Ontwerp met vertrouwen uw constructie details in beton

SupportCenter.LocalizedArticle
Compatible Stress Field Method (CSFM) die de StatiCa Concrete Solver biedt is een innovatieve benadering van constructie-beton ontwerp en de norm-controle. Het is anders dan de traditionele strut & tie-benadering, dus laten we onder de motorkap kijken om te begrijpen hoe het een veilig en nauwkeurig ontwerp oplevert.

B-gebieden, D-gebieden, limieten van S&T

Het ontwerp en de beoordeling van beton-elementen worden normaal gesproken uitgevoerd op het niveau van de sectionele (1D-element) of punt (2D-element). Deze procedure wordt beschreven in alle normen voor constructief ontwerp, bijvoorbeeld in (EN 1992-1-1), en wordt gebruikt in de dagelijkse praktijk van constructie van beton.

Het is echter niet altijd bekend of gerespecteerd dat de procedure alleen aanvaardbaar is in gebieden waar de Bernoulli-Navier-hypothese van vlakke rekverdeling van toepassing is (zogenaamde B-gebieden). De plaatsen waar deze hypothese niet van toepassing is, worden discontinuïteit of verstoorde regio's (D-gebieden) genoemd. Dit zijn bijvoorbeeld draagvlakken, onderdelen waar geconcentreerde belastingen worden uitgeoefend, locaties waar een abrupte verandering in de doorsnede optreedt, openingen etc. Bij het ontwerpen van betonconstructies komen we veel andere D-gebieden tegen zoals muren, bruggen diafragma's, enz.

Ondanks de evolutie van rekentools in de afgelopen decennia, wordt de Strut-and-Tie-methode nog steeds veel gebruikt in handberekeningen. De toepassing ervan voor real-world constructies is tijdrovend omdat er verschillende iteraties nodig zijn en er rekening moet worden gehouden met verschillende belastingsgevallen. Verder is deze methode niet geschikt voor het verifiëren van bruikbaarheidscriteria (vervormingen, scheurbreedtes, etc.).

De interesse van bouwkundig ingenieurs in een betrouwbare en snelle tool om D-gebieden's te ontwerpen, leidde tot de beslissing om een geheel nieuwe methode te ontwikkelen die het automatisch ontwerpen en beoordelen van structurele betonelementen die in het vlak worden belast mogelijk maakt. Alles verpakt in een gebruiksvriendelijke applicatie.

In nauwe samenwerking met de universiteit ETH Zürich hebben we een methode ontwikkeld en grondig getest met de naam Compatible Stress Field Method (CSFM) voor het ontwerp van discontinuïteitsregio's en deze geïmplementeerd in de IDEA StatiCa Concrete-toepassing. De methode is gebaseerd op Finite Element Analysis en gebruikt alleen basismateriaalparameters die worden gebruikt in standaard constructief betonontwerp. CSFM overwint de beperkingen van klassieke ontwerptools terwijl de voordelen van spanningsvelden en strut-and-tie-modellen behouden blijven.

Lees meer over de vergelijing van de Strut-and-Tie method en CSFM.

Prof. Kaufmann van ETH Zurich legt CSFM uit. 

CSFM is jarenlang getest

Om de acceptatie van CSFM in de conservatieve gemeenschap van bouwkundig ingenieurs te vergemakkelijken, is de methode gedurende meerdere jaren grondig getest. Hier speelde de samenwerking met ETH Zürich de sleutelrol. Er zijn honderden analytische tests uitgevoerd om de nauwkeurigheid van alle UGT- en BGT-controles te verifiëren die vereist zijn voor tal van normen.

De resultaten van deze tests werden vergeleken met een breed scala aan analytische oplossingen, ontwerpnormen en experimentele resultaten, en laten zien dat ze allemaal goed voldoen. De resultaten voor de uiteindelijke belasting (sterkte) komen goed overeen en zijn enigszins aan de veilige kant. De resultaten bij vervorming zijn ook mooi en de fout zit vooral aan de veilige kant.

Alle belangrijke tests en verificatievoorbeelden zijn gepubliceerd in het nieuwe CSFM verification boek. U kunt het  online kopen op Payhip.com.

Naast de samenwerking met ETH Zürich, worden er veel verificatie- en validatietests uitgevoerd met de Brno University of Technology

Theoreticsche achtergrond om aannames te verklaren

Om de CSFM-principes en aannames, evenals beperkingen, beter te begrijpen, is het zeker nuttig om uw tijd te investeren in  de Theoretische achtergrond voor beton.  Het geeft de belangrijkste ideeën van het verificatieboek op een meer beknopte manier weer.

U zult zelf ontdekken hoe de methode omgaat met wapeningsontwerp of hoe deze de eindige elementenbenadering implementeert. In de theoretische achtergrond vindt u alle belangrijke verificaties van het constructie-element voor de uiterste grenstoestand en bruikbaarheidsgrenstoestand analyse. Dus als u wilt begrijpen hoe CSFM scheurbreedte, doorbuigingscontroles of veiligheidsfactor-indeling behandelt, is de theoretische achtergrond de juiste plaats om mee te beginnen.

Verificatie artikelen met uitstekende overeenkomsten

Beide universiteitsteams hebben in samenwerking met IDEA StatiCa-experts meerdere papers en wetenschappelijke artikelen samengesteld en gepubliceerd met de resultaten van hun experimenten en tests. Hun bevindingen werden gepresenteerd op verschillende internationale evenementen.

Zoek in de verificatie voorbeelden en onderzoeken op ons Support center 

IDEA StatiCa voor alle beton ingenieurs

De resultaten van een grondige validatie van de CSFM bewijzen dat de methode veilig, nauwkeurig en betrouwbaar is. De testresultaten waren in perfecte overeenstemming met theoretische modellen. CSFM stelt constructeurs in staat om elke betonconstructie die als een tweedimensionaal element kan worden gemodelleerd, betrouwbaarder en efficiënter te ontwerpen en te beoordelen dan met andere ontwerpmethoden.

Verificaties, ontwerpaannames en artikelen worden gepubliceerd en zijn beschikbaar voor de technische gemeenschap. We raden u aan al onze validatie- en verificatiedocumentatie door te nemen, onze klanten te vragen, en last but not least, de software zelf te proberen.

Daarnaast willen we al onze gebruikers uitdagen - onze software op de proef stellen, onze resultaten vergelijken met uw handberekeningen of andere softwareanalyses, en uw vergelijkingen, resultaten en bevindingen met ons delen. IDEA StatiCa maakt uw ontwerp workflows sneller, nauwkeuriger en houdt de veiligheid voorop!

Geef ons feedback. Was dit artikel nuttig?