10 belangrijkste vragen over 3D-verankering in Detail

1. Waarom is de berekening vroegtijdig gestopt?

De stopcriteria in het 3D CSFM-model zorgen ervoor dat simulaties stoppen bij bepaalde limieten. Zie voor meer info het controle algoritme voor 3D CSFM in de theoretische achtergrond. 

Standaard staat de optie "Stop at Limit Strain" aan. Dit betekent dat de berekening stopt zodra bepaalde UGT-criteria worden overschreden. De uitnutting wordt gecontroleerd voor beton, wapening en verankering.

Voor beton geldt een maximale rek van 5% in druk en 7% in trek, om rekenconvergentie te garanderen. Voor wapening is de plastische rek begrensd tot 5%. Verankeringen worden beoordeeld op basis van grenswaardes voor slip in plaats van voor aanhechtspanning.

Wanneer de berekening niet convergeert, kan dat verschillende oorzaken hebben. De meest voorkomende is ontbrekende wapening. Andere oorzaken zijn een onjuist ondersteund model, wat kan leiden tot grote vervormingen, of een ontwerp dat simpelweg overbelast is voor de opgegeven krachten.

2. Welke ondersteuning moet ik toepassen in Detail?

In de 3D Detail applicatie kunnen oppervlakte ondersteuningen worden toegepast met een stijfheid in alle richtingen. Standaard bieden deze ondersteuningen alleen stijfheid in druk (Compression-Only), maar je hebt ook een optie waarin de support stijfheid biedt in druk & trek. Er zijn twee voorgestelde benaderingen:

1) Gebruik voor funderingen die op de grond rusten een ondersteuning die alleen stijfheid in druk biedt. Vergeet niet het eigengewicht handmatig toe te voegen als belastingsgeval, aangezien dit niet automatisch wordt gedaan. Het eigengewicht kan helpen omkantelen van het betonblok te voorkomen.

2) Gebruik voor submodellen die onderdeel zijn van een groter betonelement de ondersteuning die werkt in druk & trek. Hierbij is het belangrijk om wapening toe te passen die door het oppervlak heen gaat. Hierdoor kunnen de eventuele trekspanningen worden afgedragen door de wapening. Anders ontstaan er zeer hoge trekrekken in het beton en wordt de stopcriteria van 7% al snel overschreden.

Voor gedetailleerde informatie over de functionaliteiten van Detail 3D, zie Volledige functionaliteiten van Detail 3D.

3. Waarom is het zo belangrijk om de detailleringsregels te volgen?

De wapening moet voldoen aan de detailleringsregels uit de norm, zoals de aanvullende wapening voor trek- en dwarskrachtoverdracht volgens EN 1992-4. De applicatie zorgt ervoor dat krachten correct worden overgedragen: druk wordt opgevangen door het beton, trek door de wapening. Aangezien beton geen treksterkte heeft, is correcte wapening cruciaal.

Let op: deze detailleringsregels zijn niet geautomatiseerd. Het is aan de gebruiker om de juiste wapening handmatig toe te voegen. De constructeur blijft verantwoordelijk voor een correcte en normconforme wapening van het betonblok.

4. Hoe modelleer ik de overdracht van dwarskrachten correct?

De afchuifkracht kan overgebracht worden via wrijving, ankers of afschuifkluft, maar slechts één methode kan tegelijkertijd gebruikt worden. Zorg bij wrijving voor de juiste volgorde van belastingsgevallen: eerst druk (permanent), dan afschuiving (variabel). Als dit niet correct gebeurt, kan de voetplaat "wegvliegen".

Met een juiste volgorde van belasting en de wrijvingscoëfficiënt ingesteld op 0,25, kan afschuifkracht worden overgebracht voor 25% van de drukkracht. De dwarskracht van afschuifkluften wordt volledig door hen overgebracht, maar ze worden niet gecontroleerd in IDEA StatiCa Detail. Controleer eerst de kluft in IDEA StatiCa Connection en importeer ze daarna in Detail. Voor ankers kan de gebruiker bepalen welke ankers effectief zijn voor afschuiving. Ze worden echter ook niet gecontroleerd op afschuiving in Detail, dus controleer hun capaciteit eerst in Connection voordat je ze simuleert in Detail.

5. Waar moet ik op letten bij het exporteren van Connection naar Detail?

Het is belangrijk om te controleren hoe de krachten worden toegepast. Krachten kunnen rechtstreeks worden toegepast op ankers of op de voetplaat. Ankers en voetplaten worden gemodelleerd als aparte elementen, dus de krachtoverdracht tussen hen moet handmatig worden geactiveerd door middel van constraints.

• Bij het exporteren van het verankeringsmodel vanuit IDEA StatiCa Connection (bijv. zie BIM-link Connection to Detail - Excentrisch belaste verankering) wordt de axiale krachtoverdracht tussen ankers en voetplaat uitgeschakeld om ongewenst extra wrikken van de voetplaat te voorkomen. De axiale krachten zijn losgekoppeld en zitten al direct in de ankers. De afschuifkrachten worden daarentegen overgedragen via de voetplaat. Daarom staat het vinkje voor axiale krachtoverdracht uit en afschuif krachtoverdracht aan in onderstaande afbeelding, wanneer je het model uit de Connection hebt geëxporteerd.
• Wanneer je het model niet exporteert uit Connection wordt de belasting op de voetplaat gezet en kun je de axiale en afschuif overdracht tussen de plaat en ankers activeren.

6. Welke stijfheid van de voetplaat moet worden ingesteld?

Het instellen van de juiste stijfheid van de voetplaat is ook belangrijk. In de volgende afbeelding worden drie modellen vergeleken:

• een flexibele voetplaat geëxporteerd uit Connection,
• een flexibele voetplaat rechtstreeks gemodelleerd in Detail 3D met een belasting op een enkel punt,
• en een stijve voetplaat met toegenomen dikte, met een belasting op een enkel punt.

De resultaten toonden aan dat flexibele platen die rechtstreeks in Detail 3D waren gemodelleerd, onnauwkeurige spanningsverdelingen en kunstmatige wrikeffecten produceerden. De stijve plaat elimineert deze problemen en geeft resultaten die consistent zijn met de Connection export. Ankerkrachten waren vergelijkbaar in het eerste en het derde model, maar het tweede (flexibele plaat in Detail 3D) overschatte de ankerkrachten met meer dan 30%, waardoor het een onjuiste benadering was. Daarom is de suggestie om de stijve voetplaat te gebruiken als er niet vanuit Connection wordt geëxporteerd en op één punt wordt belast, om de interactie tussen de voetplaat en het beton zo dicht mogelijk bij de werkelijkheid te krijgen.

7. Hoe zit het met de contactspanning?

In Connection is het mogelijk om een Contact tussen twee platen in te stellen en de contactspanning weer te geven. Het is echter een beperking (zie Bekende beperking voor Detail 3D) van de verankeringsexport van Connection naar Detail dat deze contactspanning niet wordt geïmporteerd. Het gevolg van het ontbreken van effecten veroorzaakt door de contactspanning is dat de geïmporteerde krachten niet in evenwicht zijn op de voetplaat en dat de berekening niet kon worden uitgevoerd vanwege de enorme vervorming van de staalplaat en de modelafwijking.

Hoe kan deze beperking worden opgelost?

• manier 1 - geen contact gebruiken in het Connection model (contact is te rechtvaardigen in een beperkt aantal gevallen)
• manier 2 - de verankering direct modelleren in de Detail app met de stijve voetplaat (zie vraag 6)

8. Waarom overschrijdt de aanhechtspanning zo snel 99,9 %?

In de meeste modellen overschrijdt de aanhechtspanning in de verankering 99,9% uitnutting voor zeer lage belastingsniveaus. De reden hiervoor kan worden gevonden in het spanning-rekdiagram van de verbinding tussen het anker/wapening en het beton, zoals weergegeven in de onderstaande figuur. De aanhechting (Bond) bereikt zijn uiterste spanning snel en elke verdere belasting leidt tot plastische vervorming (slip). Het is handiger om te kijken naar de Ftot / Flim waarden.

Om de uiterste aanhechtsterkte voor lijmankers te bepalen, zie het artikel Hechtsterkte voor ankers in Detail 3D.

9. Hoe moet ik de mesh-instellingen beheren?

De mesh-kwaliteit is cruciaal voor 3D-simulaties, vooral voor niet-lineaire problemen, omdat het een directe invloed heeft op de rekentijd. De mesh-vermenigvuldigingsfactor varieert van 0,5 tot 5, waarbij 1 de standaard is. Het gebruik van een factor 5 versnelt simulaties en helpt bij het identificeren van fouten, maar de resultaten kunnen onnauwkeurig zijn (meer dan 30% fout). Na verificatie van het model is de voorgestelde factor 1 of lager voor nauwkeurige spanning en rek, waardoor de analysetijd toeneemt. Een grove mesh (hogere factor) wordt gebruikt voor het voorontwerp, terwijl een fijnere mesh (lagere factor) nauwkeuriger resultaten oplevert in de uiteindelijke simulatie, vooral rond ankers.

10. Is het mogelijk om meerdere verankeringen te importeren?

Ja, dat is mogelijk. En wat gebeurt er na het exporteren van de meervoudige verankering van Connection naar Detail? Er worden twee of meer betonblokken geïmporteerd naar Detail, afhankelijk van het aantal voetplaten in de verbinding, waarbij elke voetplaat zijn eigen betonelement heeft. De beperking (zie Bekende beperking voor Detail 3D) is dat meerdere betonblokken niet worden ondersteund in Detail. De gebruiker moet dus alle blokken behalve één verwijderen en alle andere voetplaten aan dat blok relateren. Dan wordt de juiste verdeling van anker- en laskrachten bereikt.

Conclusie

De 3D CSFM in IDEA StatiCa Detail is een krachtig hulpmiddel voor het modelleren van niet-lineair gedrag van beton en wapening, dat voldoet aan Eurocode en ACI. Het kan effectief omgaan met bindingsinteracties, trek- en drukzones en wapeningslayouts en biedt robuuste oplossingen voor verankering en lastoverdracht. De criteria zorgen ervoor dat berekeningen stoppen wanneer kritieke rekgrenzen worden bereikt en een juiste detaillering van de wapening is essentieel voor realistische resultaten. De kwaliteit van de mesh is cruciaal voor nauwkeurige simulaties, waarbij een fijnere mesh meer precisie biedt tegen een langere analysetijd. Aanvullende wapening, overdracht van dwarskrachten en de juiste exportinstellingen zijn ook sleutelfactoren bij het bereiken van nauwkeurige ontwerpen die voldoen aan de norm.

Bekijk voor meer gedetailleerde informatie het webinar 10 Meest Gestelde Vragen voor 3D Verankeringen.

Of het webinar over 3D Detail in het Nederlands: Ankerberekening met wapening in 3D Detail.