Ontwerpoverwegingen die vaak over het hoofd worden gezien in Detail

IDEA StatiCa helpt hierbij door geavanceerde tools aan te bieden waarmee ingenieurs een beter inzicht kunnen krijgen in het gedrag van constructie elementen en mogelijke bezwijkmechanismen.

In dit artikel bespreken we drie onderwerpen waar ingenieurs rekening mee houden bij het ontwerpen van constructies van gewapend beton en hoe IDEA StatiCa hierbij kan helpen.

Transportbelastingen

U kunt een gewapend betonelement ontwerpen en berekenen voor het beoogde eindgebruik, maar het element wordt ook onderworpen aan verschillende belastingsomstandigheden tijdens de transport- en bouwfase. U kunt de bouw- en gebruiksfasen voor liggers van gewapend beton analyseren met de IDEA StatiCa Beam applicatie. In deze applicatie kunt u fasen toevoegen voor storten, voorspannen, transport en tijdelijke steunpunten.

In het geval van prefab betonelementen moeten ingenieurs rekening houden met de hijsfasen tijdens de bouw. De elementen moeten door een kraan naar hun uiteindelijke positie worden gehesen, zoals te zien is in de afbeelding bovenaan dit artikel. Tijdens het hijsen ontstaat er een geheel andere belastingssituatie in het element. Dat heeft invloed op het constructie element en het moet hierop berekend zijn. Bovendien zijn de verankeringstechniek van de hijsogen en hun plaatsing en hoek cruciale factoren om rekening mee te houden.

In IDEA StatiCa Detail kunt u hangende steunpunten toepassen en het eigengewicht integreren als een belastingeffect. Op deze manier kan de ingenieur de interne spanningen en rekken in het gewapend betonelement tijdens het hijsen berekenen.

Laten we het wandpaneel met openingen modelleren in IDEA StatiCa Detail.

Twee situaties zijn gemodelleerd en geanalyseerd in IDEA StatiCa Detail. Scenario A representeert de belastingssituatie tijdens het hijsen met twee hangende steunpunten en het eigengewicht toegepast als belastingeffect. Scenario B representeert de eindfase, waarbij de wand aan de onderkant wordt ondersteund en een lijnbelasting wordt toegepast aan de bovenkant. Om de verschillen te analyseren, wordt de verhouding van de drukbetonspanning en -sterkte gevisualiseerd. U kunt zien dat de gebieden van drukspanning aanzienlijk verschillen tussen de twee scenario's, wat het belang onderstreept van een gedetailleerde berekening voor elk specifiek geval. Door gebruik te maken van IDEA StatiCa kan de ingenieur verschillende belastingssituaties meer gedetailleerd vergelijken en er rekening mee houden in het ontwerp en de detaillering van de wapening.

Bovendien heeft de methode voor het verankeren van de hijsogen, rekening houdend met hun positie, hoek en type anker, invloed op de krachten en capaciteit van het verankeringssysteem. Een onjuiste verankering resulteert in ongewenste spanningen in het betonelement en de hijskabels wat tot catastrofale gevolgen kan leiden.

In het volgende voorbeeld wordt een betonligger met een eigengewicht van 60 kN opgetild door twee kabels. De hoek van de kabel varieert van een perfect verticale 90 graden naar een helling van 30 graden. Zowel de kabels als de ankers in het beton, gemaakt van rechte stalen staven met een perfecte aanhechting, ondervinden een toename in kracht door deze helling. Bij het ontwerpen van de hijsogen en het plannen van de transportfasen moet zorgvuldig rekening worden gehouden met de toename in kracht binnen zowel de hijskabels als de verankering van de balk.

Bovendien moeten ingenieurs bij het hijsen van betonliggers met openingen letten op de positie van de hijsogen. Als ze direct boven de openingen worden geplaatst, ontstaan er ongewenste spanningen en rekken die leiden tot scheuren in het beton nog voordat de ligger aan het begin van zijn levensduur staat.

Zetting van de fundering

Een gebouw is zo sterk als zijn fundering die weer afhankelijk is van de stijfheid van de bodem eronder. Elke locatie heeft unieke bodemomstandigheden, waardoor geotechnisch onderzoek van cruciaal belang is voor bouwkundige constructies. Verschillende grondsoorten hebben verschillende stijfheden en gedragingen onder belasting. Daarom is het noodzakelijk om de specifieke bodemgesteldheid te begrijpen en mee te nemen in de constructieberekeningen.

Na verloop van tijd kunnen er door verschillende oorzaken funderingszettingen optreden, maar de drie belangrijkste factoren zijn:

1. Overschatting van de sterkte en stijfheid van de bodem. De bodem is niet in staat om de toegepaste belasrting te dragen.
2. Slechte verdichting van de grond waardoor luchtporiën achterblijven die onder druk verdwijnen en de grond doen zetten.
3. Extreme veranderingen in vochtgehalte waardoor de grond krimpt tijdens droge periodes en opzwelt bij verzadiging.

Een verkeerd ontwerp leidt na verloop van tijd tot ongewenste zettingen en onverwachte scheuren in constructie elementen. De gevolgen variëren van esthetische problemen, zoals ongelijke vloeren en gebarsten muren, tot ernstige constructieve bezwijkingen.

Door gebruik te maken van de mogelijkheden van geavanceerde software zoals IDEA StatiCa kunnen ingenieurs vooruitlopen op potentiële problemen. IDEA StatiCa Detail maakt het mogelijk om lijnsteunen met specifieke stijfheid te modelleren om het werkelijke gedrag van funderingen nauwkeurig te simuleren. Dit is vooral nuttig wanneer bijvoorbeeld een betonnen wand op twee verschillende funderingen of bodemtypen staat zodat ingenieurs de effecten van de stijfheid van de bodem op het gedrag van de betonconstructie kunnen berekenen. Zoals hieronder wordt aangetoond, komen grotere spanningen en rekken naar voren in scenario B, waar het rechtergedeelte van de steunpunt een lagere stijfheid k₂ heeft, wat een zwakker bodemtype vertegenwoordigt.

Uit de berekening blijkt dat er extra scheuren ontstaan boven de opening. Het beton moet verder worden gewapend om deze extra spanningen te kunnen dragen. U kunt ook de bodemgesteldheid of het ontwerp van de fundering verbeteren, zodat deze stijver wordt en er minder zettingen optreden. Door dit fenomeen te controleren met geavanceerde software kunnen veel problemen in de toekomst worden voorkomen. Uiteindelijk bespaart het tijd, geld, moeite en voorkomt het potentiële onveiligheid.

Detaillering van wapening

De detaillering van betonwapening in betonconstructies vereist zowel theoretische als praktische kennis. Wat de beste oplossing lijkt in termen van momentcapaciteit is misschien niet altijd de meest praktische oplossing. Laten we, om dit te demonstreren, eens kijken naar een betonnen raamwerkknoop zoals hieronder getoond. De weerstand van een betonnen aansluitingshoek is in belangrijke mate afhankelijk van de detaillering van wapening die essentieel is voor het bereiken van het vereiste draagvermogen en het garanderen van buigzaam gedrag.

Met IDEA StatiCa Detail kunt u wapeningslayouts nauwkeurig modelleren en in 3D bekijken. Dit geeft ingenieurs een beter inzicht in de wapeningsposities en mogelijke conflicten. Bovendien kan de ingenieur met de Detail applicatie verschillende configuraties modelleren en berekenen, waardoor hij/zij flexibeler is in het voorstellen van verschillende ontwerpen en de beste kan kiezen op basis van technische en praktische behoeften.

We kunnen de betonnen raamwerkknoop modelleren in IDEA StatiCa Detail zoals hieronder getoond. De modellen zijn vereenvoudigd ter verduidelijking. Op basis van de afmetingen en toegepaste belastingen moet de ingenieur de wapening in de betonnen hoek ontwerpen. Er kan worden gesteld dat optie A vaak wordt gebruikt in framehoeken die onderhevig zijn aan dichtdraaiende momenten. Verder worden in framehoeken onderhevig aan opendraaiende momenten vaak schuine wapeningen opgenomen, zoals aangetoond in optie B.

De werkelijkheid is vaak complexer - ontwerpen moeten soms worden aangepast om weerstand te bieden aan zowel open- als dichtdraaiende momenten, of om te voldoen aan praktische vereisten op de bouwplaats. Voor een betere uitleg, bekijken we een hypothetisch scenario waarbij de uitvoerder schuine wapeningsstaven in optie B liever vermijdt om praktische redenen op de bouwplaats. Met IDEA StatiCa kan de ingenieur alternatieven berekenen en bijvoorbeeld vaststellen dat de invloed van schuine wapeningsstaven minder effectief lijkt te zijn dan aanvankelijk gedacht. Het zou voldoende kunnen zijn om simpelweg een extra wapeningslus toe te voegen. Als gevolg blijken drie wapeningslussen, zoals weergegeven in optie C, voldoende te zijn voor het dragen van de toegepaste belastingen.

Deze technische overwegingen kunnen grondig worden onderzocht met IDEA StatiCa waarmee verschillende configuraties kunnen worden berekend om de optimale oplossing voor uw ontwerp te bepalen.

Voorkom onnauwkeurige schattingen en wees zeker met IDEA StatiCa!