Langzeiteffekte wie Kriechen und Schwinden in der Stahlbetonbemessung können die Dauerhaftigkeit, Stabilität und Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken mit der Zeit erheblich beeinträchtigen. Werden diese Effekte nicht bedacht, kann es zu unerwarteten Verformungen, Rissen und Spannungsumlagerungen kommen, die die Sicherheit und Funktionalität des Tragwerks gefährden können. Durch die Berücksichtigung von Kriechen und Schwinden stellen Konstrukteure sicher, dass ihre Planungen während der gesamten Lebensdauer des Bauwerks ihre beabsichtigte Leistungsfähigkeit beibehalten.
In RFEM 6 und dem Add-On Betonbemessung kann die Langzeitdurchbiegung mit drei verschiedenen Verfahren berücksichtigt werden. Bevor auf diese Methoden näher eingegangen wird, ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass Durchbiegungsberechnungen im Add-On Betonbemessung immer unter Berücksichtigung des effektiven Trägheitsmoments Ie gemäß ACI 318-19 Tabelle 24.2.3.5 [1] oder CSA A23.3 Abs. 9.8.2.3 [2] neu berechnet werden. Unmittelbare Durchbiegungen, die in der statischen Analyse von RFEM 6 mit dem Bruttoträgheitsmoment Ig berechnet werden, werden im Add-On Betonbemessung nicht für Gebrauchstauglichkeitsnachweise verwendet. Daher kann es vorkommen, dass die in RFEM 6 berechneten Stab- und Flächendurchbiegungen nicht mit den Durchbiegungen im Add-On Betonbemessung übereinstimmen.
Verfahren 1: Zeitabhängiger Faktor (vereinfachtes Verfahren)
Unter den Einstellungen der Gebrauchstauglichkeitskonfigurationen im Add-On Betonbemessung ist eine Option zur Bestimmung der Langzeitdurchbiegung mit einem "zeitabhängigen Faktor" verfügbar.
Dieses Verfahren verwendet die mit Ie berechnete Durchbiegung, wie oben beschrieben, und wendet den entsprechenden Faktor auf der Grundlage der Dauer der Lasteinleitung an, unter Bezugnahme auf ACI 318-19 Tabelle 24.2.4.1.3 oder CSA A23.3 Abs. 9.8.2.5. Dies ist das in den Normen zugelassene vereinfachte Verfahren zur Annäherung von Langzeiteffekten, wie Kriechen und Schwinden, bei der Berechnung von Durchbiegungsnachweisen.
Bei der Berechnung der Langzeitdurchbiegung wird ein lineares Materialdiagramm für die Druckbeanspruchung des Betons und ein lineares Diagramm für den Einfluss der Bewehrung verwendet. Der Tension-Stiffening-Effekt kann bei der Berechnung berücksichtigt werden. Die statische Analyse bleibt von dieser Option unbeeinflusst.
Verfahren 2: Zeitabhängige Materialeigenschaften (Kriechen/Schwinden)
Unter den Einstellungen der Gebrauchstauglichkeitskonfigurationen des Add-Ons Betonbemessung ist auch eine alternative Option zur Ermittlung der Langzeitdurchbiegung unter Verwendung von "zeitabhängigen Materialeigenschaften (Kriechen/Schwinden)" verfügbar.
Bei diesem Verfahren wird die Norm ACI 435 verwendet, um die berechnete Durchbiegung zusätzlich zu den Kriech- und Schwindeigenschaften des zugeordneten Materials beim Nachweis der Langzeitdurchbiegung mit einzubeziehen. Dieser Ansatz ist detaillierter als der Ansatz mit dem zeitabhängigen Faktor von Verfahren 1.
Die Angaben zum Kriechen und Schwinden des Betonmaterials finden Sie im Register 'Zeitabhängige Kennwerte des Betons'. Die Einstellungen und Änderungen der Betonreifung (linke Seite) wirken sich direkt auf die endgültige Kriechzahl und Schwinddehnung bei t = 36.525 Tage aus. Für nähere Informationen zu den verschiedenen Eingabemöglichkeiten wird auf das Online-Handbuch Betonbemessung verwiesen.
Die Funktionsdaten (rechte Seite) dienen nur zu Visualisierungszwecken, wie in diesem Dialog vermerkt. Die Werte für die Kriechzahl und die Schwinddehnung zum Zeitpunkt t = 36.525 Tage werden bei der Berechnung der Langzeitdurchbiegung der Betonbemessung für Verfahren 2 immer verwendet. Es kann kein anderer Zeitpunkt angegeben werden.
Bei der Berechnung der Langzeitdurchbiegung wird ein lineares Materialdiagramm für die Druckbeanspruchung des Betons und ein lineares Diagramm für den Einfluss der Bewehrung verwendet. Der Tension-Stiffening-Effekt kann bei der Berechnung berücksichtigt werden. Die statische Analyse bleibt von dieser Option unbeeinflusst.
Verfahren 3: Add-On Zeitabhängige Analyse
Bei Verfahren 3 wird das Add-On Zeitabhängige Analyse (TDA) verwendet. Der Hauptunterschied zwischen dieser Methode und den vorherigen Methoden besteht darin, dass Langzeiteffekte wie Kriechen und Schwinden in der statischen Analyse von RFEM 6 direkt berücksichtigt werden und sowohl Schnittgrößen als auch Durchbiegungen beeinflussen. Es werden sowohl Stäbe als auch Flächen berücksichtigt.
Es ist zu beachten, dass die Auswirkungen des Schwindens je nach Art der Einspannung des Elements stärker ausgeprägt sind. Ein vollständig eingespannter Träger mit Auflagern mit festen Enden wird beispielsweise größere Langzeiteffekte haben als ein Träger mit einem gelenkigen, verschieblichen Auflager.
Nach der Aktivierung des Add-Ons Zeitabhängige Analyse (TDA) in den Basisangaben von RFEM 6 steht dem Anwender nun die Analyseart "Statische Analyse | Time-Dependent Analysis (TDA)” is now available within a Load Case or manually created Load Combination (for example, Combination Wizard is deactivated) for the user to activate. Hier werden auch die Start- und Endzeiten der Langzeitbelastung festgelegt.
The number of increments for the TDA analysis is set under the TDA static analysis settings for all analysis types including Geometrically Linear, Second-order, or Large Deformations.
Der Benutzer kann das Ergebnis jeder Laststufe auch im Register 'Basis' in den Statikanalyse-Einstellungen speichern.
Die Werte für die Kriechzahl und die Schwinddehnung werden bei jeder Laststufe der zeitabhängigen Analyse unter Berücksichtigung des Betonalters zum Zeitpunkt der Eingabe der Belastung/Einleitung plus der Dauer der zeitabhängigen Analyse angewendet. For example, 10 increments at 300 days duration with the age of the concrete at the time of loading/initiation set to 10 days will apply the corresponding creep coefficient and shrinkage strain values at t = 31 days, 62 days, 93 days, and so on, as shown in the Time Diagram for visualization purposes only.
To enable the TDA settings for automatically generated load combinations (for example, when using the Combination Wizard with ASCE 7, NBC, and so on), the Construction Stages Analysis (CSA) add-on is required. Sobald dieses Add-On in den Basisangaben aktiviert ist, können Sie einen neuen Bauzustand mit der entsprechenden Zeitdauer der zeitabhängigen Analyse definieren. Die gleichen Einstellungen, die in der statischen Analyse zur Definition von Inkrementen für die zeitabhängige Analyse verwendet werden, gelten auch hier. Vergewissern Sie sich, dass die statische Analyse die gleiche Ordnung wie die Lastkombinationen hat, z.B. die II. Ordnung.
Stellen Sie sicher, dass die relevanten Lastfälle unter den zugewiesenen Objekten für den Bauzustand im Register 'Lastfälle' berücksichtigt werden.
Schließlich kann unter der Bemessungssituation, die für die Durchbiegungsberechnungen im Rahmen der Gebrauchstauglichkeit verwendet wird, der Bauzustand im Register 'Basis' des Kombinationsassistenten durch Aktivieren des Kontrollfeldes 'Anfangszustand berücksichtigen' aktiviert werden. Das nächste Register, 'Anfangszustand', ermöglicht es dem Benutzer, den definierten Bauzustand zuzuweisen.
Bei allen automatisch erzeugten Lastkombinationen wird nun automatisch der Analysetyp der zeitabhängigen Analyse eingestellt.
Das Modell ist nun bereit für die Berechnung. Während die modifizierten Schnittgrößen aus der zeitabhängigen statischen Analyse in den Festigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweisen des Add-Ons Betonbemessung berücksichtigt werden, werden die Durchbiegungen nicht beeinflusst. Die Durchbiegungsberechnungen in der zeitabhängigen statischen Analyse und dem Add-On Betonbemessung verwenden unterschiedliche Verfahren und Berechnungen. Die zeitabhängige statische Analyse verwendet ein lineares Materialdiagramm ohne Berücksichtigung des Einflusses der Bewehrung. Im Gegensatz dazu verwendet das Add-On Betonbemessung, wie in Verfahren 2 erwähnt, ein nichtlineares (parabolisches) Diagramm mit Tension Stiffening im Beton und ein bilineares Diagramm für den Bewehrungseinfluss.
Um ähnliche Durchbiegungsergebnisse sowohl in der zeitabhängigen statischen Analyse als auch im Add-On Betonbemessung zu erhalten, müssten nichtlineare Betonbemessungseigenschaften berücksichtigt werden, die zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels noch nicht verfügbar sind. In der Zwischenzeit wird das Add-On Betonbemessung weiterhin die Verfahren 1 oder 2 zur Berechnung der modifizierten Steifigkeit für Langzeitdurchbiegungen verwenden. Daher besteht die beste Vorgehensweise derzeit darin, die Durchbiegungen aus der zeitabhängigen statischen Analyse manuell mit den Grenzdurchbiegungswerten zu vergleichen.
Article KB 1793 explains the basics of the TDA add-on. Auch für die Zukunft sind viele Entwicklungen geplant, darunter die Integration mit der nichtlinearen Betonanalyse (sobald sie freigegeben ist) und die Erweiterung des Add-Ons auf andere Materialien als Beton.
