Volledige normcontrole van ankers en betonblokken met IDEA StatiCa (EN)

De Eurocode specificeert verschillende faalmethoden voor ankers en betonnen voetstukken en verdeelt deze verder volgens het belastingtype. In IDEA StatiCa Connection konden we tot nu toe de ankers beoordelen, maar met enkele beperkingen moesten de beoordelingen handmatig worden uitgevoerd.

Tegelijkertijd was het onmogelijk om rekening te houden met de wapening van betonblokken. Daar komt nu verandering in met IDEA StatiCa Detail 3D, dat meer mogelijkheden biedt. IDEA StatiCa Detail 3D biedt geen beoordelingen zoals we gewend zijn in de standaard die ze definieert voor gewoon beton. Met FE-analyses kunnen we echter controleren of gewapend beton aan de gespecificeerde belasting zal voldoen. De apps werken onafhankelijk van elkaar en kunnen afzonderlijk worden gebruikt, maar dankzij de koppeling tussen Connection en Detail is het ook mogelijk om Detail alleen als aanvullende berekening te gebruiken.

Laten we nu de Eurocode-voorwaarden een voor een doornemen en de mogelijkheden die de toepassingen ons bieden.

Trekkracht

Eurocode verdeelt het eerste type belasting (trekkracht) in 6 mogelijke gevallen van falen van ankers of betonblokken (a, b, c, d, e, f) en nog eens twee voor de aanvullende wapening (g, h).

Onderstaande figuur laat schematisch zien welk type bezwijken je kunt beoordelen met de Connection app en welk gedrag kan worden afgedekt door gewapend beton te gebruiken en dus de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules van Eurocode ( EN 1992-4-7.2.1) voor ankerontwerp (CBFEM), terwijl IDEA StatiCa Detail volledig is gebaseerd op de eindige-elementenmethode (3D CSFM). Sommige beoordelingsopties overlappen elkaar daarom in beide toepassingen, maar altijd met een andere methode.

Door de aard van de methoden die in de software zijn geïmplementeerd, kan alleen gewoon beton worden beschouwd in Connection, terwijl alleen gewapend betonnen voetstukken kunnen worden beschouwd in Detail.

De belangrijkste aannames en beperkingen van de analyse voor IDEA StatiCa Detail 3D worden vermeld in het artikel Bekende beperkingen.

a) Falen van staal

Het falen van staal van alleen trekbelaste ankers is geverifieerd in beide toepassingen. De trekweerstand van ankers wordt gecontroleerd in Connection volgens de volgende formule:

In Detail worden de ankers gecontroleerd volgens de geselecteerde Eurocode (1992-4 of 1993-1-8) in de Projectinstellingen. Dit gedrag is van toepassing vanaf versie 25.1.1.

In oudere versies worden de ankers gecontroleerd als gewone wapeningsstaven, gebaseerd op de spanning-rekdiagrammen die zijn gedefinieerd voor specifieke materialen, waarbij de waarde van de maximale rek 5% wordt gebruikt (berekend op basis van het verstijvingseffect lees meer in Theoretische achtergrond).

b) Falen van betonnen kegels

Betonconusfalen kan worden geverifieerd in Connection. In Connection kan de app echter alleen ongewapend beton beschouwen.

In het geval dat de betonnen conus bezwijkt, is het daarom aangewezen om door te gaan naar IDEA StatiCa Detail, waar een analyse van het volledige gewapende blok wordt uitgevoerd. De treksterkte van het beton wordt conservatief verwaarloosd, wat betekent dat de draagkracht voor conusfalen in grote mate wordt bepaald door de opgegeven hoeveelheid wapening. In de afbeelding hieronder zie je de richtingen van de hoofdspanningen die de vorm van de bovengenoemde kegel aangeven. In het rechtergedeelte zie je de waarden van de betonspanningen, die worden beoordeeld met de grenswaarden.

c) Bezwijken door uittrekken

Deze codecontrole is alleen in Connection voor bepaalde gevallen (zie de eerste afbeelding in dit artikel). Een aanvullende beoordeling is nodig voor achteraf geïnstalleerde mechanische ankers.

In Detail is het mogelijk om zogenaamde lijmankers in te stellen en de ontwerpbindingssterkte te specificeren op basis van hun technische parameters. De ankers worden dan gecontroleerd op basis van deze parameters. (Alleen van toepassing op gewapend beton.)

d) Gecombineerd uittrekken en bezwijken van gelijmde bevestigingsmiddelen

Dit falen kan alleen worden gedetecteerd in detail, waarbij de betonspanningen en de verankeringsgebieden worden beoordeeld met behulp van 3D CSFM. Het gecombineerde mechanisme voor uittrekken en falen van beton is in detail gebaseerd op de hierboven gedefinieerde principes en de beoordeling ervan maakt deel uit van de controle van de betonsterkte en de verankering. (Alleen van toepassing op gewapend beton).

e) Betonsplijten

Het is niet mogelijk om dit in Connection te beoordelen. Bij Detail is het bezwijken van beton meestal een probleem van gewoon beton, waar het gebruik van wapening het bezwijken voorkomt. Tegelijkertijd is het mogelijk om de spanningen en rek van zowel de wapening onder druk of spanning als het beton onder druk te zien in de Detail app.

f) Zijdelings uitbreken van beton

Voor gewoon beton is een empirische code-check volgens Eurocode in Connection mogelijk.

Voor gewapende constructiedelen is het mogelijk om Detail te gebruiken. Uitbreken van beton wordt behandeld in de betonsterkteanalyse. Waarbij de trekspanningen alleen worden overgedragen door de wapening (zoals hierboven verschillende keren vermeld).

Extra controles voor gewapende betonblokken:

Voor gewapende blokken is een aanvullende beoordeling van de wapening vereist. Het falen van de wapening en het falen van de verankering van de wapening maakt deel uit van de wapeningsbeoordeling in Detail.

g) Staalbreuk van wapening

h) Verankeringsfalen van wapening

Afschuifkracht

Eurocode verdeelt het tweede type belasting (afschuifkracht) in 4 mogelijke gevallen van falen van ankers of betonblokken (a, b, c, d) en nog twee voor de wapening (e, f).

De onderstaande figuur laat schematisch zien welk type bezwijken je kunt beoordelen met de Connection app en ook welk gedrag kan worden gedekt door het gebruik van gewapend beton en dus de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules van Eurocode ( EN 1992-4-7.2.2) voor ankerontwerp (CBFEM). Alle soorten bezwijken door dwarskracht kunnen worden behandeld in de Connection-app.

In IDEA StatiCa Detail 3D kan afschuiving worden overgebracht door wrijving, ankers of afschuifogen. Het is belangrijk om te zeggen dat alleen de voet wordt beoordeeld. Andere stalen onderdelen (bijv. shear lug, lassen) moeten worden gecontroleerd in Connection of ergens anders. Nogmaals moet worden benadrukt dat alleen gewapend beton vereist is.

a) Staalbreuk zonder hefboomarm

Het bezwijken van het staal zonder de hefboomarm van op afschuiving belaste ankers wordt gecontroleerd in Connection. De afschuifweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:

In Detail worden de ankers opnieuw gecontroleerd volgens de geselecteerde Eurocode (1992-4 of 1993-1-8) in de Projectinstellingen. Dit gedrag is van toepassing vanaf versie 25.1.1. De beoordeling is niet mogelijk in Detail voor oudere versies.

b) Staalbreuk met hefboomarm

Stalen falen met de hefboomarm van op afschuiving belaste ankers wordt alleen gecontroleerd in Connection. De afschuifweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:

De beoordeling is niet mogelijk in Detail.

c) Uitbreken van beton

Het falen van betonschuifankers wordt alleen gecontroleerd in Connection. De afschuifweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:

De afschuifcapaciteit van het beton door de voetplaat wordt vervolgens beoordeeld in de toepassing Detail.

d) Betonrandbreuk

Betonrandfalen van afschuifbelaste ankers wordt alleen in Connection gecontroleerd voor ongewapend beton. De afschuifweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:

Betonrandfalen kan worden gecontroleerd in het Detail (alleen gewapend beton).

Extra controles voor blokken van gewapend beton:

Voor gewapende voetstukken is een extra wapeningsbeoordeling vereist. Falen van staal en verankering van wapening maakt deel uit van de wapeningsbeoordeling in IDEA StatiCa Detail.

e) Staalbreuk van aanvullende wapening

f) Verankeringsfalen van aanvullende wapening

Conclusie

Het grootste voordeel kan worden gevonden in voorbeelden zoals verankering dicht bij een rand en andere gevallen waarbij gewoon beton niet voldoet aan de vereiste belasting. Merk op dat ankers en afschuifnokken verder moeten worden beoordeeld in Connection, maar samen bieden deze twee softwaretools een uitgebreide oplossing.

Door de methode en de manier waarop de toepassing is ontworpen, is de toepassing Detail alleen geschikt voor gewapende funderingen.