Ponsontwerp in SCIA Engineer

20 september 2018

De laatste ontwikkeling in het nieuwe betonmenu van SCIA Engineer voegt een vernieuwde versie van het ponsontwerp toe. Dit laat de gebruiker toe om nu een ponscontrole uit te voeren met één klik.

Door Rob Werckx

Pons is een bezwijkmechanisme van gewapende, betonnen platen die onderhevig zijn aan hoge geconcentreerde lasten. Deze geconcentreerde lasten treden op ter plaatse van de ondersteuning, waardoor hoge schuifspanningen in de vloer veroorzaakt worden. Als deze spanningen te groot worden, kan de vloer bezwijken. Dit bezwijkmechanisme is kritisch omdat er geen zichtbare tekenen zijn op voorhand dat de structuur gaat falen.
Een jaar geleden, in SCIA Engineer 17.0, werd de functionaliteit ‘Ponsontwerp’ vernieuwd en toegevoegd aan het nieuwe betonmenu. Het ontwerp werd verder uitgebreid in SCIA Engineer 17.1 en 18.0. De functionaliteit ‘Ponsontwerp’ maakt het voor de stabiliteitsingenieur mogelijk om te controleren of de benodigde/ontworpen longitudinale wapening in een plaat of fundering voldoende is om de spanningen ter plaatse van de ondersteuning te weerstaan. Dit in overeenstemming met de Eurocode EN 1992-1-1: 2004/A1:2014 en talrijke Nationale Annexen en zowel cirkelvormige als rechthoekige steunkolommen.

ponscontrole

Ponscontrole in SCIA Engineer.

Automatische toekenning data

In de oudere versies van SCIA Engineer was het nodig om aan iedere knoop ponsgegevens toe te kennen. Hierin gaf de ontwerper aan 1) Of het om een hoek, rand of interne kolom ging 2) Wat de doorsnede van de ondersteuning was 3) Of deze doorsnede een excentriciteit had ten opzichte van de knoop. In het vernieuwde ponsontwerp worden deze gegevens automatisch toegekend. De positie van de kolom (hoek, rand of intern) wordt automatisch herkend en de eigenschappen worden automatisch in rekening gebracht (doorsnede, excentriciteit en rotatie). Voor een eenvoudige plaat (24 steunkolommen) kunnen door deze automatische toekenningen ongeveer tien minuten modeleerwerk en 65 kliks worden bespaard. Hiernaast wordt bij het bepalen van de kritische controleperimeter rekening gehouden met eventuele openingen in nabijheid van het steunpunt. En alle randvormen worden ondersteund (bijvoorbeeld: kromme rand, cirkelboog). Deze optimalisaties zorgen ervoor dat het nieuwe ponsontwerp een oplossing biedt voor ontwerp en controle met één klik.

Excentriciteitsfactor (β)

Het berekenen van de excentriciteitsfactor (β) is sinds deze SCIA Engineer 17.0 mogelijk op twee manieren en beide methoden zijn in overeenstemming met de Eurocode EN 1992 1 1:2004. De eerste is een benaderende methode volgens 6.3.4 (6). Met deze methode wordt een vaste β-factor aan de knoop toegekend afhankelijk van de positie van de kolom: β = 1,15 voor een interne kolom, β = 1,4 voor een randkolom en β = 1,5 voor een hoekkolom. De tweede methode voor het bepalen van de excentriciteitsfactor is via de formule volgens 6.4.3 (3-5). In de betoninstellingen kan de gebruiker eenvoudig wisselen tussen beide methoden.

ponsontwerp

Ponscontrole ter plaatse van een opening.

Verschillende types wapening

SCIA Engineer kent verschillende types wapening: de benodigde wapening, de voorziene wapening en de praktische wapening. De benodigde wapening wordt bepaald door het programma. Het is de som van de statisch benodigde wapening (langswapening bepaald voor een combinatie N+My+Mz+Vy+Vz en de langswapening bepaald voor de trekspanning als gevolg van afschuiving en torsie) en de wapening bepaald door de detailleringsregels. De voorziene wapening wordt aangemaakt op basis van ingevoerde gegevens. De gebruiker definieert een diameter en een tussenafstand en vervolgens worden deze parameters aangehouden over de gehele oppervlakte van de plaat. Tenslotte is er de praktische wapening. Deze wapening definieert de gebruiker volledig zelf en kan dus variëren over de plaat, terwijl de voorziene wapening constant is. In SCIA Engineer 17 is het mogelijk om het ponsontwerp zowel voor de benodigde als de voorziene wapening uit te voeren. Op deze manier kan de gebruiker nagaan of de benodigde wapeningshoeveelheid ook voldoet voor pons. In SCIA Engineer 18 is het ponsontwerp voor praktische wapening toegevoegd. Op deze manier is het mogelijk om vanaf SCIA 18 een ponscontrole uit te voeren voor ieder type wapening beschikbaar in SCIA Engineer.

Grafische uitvoer

De controleperimeter wordt na het uitvoeren van het ponsontwerp grafisch weergegeven voor iedere knoop in de selectie. De bepaling en weergave van de controleperimeter houdt rekening met zowel de vorm, excentriciteit als rotatie van de kolom en houdt ook rekening met de invloed van een nabijgelegen opening. De controle wordt op een duidelijke manier grafisch weergegeven op het scherm: de kleur van de perimeter geeft meer informatie over de eenheidscontrole. De perimeter is groen als de eenheidscontrole lager is dan één. Dit wil zeggen dat de langswapening waarmee het ponsontwerp is uitgevoerd, voldoet voor afschuiving.
Indien de perimeter rood kleurt voldoet de langswapening niet en is het niet mogelijk om ponswapening te ontwerpen: de eenheidscontrole is dan ook groter dan 1. In dit geval moet het model worden aangepast door de plaatdikte of de betonkwaliteit te verhogen. Als laatste kan de perimeter ook blauw kleuren. Dit wil zeggen dat de aanwezige langswapening niet voldoet, maar dat het wel mogelijk is om de eenheidscontrole naar 1 te brengen mits het ontwerp van ponswapening dit toelaat. Deze benodigde ponswapening wordt dan ook automatisch bepaald. Natuurlijk is het ook mogelijk om deze eenheidscontrole numeriek weer te geven voor iedere knoop afzonderlijk.

ponsontwerp

Duidelijke grafische en numerieke uitvoer.

Getabelleerde uitvoer

Naast de grafische uitvoer is er dus ook een uitvoer in tabelvorm. In de getabelleerde uitvoer zijn verschillende zaken terug te vinden, zoals de interne krachten voor ontwerp, de β-factor, de gegevens van de plaat, de omtrek van de perimeter, de aanwezige schuifspanning, de weerstandswaarde voor de schuifspanning en de eenheidscontrole. Als er volgens het programma ponswapening nodig is, zijn ook deze gegevens terug te vinden in de numerieke tabellen. Hiernaast is er een notificatiesysteem ingebouwd voor fouten, waarschuwing en opmerkingen (E/W/N). Dit nieuwe systeem begeleidt de gebruiker door het ontwerpproces, geeft gepaste opmerkingen, beschrijft aanwezige problemen en stelt een oplossing voor.
De laatste ontwikkelingen laten toe om een ponsontwerp te combineren met een niet-lineaire berekening. Dit zorgt ervoor dat het echte materiaalgedrag gesimuleerd kan worden via een geometrisch of fysisch niet-lineaire berekening. Ook wordt sinds de release van SCIA Engineer 18 de betonspanning in rekening genomen voor de berekening van VRd,c. Hierdoor ontstaan nauwkeurigere resultaten.

Conclusie

Met de nieuwe ponscontrole van SCIA Engineer 18.0 wordt deze berekening nóg gemakkelijker: met één klik wordt de berekening uitgevoerd voor alle mogelijke wapeningstypes, de gegevens van plaat en ondersteuning worden in rekening gebracht en dit alles wordt op een grafische en numerieke manier zeer duidelijk in beeld gebracht. SCIA Engineer is dus volledig klaar om snel een ponscontrole uit te voeren.

Rob Werckx is customer service engineer bij SCIA. Meer informatie over SCIA Engineer is te vinden op de Scia-website.

Comments are closed.