Bitte beachten Sie, dass diese praxisnahe Bemessung eine optimierte Geometrie verwendet, die Warnungen zu den Konstruktionsregeln der EN auslösen kann. Wir behalten die ursprünglichen Parameter aus Gründen der Authentizität bei. Siehe die folgende Abbildung.
Wenn Sie die Connection-Bemessung überspringen und direkt mit der Analyse in Detail 3D fortfahren möchten, laden Sie die Detail 3D-Datei herunter und fahren Sie mit Kapitel 5 fort.
1 Neues Projekt
Starten Sie IDEA StatiCa Connection. Alles beginnt auf der Registerkarte Stahl.
Passen Sie die Standardeinstellungen für Materialien, an und klicken Sie dann auf Leeren Entwurf erstellen.
2 Bemessung
Ändern Sie nach dem Erstellen eines leeren Entwurfs den Querschnitt eines Bauteils in UB 610 x 305 x 238.
Fügen Sie nun eine weitere Fertigungsoperation hinzu und wählen Sie die Fußplatte.
Fahren Sie mit der nächsten Operation fort und wählen Sie ein Befestigungselement-Raster oder Kontakt aus, um Kopfbolzen zu erzeugen.
Fügen Sie ein weiteres Befestigungselement-Raster oder Kontakt hinzu, um Bewehrungsanker zu erzeugen.
Ändern Sie die Drehung der Bewehrung in der Operation GRD2, indem Sie Editor auswählen.
Fügen Sie ein Steifenblech hinzu.
Schweißen Sie das Steifenblech mit der Operation Allgemeine Schweißnaht oder Kontakt an die Fußplatte.
Fügen Sie die Operation Schnitt des Bauteils hinzu.
Fügen Sie die letzte Operation in der Connection hinzu, Befestigungselement-Raster oder Kontakt.
Ändern wir den Parameter Kräfte in , um die Position des Gelenks festzulegen.
Geben Sie die Schnittgrößen für die Verankerung ein.
- Hinweis: Für diese Trägerbemessung verwenden wir nur die Querkraftbeanspruchung. Zur Vereinfachung des Tutorials wurde die Zugankerkraft aus der GZT-Kombination für außergewöhnliche Bemessungssituationen, die im realen Projekt berücksichtigt wurde, ausgeschlossen.
3 Nachweis
Wechseln Sie zur Registerkarte Nachweis -> Berechnen. Der Normnachweis zeigt den Versagensmodus an den Ankern. Standardmäßig wird der Betonblock als gerissen angenommen.
Sehen wir uns die Ergebnisse an. Wählen Sie Vergleichsspannung, Schraubenkraft, Netz, Verformt und Anker aus. Die Tabelle zeigt in der Regel, welche Anker nachgewiesen sind und welche nicht.
Prüfen wir nun die Details der versagenden Anker, um festzustellen, welche Normnachweise erfüllt sind und welche nicht.
Grund für das Versagen des Ankernachweises:
- Gemäß EN 1992-4, Abschn. 1.2(4) liegt die Bemessung von Ankergruppen mit unterschiedlichen Ankertypen außerhalb des Anwendungsbereichs der Norm. Folglich schlägt der Normnachweis standardmäßig fehl. Um diese Konfiguration korrekt nachzuweisen, ist eine detaillierte Analyse mit dem Modul 3D Detail erforderlich.
- Diese Einschränkung lässt sich in Detail 3D einfach beheben. Detail 3D basiert auf der CSFM-Methode und ersetzt die vereinfachte analytische Bewertung in Connection durch eine strenge dreidimensionale Spannung-Dehnung-Analyse.
Zusatzbewehrung (EN 1992-4 – 7.2.1.9; 7.2.2.6):
- Der analytische Normnachweis schlägt für den Betonausbruchkegel fehl. Daher ist eine Zusatzbewehrung erforderlich, um die gesamten Zug- (356,3 kN) und Querkraftbeanspruchungen (400,0 kN) zu übertragen. Dies ist aufgrund der „gemischten“ Ankerkonfiguration entscheidend.
- Diese Einschränkung lässt sich in Detail 3D einfach beheben, um die Wirksamkeit der Bewehrung nachzuweisen. Bei einem manuellen Nachweis nehmen Sie eine Betontragfähigkeit von null an und stellen Sie sicher, dass die Bewehrungsfläche die gesamten ermittelten Kräfte abdeckt.
Einbindetiefe (EN 1992-1-1 – Gleichung 8.6)
- Die Warnung vor unzureichender Einbindetiefe erscheint, weil dieses Tutorial ein praxisnahes Beispiel mit einer dünnen Wand undflachen Ankern darstellt. Die Tragwerkssicherheit der Konstruktion wird weiter unten in der Detail-Anwendung nachgewiesen.
4 Export
Voraussetzungen für den Export:
- Das Modell muss berechnet sein und die Ergebnisse müssen enthalten sein.
Gehen Sie zur Registerkarte Nachweis -> Stahlbetonnachweis -> Speichern.
Der Export ist nur für die Verankerungstopologie zulässig. Der Export ermöglicht die Übertragung von:
- Betonblock
- Ankern
- Fußplatte
- Lasten
Zusätzliche Informationen und Parameter, die entsprechend den zugehörigen Einstellungen in Connection festgelegt werden:
- Querkraftübertragung (über Anker, Schubknaggen und Reibung)
- Material
- Verankerungsart: Nachträglich eingebaut (Verbundanker) / Ortbeton
- Verankerungsart am Ende: Unterlegscheibe / Gerade / Haken / Kopfbolzen
- Reibungsbeiwert
5 Bemessung
In diesem Abschnitt können Sie Bauteile, Lager, Lasten und Kombinationen ändern sowie eine Bewehrungsbaugruppe hinzufügen.
Lager
In diesem Beispiel ist die Verbindung an einer Wand verankert, die an allen Seiten durchgehend ist. Für solche Teilmodelle verwenden wir starre Lager mit durchgehender Bewehrung. Diese Anordnung bildet die Kontinuität der Wand nach und ermöglicht die Zugübertragung trotz der Einstellung „nur Druck“, ohne dass komplexe Steifigkeitsdefinitionen erforderlich sind.
Wenden wir die Lager auf das Modell an:
Übertragungselemente
Die Anker werden aus IDEA StatiCa Connection importiert. Da die Konstruktion zwei verschiedene Ankertypen verwendet, trennen wir die Lastübertragung, um ein sicheres und vorhersehbares Verhalten zu gewährleisten. Dieser Ansatz entspricht der üblichen britischen Ingenieurpraxis, um die Einschränkung der EN 1992-4 (Abschn. 1.2(4)) zu lösen, die gemischte Ankergruppen vom Anwendungsbereich der Norm ausschließt. Durch die Zuweisung von Querkraft und Zug an bestimmte Ankergruppen schaffen wir einen nachgewiesenen Lastpfad, der die Sicherheitsanforderungen erfüllt.
Anker SF1 – SF6: Aktivieren Sie Aktiv für Querkraftübertragung und deaktivieren Sie Aktiv für Übertragung von Axialkräften.
Bewehrungsanker SF7 – SF10: Gehen Sie umgekehrt vor – deaktivieren Sie Aktiv für Querkraftübertragung und aktivieren Sie Aktiv für Übertragung von Axialkräften
Wenn Sie ein Fundament in der Detail-Anwendung von Grund auf neu bemessen würden, wären beide Optionen standardmäßig aktiviert. Bei der Querkraftübertragung müssen Sie festlegen, welche Anker die Kraft aufnehmen, und diese entsprechend auswählen. Dies entspricht den Anforderungen der EN, wonach die Querkraft nur den Ankern zugewiesen werden darf, die für den Nachweis des Betonkantenbruchs wirksam sind.
Bewehrung
Vergrößern wir die Höhe und die Breite des Betonblocks. Dadurch erhalten Sie eine bessere Übersicht über das Modell und können den gesamten Spannungsverlauf entlang der Bewehrungsstäbe beobachten.
Stellen Sie die Betondeckung auf 30 mm ein; dieser Wert dient als Standardwert für die Bewehrung. Legen Sie außerdem die Standard-Verankerungsart für Längsstäbe und Bügel fest.
Deaktivieren Sie vor der Definition der Bewehrung die Schaltfläche Bewehrungsstäbe. So ist nur die Stabgruppe sichtbar, die Sie gerade auswählen, und die Ansicht bleibt übersichtlich.
Fügen Sie als Nächstes eine neue Bewehrung auf Oberfläche ein, um die durchgehende horizontale Längsbewehrung (Hauptbewehrung an beiden Oberflächen) zu erzeugen.
Duplizieren Sie die Operation, um die durchgehende vertikale Bewehrung an beiden Oberflächen hinzuzufügen, und passen Sie die Einstellungen wie unten gezeigt an.
Gemäß der statischen Berechnung ist außerhalb des Schubumfangs keine zusätzliche Querkraftbewehrung erforderlich. Daher konzentrieren sich die folgenden Schritte ausschließlich auf die Erstellung der Querkraftbewehrung innerhalb des Schubumfangs auf Grundlage der ursprünglichen Bemessung.
Kopieren Sie das vorhandene Bewehrungselement und bearbeiten Sie es entsprechend, um geeignete Bügel zu erhalten, die die Querkraftbewehrung darstellen.
Duplizieren Sie die Operation GB3D3 und aktualisieren Sie die folgenden Optionen, um die Querkraftbewehrung zu definieren.
Fahren Sie fort, indem Sie die Operation GB3D4 kopieren und die Parameter ändern.
Kopieren Sie nun die Operation GB3D5 und ändern Sie deren Einstellungen entsprechend den Anforderungen des Schubumfangs.
Verwenden Sie die Operation GB3D3 erneut, indem Sie sie kopieren und die Werte anpassen.
Kopieren Sie die Operation GB3D7 und ändern Sie die Optionen.
Erstellen Sie eine weitere Kopie der Operation GB3D5 und übernehmen Sie die unten aufgeführten Änderungen.
Kopieren Sie abschließend die Operation GB3D9 und aktualisieren Sie die letzten Bewehrungsoptionen.
Definieren wir nun die konstruktive Querkraftbewehrung. Obwohl sie von der statischen Berechnung nicht gefordert wird – da der Beton allein in diesem speziellen Fall den Nachweis der Querkrafttragfähigkeit erfüllt –, müssen wir dennoch die Konstruktionsregeln der Norm einhalten. Darüber hinaus erfordert IDEA StatiCa Detail, dass das Modell die tatsächliche Bewehrungsanordnung genau abbildet.
Der unregelmäßige Abstand hilft, die Bügel systematisch zu ordnen.
- Hinweis: Aus rechnerischer Sicht ist die Definition dieser Bewehrung in der Detail-Anwendung unerlässlich. Dies ist im Theoretischen Hintergrund der CSFM-Methode beschrieben und wird auch in Kaufmanns Buch zu CSFM erwähnt.
Kopieren Sie die Operation GB3D11 und ändern Sie die Optionen.
Endgültige Bewehrungsbemessung.
Lasten und Kombinationen
Die Kombinationen werden aus IDEA StatiCa Connection übernommen. Alle Folgen des Imports sind
in diesem Artikel beschrieben.
Fügen wir das Eigengewicht hinzu:
Erstellen Sie eine Kombination mit dem Eigengewicht und fügen Sie den Beiwert für das Eigengewicht = 1,35 gemäß der Norm
EN 1991-1-1 hinzu
6 Nachweis
Vor dem Start der Analyse empfehlen wir dringend, den Netzmultiplikator auf 2 oder 3 zu ändern, um die Berechnung zu beschleunigen. Dieser Schritt ist zwar nicht zwingend erforderlich, verkürzt jedoch die Rechenzeit erheblich und hilft, mögliche Divergenzprobleme frühzeitig zu erkennen. Läuft die Analyse problemlos, können Sie den Netz multiplikator für die endgültigen Ergebnisse wieder auf 1 setzen.
Verteilung der Hauptspannungen im Druckbereich innerhalb des Betonvolumens.
Die Auflagerreaktionen und das statische Gleichgewicht zwischen den äußeren Lasten und den Reaktionen. Im Idealfall ergibt der Normnachweis „Gleichgewicht prüfen“ exakt null, was die vollständige Kraftübertragung gewährleistet. Kleine Restwerte, wie 1 kN und 1 kNm, können numerische Artefakte sein.
Ergebnisse
Äquivalente Hauptspannung
Die äquivalente Hauptspannung (EPS) im Beton wird auf Grundlage des dreiaxialen Verhaltens des Betonblocks bestimmt. Die am höchsten beanspruchten Bereiche werden identifiziert und hervorgehoben. Um einen Einblick in die Wirkung der Umschnürung im Vergleich zur einaxialen Druckbeanspruchung zu geben, wird die Vergleichsspannung mithilfe des Kappa-Faktors berechnet.
Der Spannungsbereich lässt sich über die Bereichsfunktion skalieren. Sie zeigt den von diesen Spannungsbereichen betroffenen Bereich und gibt Ihnen einen Einblick, wie sich die Spannung im Detail selbst konzentriert.
Schnitt durch das Ergebnis
So untersuchen Sie das innere Verhalten des Betonblocks: Verwenden Sie die Schaltfläche + Neu, um Schnitte zu erstellen, und passen Sie deren Ebenendefinition (Position und Drehung) im Eigenschaftenfenster an, um kritische Bereiche zu schneiden. Dadurch wird sichtbar, wo der Beton plastische Verformungen erfährt. Sie können diese Ansichten in der Galerie für Ihren abschließenden Bericht speichern. Weitere Informationen finden Sie in diesem Artikel.
Spannung in den Bewehrungsstäben
Die Ergebnisse zeigen die Spannung in den Bewehrungsstäben. Detaillierte Werte für Spannung, Dehnung und Ausnutzung aller Stabgruppen sind auf der Registerkarte Bewehrung aufgeführt.
Die Registerkarte für den Ankernachweis gibt Einblick in das Verhalten der Anker hinsichtlich Spannung, Dehnung und Kraftübertragung. Hier wird nachgewiesen, dass die Anker SF1–SF6 auf Zug deaktiviert sind und nur Querkraft aufnehmen. Die übrigen Anker SF7–SF10 hingegen tragen die Last nur auf Zug.
Verankerung
Die Registerkarte Verankerung weist die Verbundfestigkeit zwischen der Bewehrung und dem Beton nach. Sie stellt sicher, dass die vorhandene Verankerungslänge ausreicht, um die Kräfte zu übertragen. Der Nachweis vergleicht die vorhandene Verbundspannung (τb) mit der Verbundfestigkeit im Grenzzustand der Tragfähigkeit (fbd), um Auszugversagen zu verhindern. Sie können diese Ergebnisse getrennt für Bewehrung und Anker anzeigen.
Verformungen
Wechseln Sie zur Registerkarte Hilfsmittel und aktivieren Sie Verformung. Obwohl für den GZT (Grenzzustand der Tragfähigkeit) keine Verformungsgrenzen vorgeschrieben sind, ist die Prüfung der verformten Form eine wichtige Plausibilitätskontrolle. Sie stellt sicher, dass das Modell stabil ist und keine unrealistischen Verschiebungen oder Verdrehungen auftreten (z. B. aufgrund nicht verbundener Elemente). Diese visuelle Kontrolle hilft, mögliche Modellierungsprobleme schnell zu erkennen.
7 Bericht
Gehen Sie abschließend zu Bericht -> Detailliert -> Erstellen. IDEA StatiCa bietet einen vollständig anpassbaren Bericht, den Sie ausdrucken oder in einem bearbeitbaren Format speichern können.
Sie haben einen vollständigen Normnachweis gemäß EN 1993-1-8 (Stahlanschlüsse), EN 1992-4 (Anker) und EN 1992-1-1 (Stahlbetonstruktur) durchgeführt. Der Stahlanschluss und die Verankerung wurden in IDEA StatiCa Connection nachgewiesen, während die Integrität des Betonblocks und die Bewehrung in IDEA StatiCa Detail mit dem CSFM-Verfahren gemäß EN 1992-1-1 untersucht wurden.
