Je zou kunnen zeggen: "Ontwerp gewoon wat de norm expliciet toestaat." Maar laten we eerlijk zijn: zo werkt het gewoon niet, of het nu gaat om krappe ruimtes of technische en architectonische eisen. En zo zien we overal om ons heen verankering die als "op het randje" (figuurlijk) kan worden beschouwd – of beter gezegd, specifieke soorten verankering. Veel gevallen worden nauwkeurig berekend en geverifieerd met geavanceerdere methoden (ook al heeft dat misschien buitensporig veel tijd gekost). Veel gevallen zijn echter waarschijnlijk niet zo grondig beoordeeld als ze verdienen.
IDEA StatiCa verandert en stuwt het ontwerp van staalverbindingen, staal- en betonelementen en betondetails al geruime tijd vooruit. Het gaat niet om het vereenvoudigen van het workflowproces door middel van geautomatiseerde berekeningen, maar vooral om de innovatieve methoden waarmee we kunnen ontwerpen wat voorheen ondenkbaar was. Onze nieuwste prestatie, de release van IDEA StatiCa Detail voor 3D, verruimt de ontwerpmogelijkheden opnieuw verder dan ooit tevoren.
Of u nu behoort tot de groep die dagenlang worstelt met verankeringsontwerpen, of alleen op ervaring vertrouwt maar daardoor niet lekker slaapt – lees verder.
Deuren naar nieuwe mogelijkheden
Als u betrokken bent bij het verankeren van constructies, kunt u waarschijnlijk aan verschillende gevallen denken die u het moeilijk hebben gemaakt. Hier zijn enkele voorbeelden die wij recentelijk hebben geïdentificeerd als zeer lastig om te ontwerpen met alleen standaardpraktijken. Maar met behulp van onze tools IDEA Statica Connection en Detail wordt het mogelijk om binnen een relatief redelijke tijd te ontwerpen.
Afbeelding 1: Meervoudige verankering in één betonblok
- Verankering nabij de rand – Verankering dicht bij de rand is bijna onmogelijk te ontwerpen zonder wapening, vanwege de manier waarop beton bezwijkt (kegelbezwijken en andere mechanismen). Het beoordelen van verankering in gewapend beton is op zichzelf al arbeidsintensief – zie dit artikel voor meer details: U hoeft niet langer te worstelen met het ontwerpen van verankeringen. Detail (3D-modus) is echter specifiek ontworpen voor dergelijke gevallen – gewapend beton. Door wapening toe te voegen, kunnen we bezwijkmechanismen voorkomen die anders in ongewapend beton zouden optreden. Tegelijkertijd maakt het gebruik van een geavanceerde EEM-methode (3D CSFM) en de implementatie hiervan in Detail een zeer complexe taak relatief eenvoudig.
Afbeelding 2: Voorbeelden van verankering nabij een rand in Connection (inclusief staal staven) en in Detail (inclusief wapening)
- Meerdere verankeringen dicht bij elkaar – Het probleem dat we hebben bij verankeringen die dicht bij elkaar liggen, is dat de kegels elkaar beïnvloeden. Geen enkele richtlijn kan ons direct adviseren hoe we deze gevallen moeten beoordelen. In de gangbare literatuur, of het nu EN of de fib-richtlijn betreft, vinden we min of meer alleen voorwaarden en beperkingen die we conservatief kunnen toepassen. Ze adviseren ons simpelweg om afstanden te gebruiken waarmee we kegels afzonderlijk kunnen beoordelen. Maar zodra we niet binnen deze voorwaarden vallen, zitten we vast. In Detail kunnen we echter, dankzij een geavanceerde op EEM gebaseerde methode, het complexe gedrag analyseren.
Afbeelding 3: Meervoudige verankering in één wand
- Meervoudige verankering in het algemeen (brugoplegging op een gemeenschappelijke fundering) – Een typische situatie veroorzaakt door windbelasting, waarbij één kolom van een vakwerkoplegging wordt belast door trek en de andere door druk. Er is een wederzijdse interactie tussen de betonkegel van de groep trekankers en de drukbelasting vanuit de andere kolom. Voor een dergelijk geval biedt Eurocode geen bevredigende analytische oplossing, niet alleen omdat het inherent noodzakelijk is om de betonfundering te wapenen, waardoor een geavanceerdere analyse zoals Detail en de bijbehorende 3D CSFM moet worden gebruikt.
Afbeelding 4: Verankering van een pijpbrug, ontworpen door FEVIA s.r.o
- Rekening houden met bestaande wapening bij renovaties – Elke renovatie of uitbreiding kan een ander interessant voorbeeld zijn van het gebruik van verankering in Detail, aangezien idealiter de bestaande wapening wordt meegenomen.
Problemen die zich voordoen
Samengevat:
Eurocode specificeert bezwijkmechanismen voor zowel trek als afschuiving voor ankers en beton:
Afbeelding 5: Schema van bezwijkmechanismen – Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II
EN 1992-4 is specifiek gewijd aan de gedetailleerde beoordeling van ongewapend beton. De meeste van deze betonbezwijkmechanismen kunnen worden voorkomen door wapening toe te voegen, wat in sommige gevallen zelfs noodzakelijk is (zie bovenstaande voorbeelden). De norm geeft ons echter geen duidelijke richtlijnen meer over hoe hiermee om te gaan.
Een ander probleem ontstaat wanneer betonkegels elkaar beïnvloeden – Eurocode en andere literatuur (fib bulletin 58) geven alleen voorwaarden voor wanneer en hoe deze kegels afzonderlijk kunnen worden gecontroleerd.
Afbeelding 6: CEB-FIB: Bulletin 58 – Design of anchorages in concrete (2011), hfdst. 1.2
We kennen de problemen die zich kunnen voordoen tijdens het ontwerp, maar wat te doen? Opgeven of...
...een oplossing vinden.
De oplossing
Detail kan de bovenstaande gevallen zeer efficiënt oplossen. Het maakt de beoordeling van de invloed van wapening op de belastbaarheid mogelijk en biedt ook de mogelijkheid om gevallen te beoordelen die niet door de norm worden gedekt. In combinatie met Connection is het dan mogelijk om uitgebreide normtoetsingen te verkrijgen voor alle soorten bezwijkmechanismen.
Er is al veel geschreven over beide applicaties, maar het kan geen kwaad om een korte vergelijking en enkele bronnen toe te voegen voor een dieper begrip van de methoden:
- IDEA StatiCa Connection – gericht op het beoordelen van staalverbindingen, inclusief verankering in beton. De ankers worden beoordeeld volgens empirische formules in overeenstemming met de norm. Het betonblok wordt gemodelleerd volgens het "Winkler"-schema, dus de mogelijke beoordeling is alleen voor ongewapend beton.
- IDEA StatiCa Detail – Het model in Detail bestaat uit eindige elementen, inclusief de wapening. Vanwege de basisaanname dat alle trek wordt overgedragen door de wapening (in beton wordt de trek verwaarloosd), is de oplossing alleen geschikt voor gewapend beton. Met behulp van 3D CSFM verkrijgen we de spanningen in beton en wapening/ankers, die worden geëvalueerd aan de hand van grenswaarden uit Eurocode. Bovendien krijgen we een realistisch beeld van het gedrag van de constructie, zoals spanningsverloop en vervormingen. De 3D CSFM-methode houdt rekening met de effecten van drie-assige spanning.
Afbeelding 4: Vergelijking tussen Connection en Detail (invoer en modellen)
Zoals gezegd is een combinatie van beide nodig voor een volledige beoordeling. Voor efficiënt werken is een import vanuit Connection naar Detail mogelijk, inclusief aanvullende parameters en belastingen.
Om de methode te begrijpen, kunt u verdergaan naar de Theoretische Achtergrond. Om op de hoogte te blijven van de functionaliteiten, gaat u naar de Release Notes.
Wat gaat u doen?
3D Detail (met CSFM) vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts, waarmee complexere gevallen met vertrouwen kunnen worden ontworpen. Hoewel sommigen zich wellicht ongemakkelijk voelen bij deze vooruitgang, stellen de technologieën waarover we beschikken ons in staat om meer te bereiken dan ooit tevoren – dus waarom zouden we dit potentieel niet omarmen? Vooruitgang is zowel natuurlijk als onvermijdelijk.
Bij IDEA StatiCa zien we verankering slechts als het begin. Het is het eerste geval dat we volledig hebben geverifieerd, en we zetten ons in om onze focus in de toekomst uit te breiden naar andere uitdagingen.
De vraag is: gaat u zich aanpassen aan deze ontwikkelingen, of gaat u verandering weerstaan?
