Moderne bevestigingen maken het mogelijk dat constructies zware lasten overbrengen. Deze veiligheidsrelevante verbindingen moeten nauwkeurig worden ontworpen. Een algemene benadering bij de berekening van een staal-betonverbinding gaat ervan uit dat de voetplaat vlak is en elastisch blijft onder invloed van de krachten. Hoogstwaarschijnlijk is dit waar u rekening mee heeft gehouden in al uw eerdere ankerdesigns. Zoals het geval is met alle andere veronderstellingen, moet dit worden bevestigd.

Dit artikel is gebaseerd op een uitgebreid technisch proefschrift over dit onderwerp, gepubliceerd in Stahlbau (u vindt de link naar de herdrukte vertaling van het oorspronkelijke Duitse verslag helemaal onderaan deze pagina).

Fitz, M. , Appl, J. and Geibig, O. (2018), Wirklichkeitsnahe und vollständige Bemessung von Ankerplatten einschließlich der Befestigungsmittel – neue Bemessungssoftware auf Basis wirklichkeitsnaher Annahmen. Stahlbau, 87: 1179–1186. doi:10.1002/stab.201800036.

Vereiste van EN 1992-4

In paragraaf 6.2.1(1) van EN 1992-4 staat dat bij trekbelastingen op het anker rekening moet worden gehouden met de stijfheid van de basisplaat. In feite moet de ontwerper bevestigen dat de voetplaat elastisch blijft onder ontwerpacties en dat vervormingen verwaarloosbaar blijven, en als dit niet wordt bevestigd, moeten vervormingen op de bevestiging in aanmerking worden genomen bij het bepalen van de op de bevestiging werkende trekbelastingen. Met andere woorden, de ontwerper moet de stijfheid van de basisplaat controleren, en als hij vaststelt dat de basisplaat flexibel is, moet daarmee rekening worden gehouden bij de trekbelasting op de ankers.

Wat bedoelt men met een stijve anker basisplaat?

Bij theoretisch gedrag van stijve anker basisplaat wordt de verdeling van de belasting vereenvoudigd door aan te nemen dat de plaat zelf niet vervormt, analoog aan de balkentheorie van Euler-Bernoulli. De spanningen worden lineair verdeeld over de dwarsdoorsnede van de anker basisplaat.

Onder deze hypothese wordt de verdeling van de belasting onder de plaat en het anker bepaald zoals geïllustreerd in de volgende figuur.

Reactiekrachten in de armatuur als gevolg van een buigmoment, trek- en drukbelasting in een starre anker basisplaat

 
Deze vereenvoudigde balkentheorie wordt door burgerlijk ingenieurs goed aanvaard, vooral omdat hiermee kan worden aangetoond dat de doorsnede niet vervormt voor balkelementen met kleine doorsnedeafmetingen in verhouding tot de lengterichting.  Dit is niet altijd het geval voor een stalen ankerplaat, waar de longitudinale dimensie wordt vertegenwoordigd door de plaatdikte.
 
Laten we het probleem verder schetsen door te kijken naar de drie belangrijkste gevolgen van een onjuiste toepassing van de starre theorie voor een onvoldoende stijve basisplaat.
 

Gevolg 1: Hogere belastingen op ankers en hogere spanning op beton

Indien, in tegenstelling tot de veronderstelling, een flexibele ankerplaat wordt gebruikt, kan dit leiden tot een vermindering van de hefboomarm van de interne krachten en dus tot hogere belastingen op de armatuur, afhankelijk van de stijfheid. De plaathoeken kunnen tegen het beton worden gedrukt, waardoor extra drukkrachten worden opgewekt die op hun beurt leiden tot een toename van de trekkracht in de ankers.

De vermindering van de hefboomarm in een flexibel anker basisplaat resulteert in hogere trekkrachtenin de ankers en wrikkrachten op het beton

Deze wrikkrachten kunnen ook optreden bij grotere uitsteeksels van de ankerbodemplaat, flexibele ankerbodemplaten en overwegend spanningsbelastingen, waarbij de vervorming van de belaste ankerbodemplaat leidt tot aanzienlijke overbelasting en voortijdig falen van een anker binnen een groep.

In een gespannen flexibele grondplaat, worden de wrikkrachten in evenwicht gebracht door een hogere trekbelasting in de ankers

Bovendien kan, in het geval van een niet stijve plaat onder overwegend drukbelastingen, de spanningsverdeling op het beton onder de plaat resulteren in hogere waarden dan die welke berekend zijn wanneer het gedrag van een stijve ankerplaat wordt verondersteld.

In een gecomprimeerde flexibele anker basisplaat, resulteert de spanningsverdeling in hogere geconcentreerde belastingen op de betonnen basisplaat

Gevolg 2: Onderschatte doorbuiging in SLS

Niet-stijve ankerbodemplaten hebben de neiging een grotere vervorming te vertonen dan stijve platen. Voor een cantilever ligger zal een niet-stijve ankerplaat resulteren in een grotere verplaatsing omdat er meer rotatie in de ankerplaat zit. Als ingenieur moet u hiermee rekening houden bij de SLS-beoordeling, vooral bij cantilever- en zelfdragende toepassingen.

Verplaatsing van de cantilever balk in het geval van stijve en niet-stijve anker basisplaat

De oplossing

Het moet nu duidelijk zijn dat de evaluatie van de stijfheid van de plaat van cruciaal belang is voor de veiligheid van de toepassing. Desondanks zijn er in de literatuur geen duidelijke regels beschikbaar over hoe deze eis op de juiste wijze kan worden gevalideerd. Daarom wordt deze stap meestal achterwege gelaten of wordt alleen gekeken naar kwalitatieve beoordelingen van de plaatgeometrie (b.v. "dik genoeg aanvoelend") en de verstijvingsinrichting. Het is heel eenvoudig, FEM-analyse is de meest geavanceerde methode voor een realistische beoordeling van de stijfheid van de ankerbasisplaat en voor het garanderen van een adequaat ontwerp van de volledige verbinding.

Met de nieuwe PROFIS Engineering Suite van Hilti wordt het mogelijk om platen te berekenen rekening houdend met flexibiliteit en het werkelijke gedrag van modulaire plaatcomponenten. Het biedt een nauwkeurige verificatie van alle componenten van een verbinding, waarbij de in de staalbouw gebruikelijke componentenmethode wordt gecombineerd met een krachtige Component Based Finite Eelement Method (CBFEM) eindige-elementenberekening.