Das Unmögliche möglich machen, insbesondere bei der Verankerung

Man könnte sagen: "Wir entwerfen einfach das, was uns die Norm ausdrücklich erlaubt." Aber machen wir einen Realitätscheck: So geht es einfach nicht, weder bei den engen Platzverhältnissen noch bei den technischen und architektonischen Anforderungen. Und so sind überall Verankerungen zu sehen, die im übertragenen Sinne "auf der Kippe" stehen - oder besser gesagt, bestimmte Arten von Verankerungen. Viele Fälle sind genau berechnet und mit fortschrittlicheren Methoden überprüft worden (auch wenn dies vielleicht zu lange gedauert hat). Viele Fälle sind jedoch wahrscheinlich nicht so gründlich geprüft worden, wie sie es verdient hätten.

IDEA StatiCa hat die Bemessung von Stahlverbindungen, Stahl- und Betonbauteilen und Betondetails schon seit einiger Zeit verändert und vorangetrieben. Dabei geht es nicht um die Vereinfachung der Arbeitsabläufe durch computergestützte Berechnungen, sondern vor allem um die innovativen Methoden, die es uns ermöglichen, das bisher Undenkbare zu entwerfen. Unsere neueste Errungenschaft, die Veröffentlichung von IDEA StatiCa Detail for 3D, erweitert die Entwurfsmöglichkeiten noch weiter als bisher.

Ob Sie nun zu der Gruppe gehören, die sich tagelang mit der Verankerung von Entwürfen abmüht oder sich allein auf die Erfahrung verlässt, dann aber nicht ruhig schlafen kann, lesen Sie weiter.

Türen zu neuen Möglichkeiten

Wenn Sie sich mit Verankerungskonstruktionen beschäftigen, fallen Ihnen wahrscheinlich mehrere Fälle ein, die Ihnen das Leben schwer gemacht haben. Hier sind einige Beispiele, die wir in letzter Zeit als sehr schwer zu entwerfen identifiziert haben, wenn man nur Standardverfahren anwendet. Aber mit Hilfe unserer Werkzeuge IDEA Statica Connection und Detail wird es möglich, in relativ kurzer Zeit zu entwerfen.

Abbildung 1: Mehrfache Verankerung in einem Betonblock

• Verankerung in der Nähe des Randes - Eine Verankerung in der Nähe des Randes ist aufgrund des Versagens von Beton (Konusversagen und andere) ohne Bewehrung fast unmöglich zu bemessen. Die Bemessung von Verankerungen in Stahlbeton ist an sich schon arbeitsintensiv - mehr dazu in diesem Artikel: Sie müssen sich nicht mehr mit der Verankerungsbemessung herumschlagen. Detail (3D-Modus) ist jedoch speziell für solche Fälle konzipiert - Stahlbeton. Durch das Hinzufügen von Bewehrung können wir Versagensarten verhindern, die sonst bei Normalbeton auftreten würden. Gleichzeitig macht die Verwendung einer fortschrittlichen FE-Methode (3D CSFM) und deren Implementierung in Detail eine sehr komplexe Aufgabe relativ einfach.

Abbildung 2: Beispiele für die Verankerung in der Nähe eines Randes in Connection (einschließlich Stahlteile) und in Detail (einschließlich Bewehrung)

• Mehrere Verankerungen dicht beieinander - Das Problem, das wir bei engen Verankerungen haben, ist, dass die Kegel miteinander interagieren. Kein Leitfaden kann uns direkt beraten, wie diese Fälle zu beurteilen sind. In der gängigen Literatur, sei es EN oder fib guide, finden wir mehr oder weniger nur Bedingungen und Einschränkungen, die wir konservativ berücksichtigen können. Sie raten uns einfach, Abstände zu verwenden, die es uns ermöglichen, die Kegel individuell zu beurteilen. Aber sobald wir diese Bedingungen nicht einhalten, sind wir aufgeschmissen. Im Detail können wir jedoch, da wir eine fortschrittliche FE-basierte Methode haben, das komplexe Verhalten analysieren.

Abbildung 3: Mehrere Verankerungen in einer Wand

• Mehrfachverankerung im Allgemeinen (Brückenauflager auf einem gemeinsamen Fundament) - Eine typische Situation, die durch Windlast verursacht wird, bei der eine Säule eines Fachwerkträgers durch Zug und die andere durch Druck belastet wird. Es besteht eine gegenseitige Wechselwirkung zwischen dem Betonkonus aus der Gruppe der Zuganker und der Druckbelastung aus der anderen Stütze. Für einen solchen Fall bietet der Eurocode keine zufriedenstellende analytische Lösung, nicht nur, weil eine Verstärkung des Betonfundaments erforderlich ist. Daher müssen fortschrittlichere Analysen wie Detail und dessen 3D CSFM verwendet werden.

Abbildung 4: Verankerung einer Rohrbrücke, entworfen von FEVIA s.r.o.

• Berücksichtigung der vorhandenen Bewehrung bei Sanierungen - Ein weiteres interessantes Beispiel für die Verwendung von Verankerungen in Detail sind Sanierungen oder Erweiterungen, bei denen im Idealfall die vorhandene Bewehrung mit einbezogen wird.

Auftretende Probleme

Zusammengefasst:

Eurocode spezifiziert Versagensarten für Zug und Scherung für Anker und Beton:

Abbildung 5: Schema der Versagensarten - Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

EN 1992-4 ist speziell der detaillierten Bewertung von Normalbeton gewidmet. Die meisten dieser Betonversagen können durch zusätzliche Bewehrung verhindert werden, was in einigen Fällen sogar notwendig ist (siehe Beispiele oben). Die Norm gibt uns jedoch keine klare Anleitung mehr, wie dies zu bewerkstelligen ist.

Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn Betonkegel miteinander interagieren - Eurocode und andere Literatur(fib bulletin 58) geben nur Bedingungen dafür an, wann und wie diese Kegel separat überprüft werden können.

Abbildung 6: CEB-FIB: Bulletin 58 - Bemessung von Verankerungen in Beton (2011), Kap. 1.2

Wir kennen die Probleme, die bei der Bemessung auftreten können, aber was kann man dagegen tun? Aufgeben oder...

...eine Lösung finden.

Die Lösung

Detail kann die oben genannten Fälle sehr effizient lösen. Sie ermöglicht die Beurteilung des Einflusses der Bewehrung auf die Tragfähigkeit und erlaubt auch die Beurteilung von Fällen, die nicht von der Norm abgedeckt werden. In Kombination mit Connection ist es dann möglich, umfassende Normnachweise für alle Arten von Fehlern zu erhalten.

Über beide Anwendungen ist bereits viel geschrieben worden, aber es schadet sicher nicht, einen kurzen Vergleich und einige Ressourcen für ein tieferes Verständnis der Methoden hinzuzufügen:

• IDEA StatiCa Connection - konzentriert sich auf die Bewertung von Stahlverbindungen, einschließlich Verankerungen in Beton. Die Verankerungen werden nach empirischen Formeln in Übereinstimmung mit der Norm bewertet. Der Betonblock wird nach dem"Winkler"-Schema modelliert, so dass die mögliche Bemessung nur für einfachen Beton gilt.
• IDEA StatiCa Detail - Das Modell in Detail besteht aus den endgültigen Elementen, einschließlich der Bewehrung. Aufgrund der Grundannahme, dass die gesamte Spannung durch die Bewehrung übertragen wird (in Beton wird die Spannung vernachlässigt), ist die Lösung nur für Stahlbeton geeignet. Mit 3D CSFM erhalten wir die Spannungen von Beton und Bewehrung/Verankerung, die mit Grenzwerten aus dem Eurocode bewertet werden. Darüber hinaus erhalten wir eine realistische Vorstellung vom Verhalten der Struktur, wie Spannungsflüsse und Verformungen. Bei der 3D-CSFM-Methode wurden die Auswirkungen der triaxialen Spannungen berücksichtigt.

Abbildung 4: Vergleich zwischen Verbindung und Detail (Eingabe und Modelle)

Wie bereits erwähnt, ist für eine vollständige Bewertung eine Kombination aus beiden Verfahren erforderlich. Um effizient arbeiten zu können, ist ein Import von Connection zu Detail möglich, einschließlich zusätzlicher Parameter und Lasten.

Um die Methode zu verstehen, können Sie mit dem theoretischen Hintergrund fortfahren . Um sich über die Funktionalitäten zu informieren, gehen Sie zu den Release Notes.

Was werden Sie jetzt tun?

3D Detail (mit CSFM) stellt einen bedeutenden Schritt nach vorn dar und ermöglicht die sichere Konstruktion komplexerer Fälle. Auch wenn einige diese Entwicklung mit Sorge betrachten, können wir mit den uns zur Verfügung stehenden Technologien mehr erreichen als je zuvor - warum also nicht ihr Potenzial nutzen? Der Fortschritt ist sowohl natürlich als auch unvermeidlich.

Bei IDEA StatiCa sehen wir die Verankerung erst am Anfang. Es ist der erste Fall, den wir vollständig verifiziert haben, und wir sind entschlossen, unseren Fokus in Zukunft auf andere Herausforderungen auszuweiten.

Die Frage ist: Werden Sie sich diesen Fortschritten anpassen oder werden Sie sich dem Wandel widersetzen?