De geavanceerde analysesoftware van onderzoeksinstellingen komt steeds dichter bij ontwerpers in de constructiepraktijk omdat de rekenkracht van desktop com-puters elk jaar toeneemt. Niet-lineaire rekenprogramma’s worden reeds gebruikt om voltooide ontwerpen te controleren en momenteel worden de eerste pogingen ondernomen om ze in het ontwerpproces zelf te gebruiken.
Het onderwerp van het onderzoek, gepresenteerd in deze dissertatie, is toepassing van niet-lineaire modellen in ontwerpprocessen. De aandacht werd gericht op gewapend-betonnen wanden en wandliggers vanwege twee praktische problemen die alleen kunnen worden opgelost met een niet-lineair model. Ten eerste wordt algemeen gedacht dat wanden en wandliggers aanzienlijk overgewapend zijn als herverdeling van de krachtsafdracht niet beschouwd is. Ten tweede vinden veel constructeurs dat scheurwijdten niet nauwkeurig kunnen worden bepaald met modellen die gebaseerd zijn op de plasticiteitstheorie.
In het gepresenteerde onderzoek is een discreet model voor gewapend-betonnen wanden ontwikkeld (staaf-paneel-model). Hierbij wordt de wand opgedeeld in paneelelementen die de verdeelde wapening bevatten en staafelementen die de geconcentreerde wapening bevatten. Het model is geïmplementeerd in een grafisch computerprogramma om het interactief te kunnen hanteren. In vergelijk-ing met experimenten blijkt het staaf-paneel-model voldoende nauwkeurig voor ontwerpberekeningen. Het model kan bovendien eenvoudig worden gehanteerd en het gedrag kan vlot worden berekend.
Een complicatie bij het gebruik van een niet-lineair model bij het ontwerpen is dat het wel laat zien of een constructie voortijdig faalt maar heel weinig aan-wijzingen geeft hoe het ontwerp kan worden verbeterd. Het gevolg is een groot aantal ontwerpcycli (opeenvolgende verbeteringen) wat bijzonder onpraktisch is.
Een oplossing werd gevonden door een geselecteerd aantal componenten van het model zich lineair te laten gedragen, terwijl de rest van het model wel volledig niet-lineair is. De lineaire componenten zijn voornamelijk onderdelen die een-voudig veranderd kunnen worden bij het ontwerpen. Bij gewapend betonnen wanden zijn dit de geconcentreerde wapening langs de randen en rond gaten. Daarentegen liggen de wanddikte en de verdeelde wapening vaak vast of kunnen beperkt worden gekozen.
Bij een niet-lineaire berekening met het staaf-paneel-model krijgt de geconcentreerde wapening en het op druk belaste beton in de staven een lineair gedrag terwijl de veranderende stijfheid door scheurvorming wel in rekening wordt gebracht. In de panelen gedragen zowel het beton als de verdeelde wapening zich niet-lineair. De krachtsverdeling in het model wordt bepaald met een niet-lineaire berekening en verbeterde wapening kan overeenkomstig worden gekozen.
De volledige ontwerpprocedure voor gewapend betonnen wanden met een staaf-paneel model kan in acht stappen worden samengevat.
Het blijkt dat de wapening in een wand gebaseerd op een plastische krachtsverdeling tot onacceptabele scheurwijdten kan leidden in de gebruiks-toestand en tot te weinig sterkte in de uiterste grenstoestand. Het laatste komt door de beperkte ductiliteit van het gewapende beton. Ook blijkt dat een wapen-ingsverdeling gebaseerd op een lineair-elastische krachtsverdeling niet auto-matisch voldoende kleine scheurwijdten garandeert. In het algemeen is het voor wanden het beste om te streven naar zo min mogelijk globale herverdelingen en de krachten op te nemen dicht bij waar ze in eerste instantie optreden, zeker indien hoge eisen worden gesteld aan de duurzaamheid.
Het voordeel van een niet-lineair model bij het ontwerpen is een constructie met een grotere betrouwbaarheid. Besparingen in materiaal kunnen slechts bereikt worden als gereduceerde veiligheidsfactoren worden geïntroduceerd die rekening houden met het nauwkeurige model. Gebruik van een niet-lineair model maakt het ontwerpproces transparanter omdat slechts één model nodig is voor alle belastingcombinaties en alle grenstoestanden.