De Eurocode specificeert verschillende bezwijkmechanismen voor ankers en betonnen funderingsblokken en deelt deze verder in naar belastingtype. In IDEA StatiCa Connection konden we de ankers tot nu toe toetsen, maar met enkele beperkingen moesten toetsingen handmatig worden uitgevoerd.
Tegelijkertijd was het onmogelijk om rekening te houden met de wapening van betonblokken. Dit verandert nu met IDEA StatiCa Detail 3D, dat meer mogelijkheden biedt. IDEA StatiCa Detail 3D biedt geen toetsingen zoals we die gewend zijn uit de norm die deze voor ongewapend beton definieert. Met EEM-analyse kunnen we echter verifiëren dat gewapend beton aan de opgegeven belasting voldoet, en hierbij wordt het bezwijken van het beton voorkomen, wat overeenkomt met die voorwaarden. De applicaties werken onafhankelijk van elkaar 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 voorwaarden uit de Eurocode één voor één doorlopen, samen met de mogelijkheden die de applicaties ons bieden.
Trek kracht
De Eurocode verdeelt het eerste belastingtype (trek kracht) in 6 mogelijke gevallen van bezwijken van het anker of het betonblok (a, b, c, d, e, f) en nog twee voor gewapende funderingen (g, h).
De onderstaande figuur toont schematisch welk type bezwijken u met de Connection applicatie kunt toetsen en welk gedrag kan worden gedekt door gewapend beton te gebruiken en dus door de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules uit de Eurocode ( EN 1992-4-7.2.1) voor het ontwerp van ankers (CBFEM), terwijl IDEA StatiCa Detail volledig is gebaseerd op de eindige elementen methode (3D CSFM). Sommige toetsingsmogelijkheden overlappen elkaar dus 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 gewapende fundering kan worden beschouwd.
De belangrijkste uitgangspunten en beperkingen van de analyse voor IDEA StatiCa Detail 3D worden genoemd in het artikel Bekende beperkingen.
a) Bezwijken van het staal
Het bezwijken van het staal van uitsluitend op trek belaste ankers wordt in beide applicaties geverifieerd. De trekweerstand van het anker wordt in Connection getoetst volgens de volgende formule:
In Detail worden de ankers getoetst volgens de geselecteerde Eurocode (1992-4 of 1993-1-8) in de Projectinstellingen. Dit gedrag geldt vanaf versie 25.1.1.
In oudere versies worden de ankers getoetst als gewone wapeningsstaven, op basis van de spanning-rek diagrammen die voor de betreffende materialen zijn gedefinieerd, waarbij een grenswaarde van de rek van maximaal 5% wordt gebruikt (berekend op basis van het tension stiffening effect, lees meer in Theoretische achtergrond)
b) Bezwijken van de betonkegel
Het bezwijken van de betonkegel kan in Connection worden geverifieerd. In Connection kan de applicatie echter alleen ongewapend beton beschouwen.
Wanneer de betonkegel bezwijkt, is het daarom raadzaam over te stappen 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 het draagvermogen voor het bezwijken van de kegel in aanzienlijke mate wordt bepaald door de opgegeven hoeveelheid wapening. In de onderstaande afbeelding ziet u de richtingen van de hoofdspanningen die de vorm van de bovengenoemde kegel aangeven. In het rechterdeel ziet u de waarden van de betonspanningen, die worden getoetst aan de grenswaarden.
c) Bezwijken door uittrekken
Deze normtoetsing is in Connection alleen voor bepaalde gevallen beschikbaar (zie de eerste afbeelding in dit artikel). Voor achteraf aangebrachte mechanische ankers is een aanvullende toetsing noodzakelijk.
In Detail is het mogelijk om zogenaamde chemische ankers in te stellen en de rekenwaarde van de aanhechtsterkte op te geven op basis van hun technische parameters. De ankers worden vervolgens op basis van deze parameters geverifieerd. (Alleen van toepassing op gewapend beton.)
d) Gecombineerd bezwijken door uittrekken en bezwijken van het beton van aangehechte bevestigingsmiddelen
Dit bezwijkmechanisme kan alleen in Detail worden vastgesteld, waar de betonspanningen en de verankeringszones worden getoetst met 3D CSFM. Het gecombineerde mechanisme van bezwijken door uittrekken en bezwijken van het beton is in Detail gebaseerd op de hierboven gedefinieerde principes, en de toetsing ervan maakt deel uit van de controle van de betonsterkte en de verankering. (Alleen van toepassing op gewapend beton.)
e) Bezwijken door splijten van het beton
Dit kan in Connection niet worden getoetst. In Detail is bezwijken door splijten meestal een probleem van ongewapend beton, waarbij het gebruik van wapening voorkomt dat het optreedt. Tegelijkertijd is het mogelijk om in de Detail applicatie de spanningen en rekken te bekijken van zowel de wapening onder druk of trek als het beton onder druk.
f) Bezwijken door uitbreken van het beton
Voor ongewapend beton is een empirische normtoetsing volgens de Eurocode in Connection mogelijk.
Voor gewapende constructieve staven is het mogelijk om Detail te gebruiken. Het bezwijken door uitbreken van het beton wordt gedekt door de analyse van de betonsterkte, waarbij de trekspanningen uitsluitend door de wapening worden overgedragen (zoals hierboven meermaals vermeld).
Aanvullende controles voor gewapende betonblokken:
Voor gewapende funderingen is een aanvullende toetsing van de wapening vereist. Het bezwijken van het staal van de wapening en het bezwijken van de verankering van de wapening maken deel uit van de wapeningstoetsing in Detail.
g) Bezwijken van het staal van de wapening
h) Bezwijken van de verankering van de wapening
Afschuifbelasting
De Eurocode verdeelt het tweede belastingtype (afschuifkracht) in 4 mogelijke gevallen van bezwijken van het anker of het betonblok (a, b, c, d) en nog twee voor gewapende funderingen (e, f).
De onderstaande figuur toont schematisch welk type bezwijken u met de Connection applicatie kunt toetsen en ook welk gedrag kan worden gedekt door gewapend beton te gebruiken en dus door de analyse in Detail. IDEA StatiCa Connection gebruikt empirische formules uit de Eurocode ( EN 1992-4-7.2.2) voor het ontwerp van ankers (CBFEM). Alle typen bezwijken door afschuifkracht kunnen in de Connection applicatie worden gedekt.
In IDEA StatiCa Detail 3D kan afschuiving worden overgedragen door wrijving, ankers of een afschuif deuvel. Belangrijk is dat alleen de fundering en de ankers worden getoetst. Andere stalen onderdelen (bijv. afschuif deuvel, lassen) moeten in Connection of elders worden gecontroleerd. Ook hier moet worden benadrukt dat uitsluitend gewapend beton vereist is.
a) Bezwijken van het staal zonder hefboomsarm
Het bezwijken van het staal zonder hefboomsarm van op afschuiving belaste ankers wordt in Connection geverifieerd. De afschuifweerstand van het anker wordt in IDEA StatiCa Connection getoetst volgens de volgende formule:
In Detail worden de ankers opnieuw getoetst volgens de geselecteerde Eurocode (1992-4 of 1993-1-8) in de Projectinstellingen. Dit gedrag geldt vanaf versie 25.1.1. De toetsing is in Detail niet mogelijk voor oudere versies.
b) Bezwijken van het staal met hefboomsarm
Het bezwijken van het staal met hefboomsarm van op afschuiving belaste ankers wordt zowel in Connection als in Detail geverifieerd. De afschuifweerstand van het anker wordt in IDEA StatiCa Connection getoetst volgens de volgende formule:
In Detail worden de ankers getoetst volgens de geselecteerde Eurocode in de Projectinstellingen. De relevante vergelijkingen die bij de toetsingen worden gebruikt, vindt u in de Theoretische achtergrond.
c) Bezwijken door uitlichten van het beton
Het bezwijken door uitlichten van het beton van op afschuiving belaste ankers wordt alleen in Connection geverifieerd. De afschuifweerstand van het anker wordt in IDEA StatiCa Connection getoetst volgens de volgende formule:
De afschuifcapaciteit van het beton via de voetplaat wordt vervolgens getoetst in de Detail applicatie.
d) Bezwijken van de betonrand
Het bezwijken van de betonrand van op afschuiving belaste ankers wordt in Connection alleen voor ongewapend beton geverifieerd. De afschuifweerstand van het anker wordt in IDEA StatiCa Connection getoetst volgens de volgende formule:
Het bezwijken van de betonrand kan in Detail worden getoetst (alleen voor gewapend beton).
Aanvullende controles voor gewapende betonblokken:
Voor gewapende funderingen is een aanvullende toetsing van de wapening vereist. Het bezwijken van het staal en het bezwijken van de verankering van de wapening maken deel uit van de wapeningstoetsing in IDEA StatiCa Detail.
e) Bezwijken van het staal van de aanvullende wapening
f) Bezwijken van de verankering van de aanvullende wapening
Conclusie
Het grootste voordeel is te vinden in voorbeelden zoals verankering dicht bij een rand en andere gevallen waarin ongewapend beton niet voldoet aan de vereiste belasting. Merk op dat ankers en afschuif deuvels verder moeten worden getoetst in Connection, maar samen bieden deze twee softwaretools een complete oplossing.
Vanwege de methode en de manier waarop de applicatie is ontworpen, is de Detail applicatie alleen geschikt voor gewapende funderingen.
