Probleemloos ontwerp van betonnen slanke kolommen

Dit artikel is ook beschikbaar in
Bouwkundige ingenieurs moeten hun ontwerpen van dragende constructies zo afwegen dat ze economisch EN veilig zijn. Vandaag de dag krijgen ze te maken met steeds slankere en subtielere structuren, hetzij om kosten te besparen, hetzij om aan architectonische eisen te voldoen.

Inleiding

Wat gaat er door uw hoofd als u een slanke kolom van gewapend beton moet ontwerpen en beoordelen?

  • Welke aanpak ´te kiezen, de vereenvoudigde of de meer nauwkeurige methoden
  • Gebruik ik gespecialiseerde software of mijn eigen excel sheets?
  • Ondersteunen de tools of excel sheets een algemene doorsnede van gewapend beton
  • Hoe het verlies aan stabiliteit van een slanke kolom vast te stellen?

U zou kunnen zeggen dat u niet kunt vertrouwen op vereenvoudigde methoden en dat u beter kunt kiezen voor een meer nauwkeurige en veilige benadering op basis van niet-lineaire analyse. Het gebruik van meer geavanceerde methoden, de definitie van materiële en geometrische niet-lineariteiten klinkt allemaal erg ingewikkeld en tijdrovend. 

Of is er geen hulpmiddel, geen tool om op eenvoudige wijze betonnen slanke kolommen te ontwerpen en aan de code te toetsen terwijl een meer geavanceerde methode wordt overwogen? Ja, die is er wel! 

Bekijk de nieuwe functie Design and check slender columns (Ontwerp en controleer slanke kolommen) volgens de Eurocode in IDEA StatiCa Concrete.

Workflow

Het is nog nooit zo eenvoudig geweest. Volg gewoon de workflow in vier stappen voor het ontwerpen en controleren van slanke kolommen van gewapend beton.


  • Creëer de geometrie van de constructie, inclusief grenzen en wapening.
  • Onderwerp de geanalyseerde en bijbehorende staven aan de effecten van belasting
  • Voer de niet-lineaire analyse en de beoordeling uit
  • Stel een verslag op met alle relevante gegevens, resultaten en controles. 

Wilt u nog efficiënter zijn? Voeg de eerste twee tijdrovende stappen samen in één! 

Gebruik uw favoriete FEA software (SCIA Engineer, RFEM, AxisVM, SAP2000, Robot, etc.) en koppel de geanalyseerde constructie met de IDEA StatiCa Checkbot . Vanuit Checkbot kunt u gemakkelijk de niet-lineaire analyses uitvoeren om slanke kolommen te ontwerpen en te controleren.

Achterliggende methode

De methode is in feite gebaseerd op de evaluatie van spanningen en rek in doorsneden van gewapend beton waarin de te analyseren staaf automatisch wordt verdeeld. Het enige waarop u moet letten, is de juiste wapening van de geanalyseerde staaf. 

Elke sectie gewapend beton wordt automatisch met mesh voorzien volgens de instelling van de GMNA solver. De standaardwaarden vindt u onder de knop instellingen. De juiste mesh van de doorsnede van gewapend beton levert zeer gedetailleerde resultaten op voor elke betonvezel en wapeningsstaaf. U kunt de grootte van het beton- en staalnet beïnvloeden, evenals het aantal splitsingen per lengte van de geanalyseerde staaf.


Het gedrag van beton en staal wordt weergegeven door hun spanning-rekdiagrammen, respectievelijk parabolisch-rechthoekig en bilineair met een schuine vertakking.


De GMNA zelf bestaat uit drie analysetypen:

  • Materialistisch niet-lineaire analyse (MNA)
  • Lineaire knikanalyse (LBA)
  • Geometrisch en materieel niet-lineaire analyse met onvolkomenheden (GMNIA)

Eerst wordt een niet-lineaire materiaalanalyse (MNA) uitgevoerd. Indien u geen rekening hoeft te houden met geometrische niet-lineariteit en onvolkomenheden, kunt u hier stoppen en is uw ontwerp klaar. Vervolgens worden de ingevoerde waarden (spanning en rek) gecontroleerd aan de hand van de door de code vastgestelde grenzen. Gedetailleerde resultaten voor de specifieke betonvezel en wapeningsstaaf worden grafisch weergegeven voor de geselecteerde doorsnede en vermeld in een tabel met alle corresponderende spannings- en rekwaarden. De resultaten kunnen afzonderlijk worden gecontroleerd voor beton en wapening.

Indien het niet voldoende is alleen met de materiële niet-lineariteit rekening te houden en het noodzakelijk is geometrische niet-lineariteit in aanmerking te nemen, dan is het tijd om de lineaire knikanalyse (LBA) te gebruiken, waarvan de resultaten de eigenmodes en kritische belastingen van de geanalyseerde staaf zijn. Deze analyse helpt de ingenieur bij het bepalen van het theoretische stabiliteitsverlies van de constructie onder invloed van de toegepaste belastingen. 

Het zou niet veilig zijn om alleen de theoretische knikvorm van de constructie in aanmerking te nemen, aangezien er initiële onvolkomenheden zijn. Daarom kan in de resultatentabel de imperfectieamplitude voor elke eigenmode worden gedefinieerd. De imperfectie moet worden gedefinieerd door de constructeur op basis van de ervaring of de aanbeveling van de code.  

Maximaal zes Eigenmodes zijn de outputs van de lineaire knikanalyse (LBA).

Zodra de imperfectie is gedefinieerd, wordt deze automatisch proportioneel toegepast op de staaf; dan kunt u het laatste type analyse uitvoeren - geometrische en materiële niet-lineaire analyse met imperfecties (GMNIA)

Deze analyse houdt rekening met alle bronnen van niet-lineariteiten, zoals materiaal en geometrie, met inbegrip van onvolkomenheden. Ook hier zijn de uitgangswaarden van de GMNA-analyse de spanningen en spanningen in een bepaalde doorsnede. 

Bij deze analyse wordt rekening gehouden met alle bronnen van niet-lineariteiten, zoals materiaal en geometrie, met inbegrip van de onvolkomenheden. De outputwaarden van de GMNA-analyse zijn opnieuw spanningen en rekken binnen de bepaalde doorsnede. 

Weergave van het draadmodel & interpretatie van de resultaten van betonnen elementen

Praktisch voorbeeld

Stelt u zich de globale structuur in SCIA Engineer voor. U moet een veilig en kosteneffectief ontwerp leveren voor zo'n gebouw. Het probleem is hoe de kniklengtes te bepalen van een kolom waarvan de hoogte gelijk is aan de totale hoogte van het gebouw (14,2 m) en rekening te houden met alle mogelijke niet-lineariteiten, aangezien stabiliteit een belangrijke rol zal spelen bij het ontwerp van een dergelijk slank element.

De workflow zou er als volgt kunnen uitzien:

  • Creëer een globaal model van de constructie in SCIA Engineer
  • Definieer de belastinggevallen en -combinaties en voer de globale lineaire analyse uit in SCIA Engineer
  • Gebruik de BIM link between SCIA Engineer and IDEA StatiCa waardoor u geometrie, belastingen en resultaten importeert.
  • Importeer de volledige structuur via een SAF-bestand naar de IDEA StatiCa Checkbot-app waar u het geanalyseerde element (slanke kolom) definieert en de kritieke combinaties selecteert.
  • Voer het geanalyseerde element (slanke kolom) in IDEA StatiCa Member
  • Controleer of de invoer correct is - geometrie en belastingen
  • Ontwerp van de wapening van de kolom
  • Voer alle soorten niet-lineaire analyses (MNA, LBA, GMNIA) uit
  • Optimalisatie van de kolomgeometrie of wapening
  • Print het berekeningsrapport met alle belangrijke resultaten, code-checks, en figuren uit

Gebruikerservaring

Test de nieuwe functie en vertel ons uw mening. Voelt u vrij om het bijgevoegde zip-bestand te downloaden en het zelf te proberen.

Wilt u iets verbeteren? We zullen blij zijn met uw feedback.  

Zoals u hebt opgemerkt, zijn de controles niet afhankelijk van de code in de zin van diverse formules of diep geïntegreerde code aanbevolen workflows, maar eerder code-conform door middel van het gebruik van code grenswaarden van spanning en rek, in beton en wapening. Tot nu toe is Eurocode geïmplementeerd. Bent u geïnteresseerd in het implementeren van andere codes? Laat het ons weten!