Modellering van Isokorb-component in SCIA Engineer

Introductie   

Isokorbs zijn speciale componenten die worden gebruikt voor de vermindering van koudebruggen in betonconstructies. Deze module wordt vooral toegepast in het geval van een verbonden balkon met gewapend betonnen plaat. Wanneer een dergelijk detail wordt ontworpen, moet een geschikt numeriek model worden overwogen. In dit artikel worden verschillende methoden beschreven die gebruik maken van EEM berekeningen in SCIA Engineer.     

 

Model definitie   

Schöck Isokorb is een speciaal onderdeel dat bestaat uit omhoog gebogen wapeningsstaven die de trek overbrengen in het detail en HTE-compact materiaal dat de druk draagt. De isolatiespleet tussen de constructie en het balkon wordt opgevuld met polystyreen hardschuim. Dit onderdeel is in staat om buigende momenten en afschuifkrachten over te brengen, afhankelijk van het gekozen geproduceerde modeltype. Torsiemomenten kunnen echter helemaal niet worden overgebracht. De overdracht van de interne krachten hangt af van de stijfheid van het onderdeel.   

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer
Fig - Modelschema van Isokorb overgenomen uit [1]    

In het algemeen zijn er drie mogelijkheden om een model met Isokorb correct in SCIA Engineer te maken: 
1) Scheid het balkondeel van het model en pas de resulterende reacties toe op het betonnen dek van het gebouw 
2) Gebruik een lijnscharnier met de juiste stijfheid 
3) Gebruik een niet-lineair contactscharnier   

 

Isokorb aanbeveling [1]  

De technische informatie volgens EN1992-1-1 [2] voor Isokorb® bevat een EEM-richtlijn die de modellering beschrijft. De firma Schöck beveelt de volgende aanpak aan voor het ontwerp van Schöck Isokorb® met behulp van de eindige elementen methode:    

  • Scheid de externe component van de draagconstructie van het gebouw. 
  • Bepaal de interne krachten op de steun van het externe onderdeel, rekening houdend met de waarden van de veerstijfheid met behulp van de volgende aanbevolen benaderende veerwaarden voor Schöck Isokorb®:  
    • 10 MNm/rad/m voor een rotatieveer 
    • 250 MN/m² voor een verticale veer  
      Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer
      Fig - Modelschema van Isokorb overgenomen uit [1]     
  • Selecteer het type Schöck Isokorb®, inclusief de vastgelegde ontwerpwaarden voor de dwarskracht vEd en het moment mEd. 
  • Pas de berekende dwarskracht vEd en de momenten mEd toe als externe randbelastingen op de dragende constructie (bijvoorbeeld een plafondplaat).    
    Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer
    Fig - Modelschema van Isokorb overgenomen uit [1]   

 

Casestudie   

De modellering en vergelijking van het resultaat wordt gedemonstreerd op een betonplaat (kwaliteit C25/30) met dikte 250 mm en afmetingen 3,0 x 6,0 m, die wordt verbonden met een balkon met hetzelfde materiaal en dezelfde dikte en afmetingen 2,0 x 4,0 m. Een uniforme permanente belasting van 1,0 kN/m2 en een variabele belasting van 1,5 kN/m2 worden op de gehele constructie geplaatst.    

 

Methode 1 - Balkongedeelte van het model scheiden en de resulterende reacties toepassen op het betondek van het gebouw   

De eerste methode is gebaseerd op het scheiden van het balkon van de rest van de constructie en het maken van de juiste ondersteuningsdefinitie op de verbindingsrand. Op basis van de verkregen reactie wordt de belasting met tegengesteld teken op de rest van de constructie geplaatst. De stijfheden van de ondersteuning zijn zichtbaar op de volgende figuur.  
 
Opmerking: Het bepalen van de reactie van het balkon en de herdefinitie van de belasting op het hoofddek moet onafhankelijk van elkaar per belastinggeval worden uitgevoerd.   

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

De reacties in het balkon worden vervolgens bepaald en op het dek geplaatst. 
 
Belastingsgeval – permanent  

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

Belastingsgeval - variabel   

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

Zoals men kan zien is deze methode vrij arbeidsintensief, omdat ze handmatige invoer vereist bij het aflezen van de reacties en het toevoegen van de belasting op de vloer. Daarom wordt ook de volgende, meer efficiënte, methode bekeken.   

 

Methode 2 - Gebruik van een lijnscharnier met aangepaste stijfheid   

De meer gebruikersvriendelijke benadering van hoe het werkelijke gedrag van Isokorb moet worden gedefinieerd is het gebruik van een lijnscharnier met specifieke eigenschappen in één gemeenschappelijk model. Het lijnscharnier is gedefinieerd op de balkonrand met de volgende aanbevolen eigenschappen. Er worden flexibele stijfheden voor zowel de dwarskrachtoverdacht (uz) als voor de overdracht van het buigmoment (fix) toegepast.  

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

 

Methode 3 -Gebruik van een niet-lineair contactscharnier    

De voorgaande methoden zijn gebaseerd op een lineaire analyse. De derde methode maakt gebruik van zogenaamde "contacten" die in feite niet-lineaire functies van het lijnscharnier zijn. 
  

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

Op basis van de randvoorwaarden worden de niet-lineaire functies voor verticale translatie en rotatie als volgt gedefinieerd. Zoals op de afbeelding te zien is, gedraagt het scharnier zich anders bij druk en bij trek. Er is in feite geen overdracht van de drukbelasting en de trekbelasting gedraagt zich lineair. Bovendien is het voor deze methode noodzakelijk om een niet-lineaire combinatie te definiëren en de niet-lineaire berekening uit te voeren om de resultaten op basis van deze niet-lineaire functies te verkrijgen. 


Niet-lineaire functie van translatie - Niet-lineaire functie van rotatie​ 

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

 

Bespreking van de resultaten    

In de volgende figuren worden de resultaten van de drie methoden vergeleken. Eerst worden de buigende momenten van de constructie gecontroleerd. De buigmomenten zijn quasi gelijk voor alle drie methoden, zoals te zien is in de volgende figuur in het geval van de lineaire analyse.     

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

Bovendien is het verschil tussen de lineaire en niet-lineaire methode ook zeer klein wat de buigmomenten betreft, zoals hieronder te zien is.   

Model 2 - lineaire analyse - Model 3 - niet-lineaire analyse    

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

Ook wat betreft de doorbuigingen zijn de resultaten vergelijkbaar voor de lineaire analyse (zie hieronder).  

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

Maar bij vergelijking van de resultaten na niet-lineaire analyse kunnen hoge doorbuigingen worden waargenomen voor de derde methode als gevolg van het ontbreken van de echte wapening tijdens de niet-lineaire analyse, die in dit geval een aanzienlijke invloed op de doorbuiging zal hebben.   

Modelling of Isokorb ® component in SCIA Engineer

Conclusies  

Drie mogelijke methoden om Isokorb te modelleren werden in dit artikel toegelicht. Zoals geïllustreerd, kunnen alle drie de methoden worden gebruikt, maar met verschillende modelleerinspanningen. De eerste methode vereiste een handmatige herdefinitie van de reactiewaarden van het vrije balkon naar de hoofdplaat, wat tot fouten kan leiden. De derde niet-lineaire methode vereist de definitie van echte wapening in de constructie om de juiste doorbuiging van het balkon te verkrijgen. De tweede methode is daarom een goed compromis door gebruik te maken van een lineair scharnier met aanbevolen stijfheidswaarden die goede resultaten oplevert met een kleine inspanning voor het modelleren.  

 

Referentie   

[1] Schoeck Isokorb - Technische informatie; https://www.schoeck.com/view/2664/Technical_Information_Schoeck_Isokorb_...
[2] EN1992-1-1 - Eurocode 2: Ontwerp van betonconstructies - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen    

 

Category: