Het ontwerp en de beoordeling van betonelementen worden normaal gesproken uitgevoerd op doorsnede- (1D-element) of puntniveau (2D-element). Deze procedure wordt beschreven in alle normen voor constructief ontwerp, bijvoorbeeld in (EN 1992-1-1 of ACI 318-19), en wordt gebruikt in de dagelijkse constructieve praktijk. Het is echter niet altijd bekend of wordt niet altijd gerespecteerd dat deze procedure alleen toelaatbaar is in gebieden waar de Bernoulli-Navier-hypothese van vlakke rekverdeling van toepassing is (aangeduid als B-gebieden). De plaatsen waar deze hypothese niet van toepassing is, worden discontinuïteits- of verstoorde gebieden genoemd (D-gebieden). Voorbeelden van B- en D-gebieden van 1D-elementen zijn weergegeven in (Fig. 1). Dit zijn bijvoorbeeld opleggingen, delen waar geconcentreerde belastingen worden aangebracht, locaties waar een abrupte verandering van de doorsnede optreedt, openingen, enz. Bij het ontwerpen van betonconstructies komen we veel andere D-gebieden tegen, zoals wanden, brugdiafragma's, consoles, enz.
In het verleden werden semi-empirische ontwerpregels gebruikt voor het dimensioneren van discontinuïteitsgebieden. Gelukkig zijn deze regels de afgelopen decennia grotendeels vervangen door staafwerkmodellen (Schlaich et al., 1987) en spanningsvelden (Marti 1985), die zijn opgenomen in de huidige ontwerpnormen en tegenwoordig vaak door ontwerpers worden gebruikt. Deze modellen zijn mechanisch consistente en krachtige hulpmiddelen. Merk op dat spanningsvelden in het algemeen continu of discontinu kunnen zijn en dat staafwerkmodellen een speciaal geval van discontinue spanningsvelden zijn.
Ondanks de evolutie van rekentools in de afgelopen decennia, worden staafwerkmodellen in essentie nog steeds als handberekening toegepast. De toepassing ervan op praktijkconstructies is omslachtig en tijdrovend, omdat iteraties nodig zijn en meerdere belastingsgevallen in beschouwing moeten worden genomen. Bovendien is deze methode niet geschikt voor het toetsen van bruikbaarheidscriteria (vervormingen, scheurwijdten, enz.).
De interesse van constructeurs in een betrouwbaar en snel hulpmiddel om D-gebieden te ontwerpen, leidde tot de beslissing om de nieuwe Compatible Stress Field Method te ontwikkelen, een methode voor computerondersteund ontwerp met spanningsvelden die het automatisch ontwerpen en toetsen van constructieve betonelementen onderworpen aan belasting in het vlak mogelijk maakt.
De Compatible Stress Field Method (CSFM) is een continue, op EEM gebaseerde spanningsveldanalysemethode waarin klassieke spanningsveldoplossingen worden aangevuld met kinematische overwegingen, d.w.z. de rektoestand wordt door de gehele constructie heen geëvalueerd. Hierdoor kan de effectieve druksterkte van beton automatisch worden berekend op basis van de toestand van dwarsrek, op een vergelijkbare manier als bij drukveldanalyses die rekening houden met compression softening (Vecchio and Collins 1986; Kaufmann and Marti 1998) en de EPSF-methode (Fernández Ruiz and Muttoni 2007). Bovendien houdt de CSFM rekening met tension stiffening, wat realistische stijfheden aan de elementen geeft, en dekt de methode alle voorschriften van de ontwerpnormen (inclusief aspecten van bruikbaarheid en vervormingscapaciteit) die door eerdere benaderingen niet consequent werden behandeld. De CSFM gebruikt de gangbare eenassige constitutieve wetten die door ontwerpnormen voor beton en wapening worden voorgeschreven. Deze zijn bekend in de ontwerpfase, wat het mogelijk maakt de partiële veiligheidsfactormethode toe te passen. Hierdoor hoeven ontwerpers geen aanvullende, vaak willekeurige materiaaleigenschappen op te geven, zoals doorgaans vereist is bij niet-lineaire EEM-analyses, waardoor de methode uitstekend geschikt is voor de ingenieurspraktijk.
Om het gebruik van computerondersteunde spanningsvelden door constructeurs te bevorderen, moeten deze methoden worden geïmplementeerd in gebruiksvriendelijke softwareomgevingen. Hiertoe is de CSFM geïmplementeerd in IDEA StatiCa Detail; een nieuwe gebruiksvriendelijke commerciële software die gezamenlijk is ontwikkeld door ETH Zürich en het softwarebedrijf IDEA StatiCa in het kader van het DR-Design Eurostars-10571-project.