Volledige functionaliteit van Detail 3D

Inleiding

Detail 3D is in wezen een uitbreiding van de huidige gevestigde IDEA StatiCa Detail toepassing. Het voegt een nieuw modeltype 3D toe en daarmee de implementatie van een methode voor het berekenen van spanningsvelden in 3D ruimte genaamd 3D CSFM. Berekeningen en controles zijn geïmplementeerd voor de uiteindelijke grenstoestand.

Voordat we ingaan op de beschrijving van de functionaliteiten van Detail 3D is het goed om te wijzen op het bestaan van Theoretische achtergrond, waar je meer technische details kunt lezen over de individuele modelentiteiten en de berekeningen zelf.

• IDEA StatiCa Detail - Structureel ontwerp van betonnen 3D discontinuïteiten

In de eerste stap kan de gebruiker een nieuw modeltype selecteren op het beginscherm (in de wizard), waar verschillende sjablonen beschikbaar zijn, en natuurlijk de optie om een model vanaf nul in te voeren.

Net als bij 2D-modellen kunnen de initiële instellingen in het rechterdeel worden bewerkt, zoals ontwerpcode, materialen en betondekking.

Na het maken van een leeg model of een model vanuit een sjabloon, zijn opties beschikbaar die bekend zijn van de 2D modelleeromgeving.

Opties voor het werken met meerdere Projectonderdelen zijn te vinden in het bovenste lint, evenals de nu standaard Undo/Redo knoppen, Labels view opties, Gallery controls, berekeningsinstellingen en template management controls.

Het initialiseert ook de boomstructuur, waarvan het eerste item, standaard DRM1 genoemd, de standaardinstellingen voor het eigenlijke Projectitem bevat. Boven de boom vind je gereedschappen om het model te manipuleren.

Modelleren in 3D Detail

Modelleren

Er zijn veel nieuwe tools en modelentiteiten toegevoegd aan de nieuwe 3D-omgeving in IDEA StatiCa Detail. In de volgende sectie gaan we samen door alle opties die beschikbaar zijn in versie 24.1.

Model entiteiten

We nemen het volgende op in de categorie Model entiteiten in de Detail toepassing:

• Element
• Ondersteuning
• Lastoverbrenger

In versie 24.1 kan slechts één element worden ingevoerd, dat kan worden gedefinieerd als een rechthoekige of veelhoekige vorm. Een rechthoekige vorm wordt gedefinieerd door drie dimensies, terwijl voor de Polygoon-optie de vorm in 2D-ruimte wordt ingevoerd in een tabel met coördinaten, die vervolgens in de ruimte kunnen worden geëxtraheerd. Om de algemene vorm van een veelhoek te definiëren, kunnen individuele coördinaten in de tabel worden ingevuld of kan een copy-paste uit een spreadsheetprogramma (zoals Microsoft Excel) worden gebruikt.

Oppervlakteondersteuning wordt gebruikt om het model te ondersteunen. Dit type ondersteuning kan op twee manieren gespecificeerd worden - twee Geometry types.

• Geheel oppervlak
• Polylijn

In beide gevallen moet je een referentieoppervlak kiezen en vrijheidsgraden definiëren. De ondersteuning kan worden gedefinieerd als elastisch en het Compression-only type kan worden gebruikt voor een richting loodrecht op het gespecificeerde oppervlak. In de volgende afbeelding zien we de ondersteuning ingevoerd op het gehele oppervlak nummer 4 en de optie 'Compression-only' uitgeschakeld.

Voor de tweede optie van polylijninvoer is dezelfde tabel beschikbaar. Ook hier kunt u de copy-paste functionaliteit gebruiken of de coördinaten handmatig invoeren. De ingevoerde vorm kan verplaatst worden langs het referentieoppervlak met behulp van X- en Y-coördinaten of geroteerd worden door een hoek in te voeren.

Merk op dat het mogelijk is om een polylijn te specificeren zodat de oorsprong van de coördinaten in het zwaartepunt van de gewenste vorm ligt. De positie wordt dan gerefereerd door de X- en Y-coördinaten naar dat zwaartepunt.

Lastoverbrengers in 3D Detail

Elementen voor het overbrengen van lasten

Lastoverbrengers bestaan uit twee entiteiten: de oplegplaat en het enkele anker. Laten we beginnen met de oplegplaat. Om de positie te specificeren, moeten een referentievlak en -rand worden geselecteerd. Deze definiëren de oorsprong van de coördinaten van waaruit de X- en Y-afstanden worden gemeten. Er zijn twee vormdefinitieopties, Rechthoekig en Veelhoekig.

De oplegplaat is verbonden met het betonelement door een contact dat drukspanningen overdraagt en, indien de gebruiker dit wenst, ook schuifspanningen kan overbrengen. Er zijn drie mechanismen voor dwarsoverdracht die kunnen worden geselecteerd:

• door wrijving
• door ankers
• door afschuif kluft

Met de software is het niet mogelijk om deze overdrachtsmechanismen te combineren.

Voor de optie met wrijving moet de ontwerpwaarde van de wrijvingscoëfficiënt worden ingevoerd. Voor de optie met een kluft moet het staalprofiel, inclusief geometrie en positie, worden ingevoerd.

De oplegplaat kan een puntbelasting of een groep krachten overbrengen. Voor een puntbelasting kan het model belast worden met zes interne krachten (Fx, Fy, Fz, Mx, My en Mz) op elke positie op de bodemplaat. Voor een groep krachten kunnen gebruikers de posities, intensiteiten en richtingen van de krachten invoeren in een tabel, waardoor een algemene positionering op de oplegplaat mogelijk wordt.

Een tweede lastoverbrenger, het enkele anker, kan worden toegevoegd en verbonden met de oplegplaat om bijvoorbeeld een voetplaat van de kolom te creëren die met vier ankers is verankerd (zie onderstaande figuur). Het is ook mogelijk om losse ankers zonder voetplaat te modelleren.

Meer informatie over de onderlinge verbinding met de oplegplaat is te vinden in de Theoretische achtergrond.

Qua positie en geometrie zijn de ankers gerelateerd aan het oppervlak en de rand van het blok, inclusief de bepaling van de relatieve positie zoals bij de oplegplaat. Natuurlijk is het mogelijk om de lengte van het anker in het beton en de lengte boven het betonoppervlak te specificeren.

De ankers zijn geïmplementeerd in twee varianten:

• In het werk gestorte - Wapening
• Chemisch achteraf geplaatste ankers

Voor de wapening wordt de aanhechtsterkte gebruikt volgens EN 1992-1-1 hfdst. 8.4.2. Daarnaast is het mogelijk om het verankeringstype voor dit type anker te specificeren zoals voor conventionele wapening.

Voor lijmankers is het mogelijk om direct de aanhechtsterkte in te voeren, die de gebruiker kan vinden in het technische informatieblad van de fabrikant. Merk op dat het noodzakelijk is om de ontwerpwaarde van de aanhechtsterkte in te voeren.

Een grondige beschrijving van het gedrag van de onderlinge verbinding tussen het anker en de oplegplaat wordt beschreven in de Theoretische achtergrond.

Lasteffecten en combinaties

Lasteffecten

Belastingsgevallen kunnen op dezelfde manier gedefinieerd worden als voor 2D gewapend betonelementen. Dit betekent dat aan elk belastinggeval een Permanent of Variabel belastingtype kan worden toegewezen. De permanente belastingsgevallen worden eerst toegepast op het model en na een succesvolle berekening worden de variabele belastingsgevallen toegepast.

Type belastingimpulsen

Er kunnen in totaal 4 soorten belastingimpulsen worden toegevoegd aan elk belastingsgeval.

De definitie van oppervlaktebelastingen is identiek aan de definitie van oppervlakteondersteuning. Dit betekent dat het mogelijk is om het op twee manieren te specificeren: Gehele oppervlak en Polylijn. In het geval van oppervlaktebelastingen wordt de belastingsintensiteit natuurlijk ingevoerd in de drie algemene richtingen.

Groep van Krachten is een belastingsentiteit waarmee je krachten in drie richtingen overal op het model kunt specificeren met behulp van een tabel. Er kan worden verwezen naar de grondplaat of het oppervlak van een betonblok. Voor invoer in tabellen is het weer mogelijk om de copy-paste functionaliteit van het spreadsheetprogramma te gebruiken.

Het eigengewicht moet in elk model worden opgenomen. Bijvoorbeeld, betonnen funderingen die belast worden met een buigend moment zullen niet zo gemakkelijk omvallen.

Puntbelastingen kunnen rechtstreeks op de voetplaat worden belast met zes interne krachten Fx, Fy, Fz, Mx, My en Mz in de algemene positie.

Bij gebruik van een voetplaat kan het rechtstreeks uitoefenen van deze kracht tot een onrealistische spanningsherverdeling over de plaat, ankers en beton. Het is daarom beter om de tweede optie te gebruiken - de stomp.

De stomp (Stub)

De stomp wordt voorgesteld door een kort deel van de kolom boven de voetplaat, dat gemodelleerd wordt als een schaalelementstructuur en zich gedraagt als een fysisch accurate interface tussen de interne krachten en de plaat. Er wordt een standaard doorsnededatabase gebruikt.

De 6-componenten interne krachtenset (krachten en momenten) wordt toegepast op een enkel punt op de onderkant van de stomp - d.w.z. de basis van de kolom.

Beperkingen verplaatsen de krachten naar de bovenzijde van de stomp, vanwaar ze op natuurlijke wijze worden herverdeeld door de stomp naar de voetplaat, ankers en beton.

Deze benadering behoudt de realistische stijfheidsinteractie tussen kolom en plaat en elimineert de noodzaak voor handmatige herverdeling of kunstmatige aannames.

De stomp werd uitgebracht in IDEA StatiCa versie 25.1.

Combinaties

Omdat de analyse in IDEA StatiCa Detail niet-lineair is, worden zogenaamde niet-lineaire combinaties gebruikt. Dit betekent dat individuele belastingsgevallen niet worden berekend en dat de resultaten vervolgens niet bij elkaar worden opgeteld. Integendeel, belastingsgevallen van hetzelfde belastingtype worden voor de berekening bij elkaar opgeteld, uiteraard met de respectieve coëfficiënten die in de combinaties zijn gedefinieerd, en de individuele combinaties worden vervolgens berekend. Daarom is het bestaan van ten minste één combinatie een voorwaarde voor het starten van de berekening.

Alleen combinaties voor UGT kunnen worden gedefinieerd.

3D Detail - Wapening

Wapening

Het model kan gewapend worden met een Groep van Staven. Dit wapeningstype bevat veel opties, die we in de volgende tekst zullen bespreken. Zo kunnen 4 soorten definities van de staafvorm worden opgegeven:

• Door twee punten
• Op de rand van het oppervlak
• Op de rand van het oppervlak op meer randen
• Op polylijn

Voor elk van deze elementen kun je natuurlijk de diameter en het materiaal opgeven, inclusief het verankeringstype aan het begin en aan het einde van de staven.

Vormdefinitie van de staaf Door twee punten spreekt voor zich. Je moet twee coördinaten met X, Y, Z invoeren.

Definitie Op rand biedt veel mogelijkheden om wapeningsstaven op de gewenste locatie te plaatsen. Je kunt wapeningsstaven in meerdere lagen invoeren met meer wapeningsstaven in één laag met gespecificeerde afstanden tussen de staven in en tussen de lagen. Natuurlijk is het ook noodzakelijk om het referentieoppervlak en de rand op te geven. Vervolgens moet je de betondekking opgeven, die de afstand tot het referentieoppervlak bepaalt (vanaf oppervlak [1] in de onderstaande figuur) en de randdekking, die de afstand van de inzetstukken tot de zijoppervlakken bepaalt (vanaf oppervlakken [4], [5] en [2] in de onderstaande figuur), kan worden opgegeven als Van instellingen of Gebruikersinvoer. De standaard betondekking (Van instellingen) voor het actieve Project item is te vinden in het eerste item van de boom (standaard DRM1 genoemd) item van de boom. Dit is gedefinieerd aan het begin van dit artikel. De betondekking kan worden ingesteld als een unieke waarde voor elke groep.

Tot slot kan Positie op rand worden bewerkt voor dit type item. Zoals in de onderstaande afbeelding is te zien, is het bijvoorbeeld mogelijk om de wapening zo te specificeren dat de door de gebruiker gedefinieerde betondekking  alleen wordt toegepast op het onderste oppervlak [5]. De zijvlakken worden bepaald door de verlenging van het begin en einde.

Een ander type definitie is Op oppervlak met meer randen. Hier is het mogelijk om een lijst van randen of oppervlakken te specificeren waarop de wapening geplaatst wordt, samen met een lijst van bedekkingslagen voor elk oppervlak zoals weergegeven in de volgende afbeelding.

De dekking kan ook worden gespecificeerd met de optie instellingen, net als bij de vorige optie. Ook hier is het mogelijk om de wapening te verschuiven ten opzichte van het referentieoppervlak met behulp van de optie Dekking van oppervlak en het aantal en de afstand van de lagen te specificeren. Het is ook mogelijk om de uiteinden te verlengen of te verkorten vanaf de Eerste rand en de Laatste rand.

De laatste manier om de wapening te definiëren is Op polylijn. Net als bij de bovengenoemde modelentiteiten kan de wapening worden gespecificeerd met behulp van een lijst coördinaten die is gekopieerd uit een spreadsheetprogramma. In dit geval is een 3D-scène met de wapening weergegeven voor een betere oriëntatie, waarbij rotaties rond twee assen mogelijk zijn.

Importeren van verankeringen van Connection naar Detail

Verankering in een gewoon betonblok kan gemodelleerd en gecontroleerd worden in IDEA StatiCa Connection. Voor bepaalde gevallen, zoals verankering nabij de rand, is het ontwerp onvoldoende vanwege mogelijke faalwijzen en is extra wapening vereist. Hoewel deze mogelijkheid niet beschikbaar is binnen de Connection-applicatie, is het mogelijk om direct door te gaan naar de Detail-applicatie.

3D Detail is gericht op het oplossen van verankeringen in betonblokken en de analyse van zowel de verankeringselementen als het betonblok zelf. Bovendien is er een directe koppeling geïmplementeerd tussen de Connection- en Detail-toepassingen om het proces te vereenvoudigen. Gebruikers van Connection die verankeringen ontwerpen volgens Eurocode of AISC kunnen hun model met één druk op de knop importeren van Connection naar het geavanceerde 3D Detail.

• Importeren is alleen toegestaan voor verankeringen. Als het Connection-model geen betonblok bevat, is de export naar Detail uitgeschakeld ("RC-controle").
• Het model in Connection moet worden berekend. Als er geen resultaten beschikbaar zijn, is het pictogram voor exporteren ("RC-controle") uitgeschakeld. Voor exportfunctionaliteit is het ook nodig om geldige licenties te hebben voor concrete toepassingen. Anders wordt de exportoptie weer uitgeschakeld.
• Voor de import/export is slechts één betonblok toegestaan.
• Sommige ankertypes worden niet ondersteund voor import en we raden ook af om zogenaamde randverankeringen te exporteren. Een gedetailleerd overzicht van de beperkingen vindt u in het artikel: Bekende beperkingen voor 3D Detail

De verbinding wordt geïmporteerd, inclusief

• Het betonblok
• Ankers
• De voetplaten
• Belastingen

Aanvullende informatie en parameters die worden ingesteld volgens de overeenkomstige instellingen in de Aansluiting:

• Schuifoverdracht (via Ankers, Schuifogen en Wrijving)
• Materiaal
• Type verankering
• Verankeringstype aan het uiteinde
• Wrijvingscoëfficiënt

De mogelijke configuraties en typen ankers die kunnen worden geëxporteerd, zijn te vinden in de volgende artikelen:

Ankertypes

Basisplaat opties

Stap voor stap exporteren van Connection naar Detail

Maak eerst een verankeringsmodel in Connection volgens Eurocode/AISC en klik op de knop Calculate.

Als er resultaten zijn, wordt het exporteren van de voet ingeschakeld. Door op de knop"RC Check" in het lint te klikken, verschijnt een dialoogvenster waarin wordt gevraagd naar de locatie en de naam van het nieuw aangemaakte detailbestand.

Na een succesvolle export wordt het project in Detail aangemaakt. De geometrie van het betonblok en de voetplaat, de positie en eigenschappen van ankers en de belasting worden automatisch overgebracht naar Detail. De oppervlakteondersteuning aan de onderzijde van het betonblok wordt automatisch aangemaakt.

Opmerking: Het is alleen nodig om de instellingen in de Z-richting te controleren. (Voor funderingsvoeten gebruiken we alleen druk met de instelling van de grondstijfheid; voor een doorgaande constructie kunnen we ook trekondersteuning inschakelen).

Het lastigste deel van dit proces is het importeren van de belasting. Voor elk berekend belastingseffect in Connection worden automatisch het bijbehorende belastinggeval en de ULS-combinatie gemaakt in Detail.

• De basisplaat wordt belast door krachten in lassen, die worden gemodelleerd als een Groep van krachten. Voor de belasting van de basisplaat zelf wordt de geïmporteerde belasting weergegeven door een groep krachten die de spanningen in lassen tussen de basisplaat en stalen staven in het verbindingsmodel volgt.

• Ankers worden onafhankelijk van de voetplaat gemodelleerd en belast, en ze worden axiaal belast door puntbelastingen. De belasting van ankers wordt in de scène weergegeven door een dubbel aantal pijlen in tegengestelde richtingen. Eén pijl vertegenwoordigt de trekkracht die alleen op de bovenkant van het anker werkt. De andere pijl vertegenwoordigt de drukkracht die op de voetplaat werkt.

Het selectievakje "Overdracht van axiale krachten" is standaard uitgeschakeld omdat de ankers rechtstreeks door krachten worden belast.

Opmerking: De volgende figuur is niet van toepassing op ingegoten platen, waar de overdracht van axiale krachten correct wordt aangevinkt na export. De reden hiervoor is te vinden in de Theoretische achtergrond.

• Schuifkracht wordt volgens de instelling in Connection overgebracht door een van de opties - ankers, schuifogen of wrijving. Als de dwarskracht wordt overgebracht door ankers, kun je specifieke ankers uitschakelen door het selectievakje "Overbrengen van dwarskracht" uit te schakelen.
• Als wrijving of afschuifogen zijn ingesteld, wordt in het model nooit rekening gehouden met afschuiving in de ankers. (Zelfs als het selectievakje is ingeschakeld).

Voeg vervolgens de vereiste wapening toe met behulp van de hierboven genoemde hulpmiddelen en bereken het model. Vergeet niet de ontwerpsterkte voor lijmankers in te stellen volgens de parameters van de fabrikant.

Het is ook een goed idee om te controleren of de gespecificeerde belasting het betonblok niet zal doen kantelen. Omkantelen kan worden voorkomen door zelfgewicht of voldoende samenpersende normaalkracht. Als de resulterende verticale kracht positief is (het blok wordt van de steun getild), zal de berekening ook mislukken.

Omdat het beton niet op trek werkt, zal de bekleding tussen de onderste wapening en de steun loskomen.

Een grondige uitleg van de geïmporteerde krachten die op de voetplaat of ankers werken en die in de onderstaande figuur worden weergegeven, is te vinden in de Theoretische achtergrond.

Opmerking: Uitgebracht in IDEA StatiCa versie 24.1. voor EN. Geleidelijk verbeterd door het implementeren van AISC, het toevoegen van opties voor verankeringselementen en het verfijnen van de beperkingen. Dit artikel, inclusief de volledige functionaliteit, is van toepassing vanaf versie 25.1.1. De individuele wijzigingen zijn te zien in de release notes.

Resultaten

De weergave van de resultaten lijkt erg op 2D Detail. Er zijn echter enkele grote verschillen, vooral als het gaat om resultaten op beton en resultaten van ankers. In de volgende paragraaf gaan we door alle beschikbare resultaten, waarbij we ons concentreren op de genoemde verschillen. In het tabblad Controleren kun je in totaal 4 soorten resultaten bekijken:

• Samenvatting
• Sterkte
• Verankering
• Hulp

Spanningsverloop in Samenvatting resultaten toont je de vectoren van drukhoofdspanningen in beton en gebruik van de wapening en ankers om je een basisoverzicht te geven.

In de controle Sterkte kun je de herverdeling van spanningen en spanningen voor beton weergeven. In het bovenste lint in de werkbalk Resultaten kun je bepalen wat er wordt weergegeven. Het is ook mogelijk om de verhoudingen σ_c,eq/σ_lim en ε/ε_lim weer te geven, evenals de plastische rek, het niveau van triaxialiteit σ_c3/σ_lim en de richting van de hoofdspanning voor beton. Alle resultaten in de Sterkte zijn gerelateerd aan de Uiteindelijke Grenstoestand.

Opmerking: Het kan je opvallen dat de equivalente hoofdspanning σc_,eq nul is net onder de samengedrukte voetplaat. Lees de Theoretische achtergrond waar de σc_,eq wordt gedefinieerd. Je kunt ook dit verificatieartikel lezen, waarin dit fenomeen wordt uitgelegd en geverifieerd met behulp van een bekende drieassige test: Tri-axiale spanning - het actieve opsluitingseffect

Materialen kunnen in eigenschappen worden verwisseld.

De controle voor wapening wordt op een vergelijkbare manier uitgevoerd, waarbij we opnieuw de grenswaarden vergelijken met de berekende spanning/rek - σ_s/σ_lim, en ε_s/ε_lim.

Voor of ankers hebben we twee controles. Eén is hetzelfde als voor wapening - het vergelijken van de grenswaarden - σ_s/σ_lim, en ε_s/ε_lim.

Opmerking: Het kan je opvallen dat elk anker in verschillende posities wordt gecontroleerd, die automatisch als extreme gevallen worden berekend.

Daarnaast hebben we op Eurocode gebaseerde controles, die empirisch worden uitgevoerd volgens de norm. De specifieke norm die in aanmerking wordt genomen, kan worden bekeken in de instellingen, waar het ook mogelijk is om een andere norm te selecteren afhankelijk van het gebruikte verankeringstype, evenals de vereiste norm op basis van regionale praktijken.

Geïmplementeerde codes: EN 1992-4, EN 1993-1-8, EN 1994-1-1

Verankeringscontrole geeft je informatie over hechtspanning en totale kracht op de wapening en ankers.

Last but not least kun je de aanvullende resultaten in de toepassing bekijken - Vervorming, Wapeningsratio en Tensorbetonwaarden. Het eerste type, Deformation, kan geschaalde vervormingen van het niet-lineaire ULS-model weergeven.

De verhouding wapening toont de waarden die worden gebruikt om het verstijvingseffect te berekenen.

Met Tensor betonwaarden kun je de intensiteiten van hoofdspanningen in beton en hun richting weergeven.

De resultaatsecties kunnen ook worden gebruikt.

Onderzoek modelgedrag met sectieresultaten en stresscontrole

Doorsnedes geven inzicht in de spanningen binnen het betonelement. Het is mogelijk om een willekeurig aantal doorsneden te maken in elk vlak.

Vrijgegeven in IDEA StatiCa versie 24.0.4

Spanningscontrole

Voor een beter begrip van de resultaten en de theorie die is geïmplementeerd in het 3D Detail, is de iconografie aanzienlijk verbeterd. In de sectie "Sterkte", onder de betonnen spanningsbeoordeling, vind je nieuwe pictogrammen en, nog belangrijker, tooltips die de basistheorie uitleggen. Deze tooltips komen overeen met de theoretische achtergrond.

Vrijgegeven in IDEA StatiCa versie 24.0.2

Rapporteer

Zoals standaard is in onze toepassingen, kunnen alle resultaten worden afgedrukt in een automatisch gegenereerd rapport, inclusief theoretische achtergrond, gebruikersparagrafen en nog veel meer.