De ontwerpsoftware IDEA StatiCa biedt innovatieve oplossingen voor het ontwerpen en toetsen van betonnen constructieonderdelen. Aan dit pakket is een nieuwe tool toegevoegd, 3D Detail, waarmee de ontwerpmogelijkheden verder worden uitgebreid.

3D Detail is een applicatie waarmee complexe betonnen elementen, inclusief verankeringsopties en wapening, nauwkeurig kunnen worden geanalyseerd. De tool maakt gebruik van de Compatible Stress Field Method (CSFM), een geavanceerde methode voor het berekenen van gewapend beton met eindige elementen.

Het analyseren van gewapende betonconstructies met behulp van een 3D eindige-elementenmodel (EEM) opent deuren naar nieuwe mogelijkheden. Een van de toepassingen is het ontwerpen van verankeringen in betonconstructies. Door het beton, de verankeringselementen en de wapening direct in het EEM op te nemen, kunnen spanningen en rekken nauwkeurig worden berekend. Dit is vooral waardevol in complexe verankeringssituaties en wanneer de norm onvoldoende ondersteuning biedt.

Voor het toetsen van verankeringen in beton beschrijft de Eurocode de bezwijkmechanismen voor zowel trek als afschuiving. Figuur 2 toont de faalmechanismen uit EN 1992-4, artikel 7.2 en richt zich uitsluitend op ongewapend beton. Het toevoegen van wapening biedt echter een oplossing voor veel van deze bezwijkmechanismen. De uitdaging ligt in het ontbreken van duidelijke richtlijnen over hoe hiermee om te gaan, vooral in complexere situaties.

Een andere uitdaging doet zich voor bij meerdere verankeringen in één betonelement. Het probleem bij meerdere verankeringen dicht bij elkaar is de interactie tussen de betonuitbreekkegels. Geen enkele richtlijn geeft direct advies over hoe deze gevallen moeten worden gecontroleerd. In gangbare literatuur, zoals de EN- of fib-richtlijnen, vinden we vaak conservatieve voorwaarden. Er wordt aangeraden een afstand te gebruiken waarmee de uitbreekkegels afzonderlijk kunnen worden beoordeeld. Maar zodra we buiten deze voorwaarden vallen, blijven we zonder houvast.

We bekijken een aantal voorbeelden waarin deze uitdagingen naar voren komen en het gebruik van een geavanceerdere rekenmethode effectief kan worden ingezet.

Verankering dicht bij de rand

Vanwege de manier waarop beton faalt, zoals betonkegelbreuk of zijdelings uitbreken, is het vrijwel onmogelijk om verankering dicht bij de rand te ontwerpen zonder wapening. Een geavanceerde rekenmethode kan hierbij helpen door wapening direct mee te nemen in de eindige-elementenanalyse (fig. 4).

Een probleem doet zich voor wanneer meerdere verankeringen in één betonelement invloed op elkaar uitoefenen (fig. 5). De Eurocode en andere literatuur geven alleen voorwaarden voor het afzonderlijk controleren van deze kegels. Wanneer de betonuitbreekkegels te dicht bij elkaar liggen, is het noodzakelijk een geavanceerdere rekenmethode toe te passen.

Verankering in bestaande betonconstructies

Bij renovaties of uitbreidingen kan de wapening niet worden aangepast, maar is die vooraf bekend of deels bekend. Een ingenieur wil zeker weten of de krachten uit de ankers kunnen worden opgevangen door het betonnen element en de aanwezige wapening. Hiervoor is een geavanceerdere analyse de betere keuze.

De uitdagingen van complexe betonverankeringen vereisen innovatieve oplossingen. IDEA StatiCa 3D Detail biedt ingenieurs de kans om veeleisende betondetails en verankeringsontwerpen met meer vertrouwen te berekenen. Ondanks enige bezorgdheid over innovaties, opent de technologie de deur naar nieuwe mogelijkheden. Bij IDEA StatiCa beschouwen we de verankeringstoepassing als de eerste stap in het analyseren van gewapend beton met een 3D EEM. Deze toepassing is volledig geverifieerd, andere complexe ontwerpvraagstukken zullen volgen.