IDEA StatiCa führt Detail (3D Beta) zur Lösung von 3D-Aufgaben wie der Verankerung in Betonblöcken ein. Mit der Lösung können Sie die Bemessung ohne übermäßige Vereinfachung durchführen und Nachweise auf der Grundlage des Grenzzustands der Tragfähigkeit (GZT) erhalten. Die in IDEA Statica Detail (3D Beta) implementierte Methode basiert auf der bereits bewährten Compatible Stress Field Method, die angepasst wurde, um 3D-Probleme (triaxiale Spannung) lösen zu können. Außerdem wird das Grundelement in die dritte Dimension modifiziert. Der massive Block ist das Grundelement, das Beton darstellt und in alle drei Richtungen verformt werden kann. Um die Erstellung eines komplexen Modells für Fundamente zu ermöglichen, haben wir Elemente wie Flächenstütze, Bodenplatte, Anker und mehr implementiert. Alle diese Entitäten sowie ihre Funktionalität werden im folgenden Artikel beschrieben.
Die Form des massiven Blocks
Betonblöcke können dank des Stabtyps "Solid block" modelliert werden, dessen Geometrie auf zwei Arten definiert werden kann:
- Rechteckige Form – Diese Option eignet sich zum Definieren des Fundaments mit einer rechteckigen Basis und konstanter Höhe. Durch die Definition von Versätzen für alle Seiten des Blocks können auch geneigte Fundamente modelliert werden.
- Polygonale Basis mit definierter Höhe – Die zweite Möglichkeit zur Definition einer Fundamentform ist die Definition der Basisform als allgemeines Polygon. Es ist jedoch nicht möglich, ein geneigtes Fundament zu erstellen, wie in der vorherigen Option beschrieben.
Oberflächen-Stützen
Die Flächenlagerung ist der einzige mögliche Lagertyp, der für das Volumenmodell definiert werden kann. Für die Formdefinition gibt es zwei Möglichkeiten – sie kann entweder für die gesamte Fläche oder als allgemeine Fläche definiert werden, deren Umriss durch eine Polylinie bestimmt wird.
Der Vorteil der Oberflächenabstützung ist die Möglichkeit, die Steifigkeit zu definieren und ein nichtlineares Verhalten einzustellen , das den Kontakt mit dem Boden simuliert. Stützen, die durch die allgemeine Form (Polylinie) definiert sind, können verwendet werden, um Pfähle zu simulieren.
Lastübertragungsgeräte
Speziell für die Verankerung wurden zwei Entitäten zur Lastabtragung entwickelt:
- Grundplatte – Die Form der Grundplatte kann als Rechteck oder allgemeine Polylinie definiert werden. Die Grundplatte kann mit dem Teil der Stütze (Option "Lastübertragung – Stütze") oder ohne Stütze (Option "Lastabtragung – Kräfte") modelliert werden. Bei Auswahl der Option "Lastabtragung – Kräfte" wird die definierte Last direkt auf die Grundplatte aufgebracht. Wenn die Stahlstütze definiert ist (durch ihren Querschnitt und ihre Länge), wird die Last auf die Oberseite der Stütze aufgebracht, und ihre Steifigkeit trägt dazu bei, die Spannung korrekt auf die Grundplatte zu verteilen.
- Einzelanker – Ein einzelner Anker ist ein 1D-Element, das die Übertragung der axialen Last ermöglicht. Der Dübel kann automatisch mit der Grundplatte verbunden oder direkt durch die Punktlast* belastet werden.
*Es gibt mehrere Einschränkungen für Anker in BETA.
Der Anker überträgt nur Druck und Zug. Wenn die Schubkraft aus Connection importiert wird, wird sie durch Reibung zwischen dem Betonblock und der Grundplatte übertragen. Es kann nur eine Axialkraft auf den Anker ausgeübt werden.
In der Detail-App stehen zwei verschiedene Arten von Ankern zur Verfügung:
- Einbetonieren – Bewehrung
- Klebe-Anker
Für den Klebeanker gibt es einen weiteren Parameter, der in die Analyse einfließt – die Haftfestigkeit. Dieser Wert ist standardmäßig auf 2 MPa eingestellt und sollte vom Benutzer gemäß den Datenblattinformationen des Dübelherstellers angepasst werden.
Lädt
Das Hinzufügen einer Gruppe von Kräften und Flächenlasten ist für die Benutzerfreundlichkeit unerlässlich. Insgesamt unterstützen wir drei Belastungsarten:
- Flächenlast – Die Flächenlast kann auf jede Betonoberfläche aufgebracht werden. Es kann auf die gesamte Fläche oder nur auf einen bestimmten Bereich aufgetragen werden, der durch seinen Umriss (Polylinie) bestimmt wird.
- Einzellast
- Gruppe von Kräften – Eine Gruppe von Kräften ist eine Entität, die mehrere Punktlasten definiert, die als Gruppe fungieren. Es kann auf die Bodenplatte oder die Betonoberfläche aufgetragen werden. Dieser Lasttyp kann verwendet werden, um Kräfte in Schweißnähten zu simulieren, die Spannungen von der Stütze auf die Grundplatte übertragen.
Verstärkung
Es wurde eine neue Art der Bewehrung entwickelt, die es ermöglicht, die Bewehrung eines Fundaments ausreichend zu verstärken. Eine Gruppe von Stäben bietet mehrere Optionen für die Definition der Bewehrungsstäbe:
- Mit zwei Punkten Vorsprung
- Auf Flächenkante – Auf Flächenkante – Parallel zur ausgewählten Fläche wird eine Bewehrungsschicht erstellt. Der Benutzer definiert mehrere Balken in einer Ebene und eine Anzahl von Schichten parallel zur ausgewählten Oberfläche.
- An der Oberflächenkante oder an mehreren Kanten – An der Oberflächenkante oder an mehreren Kanten ermöglichen die Modellierung von Bewehrungsstäben mit einer komplexen Form (ebene Kurve, die sich auf eine beliebige Betonoberfläche bezieht). Die Schicht wird daher nur durch eine Bewehrung bestimmt. Es können jedoch mehrere parallele Schichten definiert werden. Die Betondeckung kann für jede Kante unabhängig definiert werden. Dies ist die beste Option, um Steigbügel zu modellieren.
- Auf Polylinie
Befund
Auf der Registerkarte "Ergebnisse" finden Sie drei grundlegende Bewertungen nach ULS (Ultimate Limit State).
Die Ergebnisse von Spannungen und Dehnungen in Beton und Bewehrung werden im Abschnitt "Festigkeit" dargestellt. Die Bindungsspannung und die zugehörigen Werte finden Sie im Nachweis "Verankerung". Ein sehr wichtiger Wert der nichtlinearen Verformung wird im "Hilfsnachweis" dargestellt.
Einschränkungen der 3D-BETA-Version
Das Ziel der veröffentlichten BETA-Version ist es, unseren Benutzern die Möglichkeit zu geben, sich damit vertraut zu machen, die Lösung zu testen und uns Feedback zu geben. Um die Erwartungen an die BETA-Version von 3D Detail zu verdeutlichen, gibt es einige Einschränkungen in der aktuellen Version:
- Bei Ankern gibt es keine Querkraftübertragung – die Schubkraft wird nur durch Reibung zwischen der Grundplatte und der Betonsteinoberfläche übertragen.
- Die Ergebnisse der Analyse und der Normnachweise beschränken sich auf GZT (Tragfähigkeitsgrenzzustand)
- Die Berechnungszeit eines einzelnen Modells eines Betonsteins und einer Bodenplatte mit einem Ankerraster kann bis zu 10 Minuten dauern
- Abschnitte für die Visualisierung der Ergebnisse werden in BETA 2 verfügbar sein
- Eigengewicht von Modellelementen wird nicht berücksichtigt
- Im Modell kann nur ein massiver Betonblock verwendet werden
Die 3D-Lösung für Detail befindet sich in einem intensiven Entwicklungs- und Verifikationsprozess. Mit Version 24.0 wird die erste BETA von 3D Detail veröffentlicht, BETA 2 wird im Juli 2024 erwartet, mit Verbesserungen bei der Interpretation der Ergebnisse, der Reduzierung der aktuellen Einschränkungsliste und zusätzlichen Funktionen. Die BETA von 3D Detail wird nach Abschluss eines gründlichen Verifizierungsprozesses auf die ALPHA-Version übertragen und mit Version 24.1 veröffentlicht.
Modellbeschreibung und Nachweise
Um mehr über das analytische 3D-Detailmodell zu erfahren, lesen Sie den theoretischen Hintergrundartikel:
Darüber hinaus wurden die ersten Überprüfungen des 3D-Detailmodells und der Ergebnisse in den folgenden Artikeln veröffentlicht:
Sie können sich auch auf die ausführlichen theoretischen Hintergrundartikel beziehen, die sowohl für 2D- als auch für 3D-Modelle in Bezug auf die Interpretation der Finite-Elemente- und GZT-Ergebnisse gelten:
Hinweis: Normnachweise in 3D-Detail sind derzeit nur für den Eurocode (EN) verfügbar.