Verbindung zur Detailintegration: Einbetonierte Platte mit gemischten Ankern (EN)

Bitte beachten Sie, dass dieses reale Design eine optimierte Geometrie verwendet, die standardmäßige EN-Detaillierungswarnungen auslösen kann. Wir behalten die ursprünglichen Parameter der Authentizität halber bei. Siehe Abbildung unten.

Wenn Sie die Verbindungsbemessung überspringen und direkt zur Detail 3D-Analyse übergehen möchten, laden Sie die Datei herunter.

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 Leeres Design erstellen.

2 Bemessung

Ändern Sie nach dem Erstellen eines leeren Designs den Querschnitt eines Bauteils auf UB 610 x 305 x 238.

Fügen Sie nun einen weiteren Fertigungsvorgang hinzu und wählen Sie die Grundplatte.

Fahren Sie mit dem nächsten Vorgang fort und wählen Sie ein Befestigungsraster oder Kontakt, um Kopfbolzendübel zu erzeugen.

Fügen Sie ein weiteres Befestigungsraster oder Kontakt hinzu, um Bewehrungsanker zu erzeugen.

Ändern Sie die Rotation der Bewehrung im Vorgang GRD2, indem Sie Editor auswählen.

Fügen Sie eine Verstärkungsplatte hinzu.

Schweißen Sie die Verstärkungsplatte mit dem Vorgang Allgemeine Schweißnaht oder Kontakt an die Grundplatte.

Fügen Sie den Vorgang Bauteilschnitt hinzu.

Fügen Sie den letzten Vorgang in der Verbindung hinzu: Befestigungsraster oder Kontakt.

Ändern wir den Parameter Kräfte in , um die Position des Gelenks festzulegen.

Geben Sie die Schnittgrößen für die Verankerung ein.

• Hinweis: Wir verwenden für diese Trägerbemessung nur Querkraftbelastung. Zur Vereinfachung des Tutorials wurde die Zugkraft aus der GZT-Außergewöhnlichen Kombination, die im realen Projekt berücksichtigt wurde, ausgeschlossen.

3 Prüfung

Wechseln Sie zur Registerkarte Prüfung -> Berechnen. Die Normprüfung weist den Versagensmodus an den Ankern nach. Standardmäßig wird angenommen, dass der Betonblock gerissen ist.

Lassen Sie uns die Ergebnisse erkunden. Wählen Sie Vergleichsspannung, Schraubenkraft, Netz, Verformt und Anker. Die Tabelle zeigt im Allgemeinen, welche Anker zugelassen sind und welche nicht.

Lassen Sie uns nun die Details der versagenden Anker überprüfen, um festzustellen, welche Normprüfungen zufriedenstellend und welche nicht zufriedenstellend sind.

Grund für das Versagen der Ankerprüfung: 

• Gemäß EN 1992-4, Abschn. 1.2(4) liegt die Bemessung von Ankergruppen mit unterschiedlichen Ankertypen außerhalb des Anwendungsbereichs der Norm. Folglich schlägt die Normprüfung standardmäßig fehl. Um diese Konfiguration ordnungsgemäß zu verifizieren, ist eine detaillierte Analyse mit dem Modul 3D Detail erforderlich.
• Diese Einschränkung kann in Detail 3D einfach behoben werden, das auf der CSFM-Methode basiert und die vereinfachte analytische Beurteilung in Connection durch eine rigorose 3D-Spannungs-Dehnungs-Analyse ersetzt.

Ergänzende Bewehrung (EN 1992-4 – 7.2.1.9; 7.2.2.6):

• Die analytische Normprüfung schlägt für den Betonkegel fehl und erfordert eine ergänzende Bewehrung, um die gesamten Zug- (356,3 kN) und Querkraftlasten (400,0 kN) zu übertragen. Dies ist aufgrund der „gemischten" Ankerkonfiguration kritisch.
• Diese Einschränkung kann in Detail 3D einfach behoben werden, um die Bewehrungseffizienz zu bestätigen. Bei manueller Prüfung ist von einer Betonkapazität von null auszugehen und sicherzustellen, dass die Bewehrungsfläche die gesamten gemeldeten Kräfte abdeckt.

Verankerungstiefe (EN 1992-1-1 – Gleichung 8.6)

• Die Warnung bezüglich unzureichender Verankerungstiefe erscheint, weil dieses Tutorial ein reales Beispiel mit einer dünnen Wand und flachen Ankern darstellt. Die strukturelle Integrität des Designs wird in der Detail-App weiter nachgewiesen.

4 Export

Voraussetzungen für den Export: 

• Das Modell muss berechnet sein und die Ergebnisse müssen enthalten sein.

Gehen Sie zur Registerkarte Prüfung -> Stahlbetonprüfung -> Speichern.

Der Export ist nur für die Verankerungstopologie zulässig. Der Export ermöglicht die Übertragung von:

• Dem Betonblock
• Ankern
• Der Grundplatte
• Lasten

Zusätzliche Informationen und Parameter, die gemäß den entsprechenden Einstellungen in der Verbindung festgelegt werden:

• Querkraftübertragung (durch Anker, Schubleisten und Reibung) 
• Material
• Verankerungstyp: Nachträglich eingebaut (Klebeanker) / Einbetoniert
• Verankerungstyp am Ende: Unterlegscheibe / Gerade / Haken / Kopfbolzendübel
• Reibungskoeffizient

5 Bemessung

In diesem Abschnitt können Sie Bauteile, Lager, Lasten & Kombinationen ändern und eine Bewehrungsanordnung hinzufügen.

Lager

In diesem Beispiel ist die Verbindung an einer allseitig durchlaufenden Wand verankert. Für solche Teilmodelle verwenden wir starre Lager mit durchlaufender Bewehrung. Diese Konfiguration simuliert die Kontinuität der Wand und ermöglicht die Zugkraftübertragung trotz der Einstellungen für ausschließlich Druckkräfte, ohne komplexe Steifigkeitsdefinitionen zu erfordern.

 Lassen Sie uns die Lager auf das Modell anwenden:

Übertragungselemente

Die Anker werden aus IDEA StatiCa Connection importiert. Da das Design zwei verschiedene Ankertypen verwendet, werden wir die Lastübertragung trennen, um ein sicheres und vorhersehbares Verhalten zu gewährleisten. Dieser Ansatz entspricht der britischen Standardingenieurpraxis zur Lösung der Einschränkung von EN 1992-4 (Abschn. 1.2(4)), die gemischte Ankergruppen vom Normbereich ausschließt. Durch die Zuweisung von Quer- und Zugkräften zu bestimmten Ankergruppen erstellen wir einen verifizierten Lastpfad, der den Sicherheitsanforderungen entspricht.

Anker SF1 – SF6: Aktivieren Sie Aktiv für Querkraftübertragung und deaktivieren Sie Aktiv für Normalkraftübertragung.

Bewehrungsanker SF7 – SF10: Machen Sie das Gegenteil – deaktivieren Sie Aktiv für Querkraftübertragung und aktivieren Sie Aktiv für Normalkraftübertragung.

Wenn Sie ein Fundament von Grund auf in der Detail-Anwendung bemessen würden, wären beide Optionen standardmäßig aktiviert. Bei der Querkraftübertragung müssen Sie bestimmen, welche Anker die Kraft aufnehmen, und diese entsprechend auswählen. Dies entspricht den EN-Anforderungen, die festlegen, dass Querkräfte nur den Ankern zugewiesen werden sollten, die für die Betonkantenversagensprüfung wirksam sind.

Bewehrungen

Lassen Sie uns die Höhe und Breite des Betonblocks vergrößern. Dies bietet eine klarere Ansicht des Modells und ermöglicht es uns, das vollständige Spannungsprofil entlang der Bewehrungsstäbe zu beobachten.

Setzen Sie die Betondeckung auf 30 mm; dies dient als Standardwert für die Bewehrung. Legen Sie außerdem den Standard-Verankerungstyp für Längsstäbe und Bügel fest.

Deaktivieren Sie vor der Definition der Bewehrung die Schaltfläche Bewehrungsstäbe. Dadurch wird sichergestellt, dass nur die spezifische Stabgruppe, die Sie gerade auswählen, sichtbar ist, was die Ansicht übersichtlich hält.

Fügen Sie als Nächstes eine neue Stabgruppe 3D ein (oder kopieren Sie die vorhandene), um die durchlaufende horizontale Längsbewehrung (Hauptbewehrung an beiden Oberflächen) zu erstellen.

Duplizieren Sie den Vorgang, um die durchlaufende vertikale Bewehrung an beiden Oberflächen hinzuzufügen, und passen Sie die Einstellungen wie unten gezeigt an.

Gemäß den statischen Berechnungen ist außerhalb des Querkraftumfangs keine zusätzliche Querkraftbewehrung erforderlich. Daher konzentrieren sich die folgenden Schritte ausschließlich auf die Erstellung der Querkraftbewehrung innerhalb des Querkraftumfangs basierend auf dem ursprünglichen Design.

Fügen Sie ein weiteres Element hinzu, indem Sie erneut Bewehrungsanordnung > Stabgruppe 3D auswählen, und ändern Sie die Eigenschaften.

Duplizieren Sie den Vorgang GB3D3 und aktualisieren Sie die nachstehenden Optionen, um die Querkraftbewehrung zu definieren.

Fahren Sie fort, indem Sie den Vorgang GB3D4 kopieren und die Parameter ändern.

Jetzt kopieren Sie den Vorgang GB3D5 und ändern Sie dessen Einstellungen, um die Anforderungen des Querkraftumfangs zu erfüllen.

Verwenden Sie den Vorgang GB3D3 erneut, indem Sie ihn kopieren und die Werte anpassen.

Kopieren Sie den Vorgang GB3D7 und ändern Sie die Optionen.

Erstellen Sie eine weitere Kopie des Vorgangs GB3D5 und wenden Sie die nachstehenden Änderungen an.

Abschließend kopieren Sie den Vorgang GB3D9 und aktualisieren Sie die abschließenden Bewehrungsoptionen.

Lassen Sie uns nun die konstruktive Querkraftbewehrung definieren. Obwohl sie gemäß der statischen Berechnung nicht erforderlich ist – da der Beton in diesem speziellen Fall die Querkraftkapazitätsprüfung allein besteht – müssen wir dennoch die standardmäßigen Konstruktionsregeln einhalten. Darüber hinaus erfordert IDEA StatiCa Detail, dass das Modell die reale Bewehrungsanordnung genau widerspiegelt.

• Hinweis: Aus rechnerischer Sicht ist die Definition dieser Bewehrung in der Detail-Anwendung unerlässlich. Wie im Theoretischen Hintergrund der CSFM-Methode angegeben und auch in Kaufmanns Buch über CSFM erwähnt.

Erstellen Sie eine weitere Kopie des Vorgangs GB3D11 und wenden Sie die nachstehenden Änderungen an.

Kopieren Sie den Vorgang GB3D12 und ändern Sie die Optionen.

Abschließend kopieren Sie den Vorgang GB3D13 und aktualisieren Sie die abschließenden Bewehrungsoptionen.

Lasten und Kombinationen

Die Kombinationen werden aus IDEA StatiCa Connection übernommen. Alle Folgen des Imports sind in diesem Artikel beschrieben.

Lassen Sie uns das Eigengewicht hinzufügen:

Erstellen Sie eine Kombination mit Eigengewicht und fügen Sie den Koeffizienten für das Eigengewicht = 1,35 gemäß der Norm 
EN 1991-1-1 hinzu.

6 Prüfung

Vor der Durchführung der Analyse empfehlen wir dringend, den Netzvervielfältiger auf 2 oder 3 zu ändern, um die Berechnung zu beschleunigen. Dieser Schritt ist zwar nicht zwingend erforderlich, reduziert jedoch die Rechenzeit erheblich und hilft, potenzielle Divergenzprobleme frühzeitig zu erkennen. Wenn die Analyse reibungslos verläuft, können Sie den Netzvervielfältiger für die endgültigen Ergebnisse wieder auf 1 zurücksetzen.

Ergebnisse

Äquivalente Hauptspannung

Die äquivalente Hauptspannung (EPS) im Beton wird auf Basis des triaxialen Verhaltens des Betonblocks bestimmt. Die Bereiche mit den höchsten Belastungen werden identifiziert und hervorgehoben. Um einen Einblick in den Effekt der Umschnürung im Vergleich zur einachsigen Druckbeanspruchung zu geben, wird die äquivalente Spannung mithilfe des Kappa-Faktors berechnet. 

Plastische Dehnung

Um das innere Verhalten des Betonblocks zu untersuchen, wechseln Sie zur Ansicht Plastische Dehnung (ε_pl). Verwenden Sie die Schaltfläche + Neu, um Schnitte zu erstellen, und passen Sie deren Ebenendefinition (Position und Rotation) im Eigenschaftenfenster an, um durch kritische Bereiche zu schneiden. Dies hebt hervor, 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 Bewehrungsstäben

Die Ergebnisse zeigen das Verhältnis σ_s / σ_{s; Streckgrenze} (Spannung zur Streckgrenze) und identifizieren die am stärksten ausgelasteten Stäbe über eine Farbskala. Detaillierte Werte für Spannung, Dehnung und Auslastung aller Stabgruppen sind auf der Registerkarte Bewehrung aufgeführt.

Ähnliche detaillierte Ergebnisse sind auch für Anker verfügbar.

Verankerung

Überprüfen Sie die Verankerungseinstellungen und aktivieren Sie die Gesamtkraft in den Ankern (F_tot). Die Kräfte in den Ankern können aufgrund von Unterschieden in den Berechnungsansätzen für den Betonblock leicht variieren. Die Unterschiede sind jedoch nicht signifikant. 

Die Registerkarte Verankerung überprüft die Verbundstärke zwischen Bewehrung und Beton. Sie stellt sicher, dass die vorhandene Verankerungslänge ausreicht, um die Kräfte zu übertragen. Die Prüfung vergleicht die tatsächliche Verbundspannung (τ_b) mit der Bemessungsverbundfestigkeit (f_bd), um ein Herausziehen zu verhindern. Sie können diese Ergebnisse separat für Bewehrung und Anker anzeigen.

Verformungen

Wechseln Sie zur Registerkarte Hilfsgrössen und aktivieren Sie Verformung. Obwohl für den GZT (Grenzzustand der Tragfähigkeit) keine Verformungsgrenzwerte vorgeschrieben sind, ist die Überprüfung der verformten Form eine wichtige Plausibilitätsprüfung. Sie stellt sicher, dass das Modell stabil ist und keine unrealistischen Verschiebungen oder Rotationen aufweist (z. B. aufgrund von nicht verbundenen Elementen). Diese visuelle Inspektion hilft, potenzielle Modellierungsprobleme schnell zu identifizieren.

7 Bericht

Gehen Sie abschließend zu Bericht -> Detailliert -> Generieren. IDEA StatiCa bietet einen vollständig anpassbaren Bericht zum Ausdrucken oder Speichern in einem bearbeitbaren Format.

Sie haben eine vollständige Bemessungsprüfung gemäß EN 1993-1-8 (Stahlverbindungen), EN 1992-4 (Anker) und EN 1992-1-1 (Betontragwerke) durchgeführt. Die Stahlverbindung und Verankerung wurden in IDEA StatiCa Connection nachgewiesen, während die Integrität des Betonblocks und die Bewehrung in IDEA StatiCa Detail mit der CSFM-Methode gemäß EN 1992-1-1 analysiert wurden.