Volledige normtoetsing van ankers en betonblok met IDEA StatiCa (EN)
De Eurocode specificeert verschillende bezwijkmechanismen van ankers en betonnen funderingen en verdeelt deze verder op basis van het belastingtype. In IDEA StatiCa Connection konden we de ankers tot nu toe beoordelen, maar met enkele beperkingen moesten beoordelingen handmatig worden uitgevoerd.
Tegelijkertijd was het onmogelijk om wapening voor betonblokken mee te nemen. Dit verandert nu met IDEA StatiCa Detail 3D, dat meer mogelijkheden biedt. IDEA StatiCa Detail 3D biedt geen beoordelingen zoals we gewend zijn in de norm die deze definieert voor ongewapend beton. Met EE-analyse kunnen we echter verifiëren dat gewapend beton aan de opgegeven belasting voldoet, en hier zal het het bezwijken van het beton voorkomen, wat zou overeenkomen met die omstandigheden. De applicaties werken onafhankelijk 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 één voor één doorlopen en de mogelijkheden die de applicaties ons bieden.
Trek kracht
De Eurocode verdeelt het eerste belastingtype (trek kracht) in 6 mogelijke gevallen van bezwijken van anker of betonblok (a, b, c, d, e, f) en twee meer voor gewapende funderingen (g, h).
De onderstaande figuur toont schematisch welk type bezwijken u kunt beoordelen met de Connection applicatie en welk gedrag kan worden gedekt door gebruik van gewapend beton en daarmee de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules uit de Eurocode ( EN 1992-4-7.2.1) voor ankerontwerp (CBFEM), terwijl IDEA StatiCa Detail volledig is gebaseerd op de Eindige Elementen Methode (3D CSFM). Sommige beoordelingsmogelijkheden overlappen daarom in beide applicaties, maar altijd met een andere methode.
Door de aard van de methoden die in de software zijn geïmplementeerd, kan in Connection alleen ongewapend beton worden beschouwd, terwijl in Detail alleen een gewapend betonnen fundering kan worden beschouwd.
De belangrijkste aannames en beperkingen van de analyse voor IDEA StatiCa Detail 3D worden vermeld in het artikel Bekende beperkingen.
a) Bezwijken van het staal
Bezwijken van het staal van op trek belaste ankers alleen wordt in beide applicaties geverifieerd. De trekweerstand van ankers wordt in Connection gecontroleerd 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, op basis van de spanning-rek diagrammen die zijn gedefinieerd voor specifieke materialen, waarbij de waarde van de grensrek maximaal 5% wordt gebruikt (berekend op basis van het tension stiffening effect, lees meer in Theoretische achtergrond)
b) Bezwijken van het beton door kegelvorming
Bezwijken van het beton door kegelvorming kan worden geverifieerd in Connection. In Connection kan de applicatie echter alleen ongewapend beton beschouwen.
Daarom is het in geval van bezwijken van de betonkegel passend om over te gaan naar IDEA StatiCa Detail, waar een analyse van het gehele gewapende blok wordt uitgevoerd. De treksterkte van het beton wordt conservatief verwaarloosd, wat betekent dat de draagkracht bij kegelvorming in aanzienlijke mate wordt bepaald door de opgegeven hoeveelheid wapening. In de onderstaande afbeelding kunt u de richtingen van de hoofdspanningen zien die de vorm van de hierboven genoemde kegel aangeven. In het rechtergedeelte kunt u de waarden van de betonspanningen zien, die worden beoordeeld met de grenswaarden.
c) Uittrekfalen
Deze normtoetsing is in Connection alleen voor bepaalde gevallen (zie de eerste afbeelding in dit artikel). Een aanvullende beoordeling is noodzakelijk voor achteraf aangebrachte mechanische ankers.
In Detail is het mogelijk om zogenaamde lijmankers in te stellen en de rekenwaarde van de hechtsterktewaarde te specificeren op basis van hun technische parameters. De ankers worden vervolgens geverifieerd op basis van deze parameters. (Alleen van toepassing voor gewapend beton.)
d) Gecombineerd uittrek- en betonbezwijken van gelijmde bevestigingsmiddelen
Dit bezwijkmechanisme kan alleen worden gedetecteerd in Detail, waar de betonspanningen en de verankeringsgebieden worden beoordeeld met behulp van 3D CSFM. Het gecombineerde uittrek- en betonbezwijkmechanisme is in Detail gebaseerd op de hierboven gedefinieerde principes, en de beoordeling ervan maakt deel uit van de betonsterkte- en verankeringscontrole. (Alleen van toepassing voor gewapend beton.)
e) Splijtfalen van beton
Het is niet mogelijk om in Connection te beoordelen. Voor Detail is splijtfalen doorgaans een probleem van ongewapend beton, waarbij het gebruik van wapening voorkomt dat het optreedt. Tegelijkertijd is het mogelijk om de spanningen en rekken van zowel de wapening onder druk of trek als het beton onder druk te zien in de Detail applicatie.
f) Uitblaasfalen van beton
Voor ongewapend beton is empirische normtoetsing volgens de Eurocode in Connection mogelijk.
Voor gewapende constructieve staven is het mogelijk om Detail te gebruiken. Uitblaasfalen van beton wordt gedekt in de betonsterkte-analyse. Waarbij de trekspanningen alleen door de wapening worden overgedragen (zoals hierboven meerdere malen vermeld).
Aanvullende controles voor gewapende betonblokken:
Voor gewapende funderingen is een aanvullende wapeningstbeoordeling vereist. Bezwijken van het staal van de wapening en verankeringsfalen van de wapening maken deel uit van de wapeningsbeoordeling in Detail.
g) Bezwijken van het staal van de wapening
h) Verankeringsfalen van de wapening
Afschuivingsbelasting
De Eurocode verdeelt het tweede belastingtype (afschuivingskracht) in 4 mogelijke gevallen van bezwijken van anker of betonblok (a, b, c, d) en twee meer voor gewapende funderingen (e, f).
De onderstaande figuur toont schematisch welk type bezwijken u kunt beoordelen met de Connection applicatie en ook welk gedrag kan worden gedekt door gebruik van gewapend beton en daarmee de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules uit de Eurocode ( EN 1992-4-7.2.2) voor ankerontwerp (CBFEM). Alle typen bezwijken veroorzaakt door afschuivingskracht kunnen worden gedekt in de Connection applicatie.
In IDEA StatiCa Detail 3D kan afschuiving worden overgedragen door wrijving, ankers of afschuif deuvel. Het is belangrijk te vermelden dat alleen de fundering wordt beoordeeld. Andere stalen onderdelen (bijv. afschuif deuvel, lassen) moeten worden gecontroleerd in Connection of elders. Nogmaals moet worden benadrukt dat alleen gewapend beton vereist is.
a) Bezwijken van het staal zonder hefboomarm
Bezwijken van het staal zonder hefboomarm van op afschuiving belaste ankers wordt geverifieerd in Connection. De afschuivingsweerstand 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) Bezwijken van het staal met hefboomarm
Bezwijken van het staal met hefboomarm van op afschuiving belaste ankers wordt alleen geverifieerd in Connection. De afschuivingsweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:
De beoordeling is niet mogelijk in Detail.
c) Uitwrikfalen van beton
Uitwrikfalen van beton van op afschuiving belaste ankers wordt alleen geverifieerd in Connection. De afschuivingsweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:
De afschuivingscapaciteit van het beton door de voetplaat wordt vervolgens beoordeeld in de Detail applicatie.
d) Randfalen van beton
Randfalen van beton van op afschuiving belaste ankers wordt in Connection alleen geverifieerd voor ongewapend beton. De afschuivingsweerstand van ankers wordt gecontroleerd in IDEA StatiCa Connection volgens de volgende formule:
Randfalen van beton kan worden gecontroleerd in Detail (alleen gewapend beton).
Aanvullende controles voor gewapende betonblokken:
Voor gewapende funderingen is een aanvullende wapeningstbeoordeling vereist. Bezwijken van het staal en verankeringsfalen van de wapening maken deel uit van de wapeningsbeoordeling in IDEA StatiCa Detail.
e) Bezwijken van het staal van de aanvullende wapening
f) Verankeringsfalen van de aanvullende wapening
Conclusie
Het grootste voordeel is te vinden in voorbeelden zoals verankering dicht bij een rand en andere gevallen waarbij ongewapend beton niet voldoet aan de vereiste belasting. Merk op dat ankers en afschuif deuvels verder moeten worden beoordeeld in Connection, maar samen bieden deze twee softwaretools een uitgebreide oplossing.
Vanwege de methode en de manier waarop de applicatie is ontworpen, is de Detail applicatie alleen geschikt voor gewapende funderingen.