Querkraft) in 4 mögliche Versagensarten von Anker oder Betonblock (a, b, c, d) und zwei weitere für bewehrte Fundamente (e, f).
Die folgende Abbildung zeigt schematisch, welche Versagensart mit der Connection-Anwendung nachgewiesen werden kann und welches Verhalten durch die Verwendung von Stahlbeton und damit durch 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 betonen, dass nur das Fundament nachgewiesen wird. Andere Stahlteile (z. B.Schubknagge, Schweißnähte) müssen in Connection oder anderweitig nachgewiesen werden. Auch hier muss betont werden, dass ausschließlich Stahlbeton erforderlich ist.
a) Stahlversagen ohne Hebelarm
Stahlversagen ohne Hebelarm von querkraftbeanspruchten Ankern wird in Connection nachgewiesen. Die Querkrafttragfähigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection gemäß folgender Formel überprüft:
In Detail werden die Anker ebenfalls gemäß dem in den Projekteinstellungen ausgewählten Eurocode (1992-4 oder 1993-1-8) nachgewiesen. Dieses Verhalten gilt ab Version 25.1.1. Die Bewertung ist in Detail für ältere Versionen nicht möglich.
b) Stahlversagen mit Hebelarm
Stahlversagen mit Hebelarm von querkraftbeanspruchten Ankern wird nur in Connection nachgewiesen. Die Querkrafttragfähigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection gemäß folgender Formel überprüft:
Die Bewertung ist in Detail nicht möglich.
c) Betonausbruchversagen (Pry-out)
Betonausbruchversagen (Pry-out) von querkraftbeanspruchten Ankern wird nur in Connection nachgewiesen. Die Querkrafttragfähigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection gemäß folgender Formel überprüft:
Die Querkrafttragfähigkeit des Betons durch die Fußplatte wird dann in der Detail-Anwendung nachgewiesen.
d) Betonkantenversagen
Betonkantenversagen von querkraftbeanspruchten Ankern wird in Connection nur für unbewehrten Beton nachgewiesen. Die Querkrafttragfähigkeit des Ankers wird in IDEA StatiCa Connection gemäß folgender Formel überprüft:
Betonkantenversagen kann in Detail nachgewiesen werden (nur Stahlbeton).
Zusätzliche Nachweise für bewehrte Betonblöcke:
Für bewehrte Fundamente ist eine zusätzliche Bewehrungsbewertung erforderlich. Stahl- und Verankerungsversagen der Bewehrung ist Teil der Bewehrungsbewertung in IDEA StatiCa Detail.
e) Stahlversagen der Zusatzbewehrung
f) Verankerungsversagen der Zusatzbewehrung
Fazit
Der größte Vorteil zeigt sich bei Beispielen wie der Verankerung nahe einer Kante und anderen Fällen, in denen unbewehrter Beton die erforderliche Last nicht erfüllt. Es ist zu beachten, dass Anker und Schubknaggen weiterhin in Connection nachgewiesen werden müssen, aber zusammen bieten diese beiden Softwarewerkzeuge eine umfassende Lösung.
Aufgrund der Methode und der Konzeption der Anwendung ist die Detail-Anwendung nur für bewehrte Fundamente geeignet.