sens.21 - Modellering en analyse van voorspanning

Met deze modules kunt u voorspankabels met 3D-geometrie inzetten en voorspanningsverlies berekenen. De module biedt mogelijkheden voor het automatisch genereren van excentrische eindige elementen voor groepen voorspankabels (voorspankabels worden onderdeel van het structurele model) en voor het berekenen van equivalente belasting, interne krachten en belastingen veroorzaakt door voorspanning. We raden aan dat u deze module gebruikt in combinatie met de modules "Bouwfasen" sens.20 en "Ontwerp van voorgespannen beton" sencd.06.en.

Strengpatronen

Met strengpatronen kunt u snel en eenvoudig voor-/nagespannen betonelementen modelleren conform de eigen dagelijkse praktijk. U benut boorgat- en strengpatronen om afzonderlijke strengen in te voeren en hun eigenschappen aan te passen, zoals de beginspanning, onthechtinglengte, drukafstand, strengtype, enz. U kunt de boorgat- en strengpatronen opslaan in bibliotheken en weer opvragen als dat nodig is. Dit draagt bij aan een gestandaardiseerde bedrijfsoplossing voor de strenglay-out van elementen. Zodoende levert deze module in combinatie met de module voor parametrisering een zeer effectieve oplossing voor prefab voorgespannen elementen.

Met het concept van een zogenaamde "supergebruiker" kan de klant een "supergebruiker" toewijzen. Deze kan strengpatronen en afzonderlijke sjablonen/parameters maken en onderhouden. Een "gewone gebruiker" kan vervolgens uitsluitend de sjablonen met strengpatronen benutten die gemaakt zijn door deze "supergebruiker". Hierdoor kan het werkproces snel en makkelijk worden uitgevoerd en wordt gegarandeerd dat alleen de strengpatronen van het bedrijf zelf worden gebruikt en dat geen onjuiste waardes worden ingevoerd. De bibliotheek kan door de "supergebruiker" op de bedrijfsserver worden opgeslagen en kan eventueel via internet voor klanten worden opengesteld. Er kunnen diverse gegevens voor doorsneden uit dwg- of dxf-bestanden worden geïmporteerd, waardoor oude rekenpraktijken snel worden geconverteerd in de nieuwe geïntegreerde oplossing van SCIA Engineer.

Het invoerdialoogvenster van strengpatronen is duidelijk en sluit aan bij de behoeften van ontwerpers. U ziet in een oogopslag het zwaartepunt van zowel de voorspanning als de dwarsdoorsnede. Bij asymmetrische doorsneden, zoals T-vormen aan de uiteinden van bruggen, draagt dit bij aan een juiste ontwerp van de voorspanning. De tabel met geometrische gegevens berekent online de gegevens die betrekking hebben tot de voorspanning en gebarsten beton, terwijl u de strenglay-out nog invoert. Deze gegevens omvatten onder andere het traagheidsmoment, betongebied zonder de strengen, sectiemodulus op de bovenste vezels, enz. U kunt eenvoudig onthechte en gedrukte strengen toekennen. Zelfs gebogen elementen kunnen met de drapeerfuncties worden voorgespannen. Elk voorspanningsmateriaal kan worden gebruikt: kabels, strengen, balken. Dit betekent dat diverse constructies kunnen worden gemodelleerd: asymmetrische T's, kanaalplaten, dubbele T's, funderingspalen, vakwerkliggerplaten en andere.

Alle ingevoerde gegevens kunnen worden gecontroleerd in het grafische venster van SCIA Engineer en zo nodig moeiteloos worden aangepast. Bekijk de parameters om eenvoudiger de afbeelding van het strengpatroon aan te passen aan de praktijk van uw bedrijf; dezelfde afbeelding wordt opgeslagen in het document. Andere gegevens die kunnen worden afgedrukt, zijn bijvoorbeeld de initiële spanningen, boorgatpatronen en strengeigenschappen.

Voorspankabels

Met nagespannen of externe voorspankabels kunt u voorspankabels voor balken, kolommen, wanden en platen praktijkgericht en in 3D modelleren. U kunt een interne of externe voorspankabel direct tekenen. Als alternatief kan het ontwerp van een nagespannen voorspankabel worden gebaseerd op een bibliotheek van standaardbrongeometrieën. De brongeometrie vertegenwoordigt een deel van de voospankabel, bijvoorbeeld het rechte deel aan het eind van de voorspankabel, het gebogen deel met de minimumradius boven de ondersteuning of het deel ter hoogte van het middenspant. Brongeometrieën kunnen worden samengevoegd om de praktische geometrie van de voorspankabel vast te leggen in overeenstemming met de gangbare bouwpraktijk. Geometrieën van voorspankabels kunnen makkelijk worden geïmporteerd vanuit xml-, dwg- of dxf-bestanden.

Tijdens het ontwerpen, dat wil zeggen voorafgaand aan de berekening, kunt u snel het geschatte verlies controleren, wat bijdraagt aan een snel en praktijkgericht ontwerpproces. Na de berekening kunnen alle gerelateerde geometriegegevens en eigenschappen van voorspankabels overzichtelijk worden afgedrukt. Daarnaast kunnen alle (geometrische) eigenschappen van de interne of externe voorspankabel worden geparametriseerd, wat bijdraagt aan het snel en eenvoudig ontwerpen van voorgespannen constructies die telkens opnieuw moeten worden ontworpen of die betrekkelijk standaard zijn.

Voorspankabels kunnen voor elk structuurtype worden vastgelegd: bruggen, platen in een gebouw, wanden of balken. De volgende normen worden ondersteund: IBC, DIN, ÖNORM, ČSN, NEN, ENV en de nieuwste EN-code. De voorspankabel kan in het XZ-vlak en/of het XY-vlak worden gebogen. Bovendien kan de gebruiker nagenoeg elke voorgespannen constructie modelleren, of het nu met of zonder interne of externe voorspankabels is.

De gebruiker kan alle noodzakelijke eigenschappen van de voorspankabel vastleggen, zoals de wigzetting, initiële spanning, wrijvingskarakteristieken, enz. Daarnaast kan de gebruiker de spanningsmethode bepalen (uitsluiten vanaf de buiging, vanaf het begin en hergespannen van het eind, enz.) en het type kortetermijnrelaxatie. Gebruikelijk voorspanningsmateriaal en -elementen, zoals draden, strengen, kabels en balken worden vastgelegd in de standaardmateriaalbibliotheek. Algemene relaxatietabellen zijn gedefinieerd op grond van elke nationale norm en kunnen worden aangepast op de behoefte van de gebruiker of de fabrikant.

Als het ontwerp van de voorspankabel is voltooid, kunt u de voorspankabel exporteren naar een CAD-programma om de tekening te voltooien. Het berekeningsdocument tekent alle benodigde gegevens, resultaten en eigenschappen van de voorspankabel. Alle relevante gegevens worden geïntegreerd in het gebruiksvriendelijke document van SCIA Engineer, zonder dat extra handelingen nodig zijn.

Dankzij het toepassen van naspanning in combinatie met de module voor parametrisering kan de gebruiker eenvoudig en praktijkgericht perfecte sjablonen voor naspanningsconstructies instellen op een wijze die specifiek is voor het project of voor het bedrijf. Het document wordt altijd opgesteld op grond van de wensen of praktijkeisen van de ingenieur. Bovendien kan elk afzonderlijk document apart worden aangepast om te voldoen aan de eisen en wensen van een externe partij. Dit wordt allemaal gewijzigd met een klik op een knop.

Tijdsafhankelijke analyse (TDA)

Met de module Tijdsafhankelijke analyse (TDA) kunt u een tijdsafhankelijke analyse uitvoeren van voorgespannen beton, maar ook van samengestelde 2D-raamwerkcontructies. Hierbij wordt rekening gehouden met de gedefinieerde fasen van constructie, kruip, krimp en betonveroudering. De methode voor de tijdsafhankelijke analyse is gebaseerd op een stapsgewijze procedure waarin de tijd wordt onderverdeeld in tijdpunten. De analyse van het eindige element wordt voor elk tijdpunt uitgevoerd. Op de kruipanalyse wordt lineaire visco-elasticiteit door veroudering toegepast.

Vanwege de symmetrie van de langetermijnbelastingen kan zowel de constructie als de belasting in een verticaal vlak worden gemodelleerd. Het structurele model van een vlakraamwerk wordt gebruikt. De eindige elementen op excentriciteiten vertegenwoordigen bijvoorbeeld betonnen kokerliggers (of afzonderlijke betonraamwerken en deklagen), voorgespannen voorspankabels, diafragma's, beplatingen, tijdelijke verankeringsbanden, niet-voorgespannen wapening, enz. Op basis van de daadwerkelijke productieplanning worden alle constructiehandelingen opgenomen in de structurele analyse. De elementen worden geïnstalleerd of verwijderd op basis van de constructiewijze. Diverse handelingen in de constructie, zoals het installeren of verwijderen van segmenten en voorgespannen voorspankabels, gewijzigde randvoorwaarden, belastingen en voorgeschreven verplaatsingen kunnen worden gemodelleerd.

Er wordt aangenomen dat de voorgespannen voorspankabels ook excentrische eindige elementen zijn. Als deze in eerste instantie worden belast, worden uitsluitend de belastingsvoorwaarden van de voorspankabels opgenomen in de globale evenwichtsvergelijkingen. Na verankering wordt tevens rekening gehouden met de stijfheid van de voorspankabel. Zowel gebonden als ongebonden voorspankabels kunnen worden gemodelleerd. Het langetermijnverlies wordt automatisch opgenomen in de analyse. Als een element wordt verwijderd of een randvoorwaarde wordt gewijzigd, worden de interne krachten van het element en de passende reactie automatisch toegevoegd aan de belastingsvector.

De totale spanning van het beton op een bepaald tijdstip wordt in drie delen verdeeld:

• rek veroorzaakt door spanning,
• krimp en
• thermische uitzetting.

Krimp noch thermische rek is afhankelijk van spanning. De krimp van structurele elementen wordt voorspeld via de gemiddelde eigenschappen van een gegeven doorsnede, waarbij rekening wordt gehouden met de gemiddelde relatieve vochtigheid en de grootte van het element. De rek als gevolg van spanning bestaat uit onmiddellijke elastische rek en kruiprek. Er wordt rekening gehouden met de ontwikkeling van de elasticiteitsmodulus naar verloop van tijd als gevolg van ouderdom. Het kruipvoorspellingsmodel is gebaseerd op de aanname dat een lineariteit bestaat tussen spanningen en rek, om de toepasbaarheid van lineaire superpositie te verzekeren. De numerieke oplossing is gebaseerd op de vervanging van de Stieltjesintegraal door een eindige som. Het algemene kruipprobleem wordt dus geconverteerd in een reeks elasticiteitsproblemen. De kruipberekening is tevens gebaseerd op de gemiddelde eigenschappen van een gegeven doorsnede. Afhankelijk van de designaanbevelingen kan rekening worden gehouden met de kruip, krimp en ouderdomseffecten.

• EUROCODE 2,
• ČSN 73 1201 en ČSN 73 6207,
• ÖNORM B4700,
• DIN 1045-1,
• NEN.

De methode respecteert eerdere spanningen en vereist nergens iteratie en vormt geen beperking voor het kruipfunctietype.

Implementatie van bouwfasen en TDA

TDA is nauw gekoppeld aan de analyse van bouwfasen in SCIA Engineer. Het verschil is dat in de analyse van bouwfasen geen rekening wordt gehouden met reologische effecten. Aan de andere kant zijn "het belastingsgeval" en "de combinatie van belastingsgevallen" de basale bouwblokken voor zowel TDA als analyse van bouwfasen. De analyse van bouwfasen wordt in feite onafhankelijk van tijd uitgevoerd. Het is slechts een vormkwestie dat elke fase aan een tijdpunt is gekoppeld.

De verhogingen van permanente belasting in elke bouwfase (constructie of onderhoud) en de resultaten (de verhogingen van interne krachten en vervormingen als gevolg van deze belasting) worden in aparte belastingscasussen opgeslagen. Van deze belasting wordt aangenomen dat deze oneindig lang aanwezig is (van toepassing is op de structuur). Het opheffen van een belasting moet worden gemodelleerd als een nieuwe belasting met tegengesteld teken. De totale interne krachten in aanwezige constructie-elementen als gevolg van permanente belastingen na de derde bouwfase worden bijvoorbeeld verkregen als het resultaat van de combinatie van drie passende belastingsgevallen. Een belastingsgeval dat de gebruiksbelasting vertegenwoordigt, kan aan deze combinatie worden toegevoegd.

 

Als in de bouwfase voorspanning wordt toegepast, moet een extra permanent belastingsgeval worden toegepast. Vervolgens worden twee permanente belastingsgevallen gedefinieerd in één bouwfase: een voor de permanente belasting en een voor de voorspanning. De gebruiker mag geen belastingen toevoegen aan voorgespannen belastingsgevallen.

In de TDA-analyse wordt in elke bouwfase automatisch een extra (leeg) belastingsgeval gegenereerd. Deze belastingsgevallen worden gebruikt om verhogingen van interne krachten en vervormingen door kruip en krimp op te slaan, berekend in het verstreken tijdsinterval. Deze worden gemarkeerd als kruipbelastingsgevallen in SCIA Engineer.

Enkele praktische toepassingen van de module:

• Wisconsin Avenue Viaduct in Milwaukee, Wisconsin, VS, door CH2M Hill, Milwaukee, Wisconsin in samenwerking met Charles Redfield en Prof. Jiri Strasky.
• Prefab gesegmenteerde constructie met vervangbaar ter plekke gestorte dekplaat van een viaduct in Plzen. Door Strasky, Husty and Partners, Brno, Tsjechische Republiek.
• Gradueel voorgespannen dwarsliggers in het raamwerk van Sazka Arena in Praag (Wereldkampioenschap IJshockey 2004), door PPP Pardubice, Tsjechische Republiek.

 

---

Vereiste modules:

• sen.00