Die Bemessung von Betonbauteilen erfolgt in der Regel durch Stabelemente (1D-Elemente). Dieses Verfahren ist in allen Normen zur Tragwerksplanung beschrieben, z.B. in DIN EN 1992-1-1, und wird in der täglichen Baupraxis angewendet. Es ist jedoch nicht immer bekannt oder wird nicht beachtet, dass das Verfahren nur in den Bereichen akzeptabel ist, in denen die Bernoulli-Navier-Hypothese der ebenen Dehnungsverteilung gilt (als B-Bereiche bezeichnet). Die Stellen, an denen diese Hypothese nicht zutrifft, werden als Diskontinuitätsbereiche (D-Bereiche) bezeichnet. Beispiele für B- und D-Bereiche sind in (Abb. 1) dargestellt. Dies sind z. B. Lagerbereiche, Bereiche, in denen konzentrierte Lasten aufgebracht werden, Stellen, an denen eine abrupte Änderung des Querschnitts auftritt, Öffnungen usw. Bei der Bemessung von Betonbauwerken treffen wir auf viele andere D-Bereiche wie Wände, Konsolen, usw.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Abb. 1\qquad Diskontinuitätsbereiche (Navrátil et al. 2017)}}}\]
In der Vergangenheit wurden semi-empirische Bemessungsregeln für die Dimensionierung von Diskontinuitätsbereichen verwendet. Glücklicherweise wurden diese Regeln in den letzten Jahrzehnten weitgehend durch Fachwerkmodelle (Schlaich et al., 1987) und Spannungsfelder (Marti 1985) ersetzt, die in den aktuellen Bemessungsvorschriften enthalten sind und von den Bemessenden heute häufig verwendet werden.
Trotz der Entwicklung von Berechnungswerkzeugen in den letzten Jahrzehnten werden Fachwerkmodelle im Wesentlichen immer noch als Handberechnungen verwendet. Ihre Anwendung ist oft mühsam und zeitaufwändig, da mehrere Lastfälle berücksichtigt werden müssen. Außerdem eignet sich diese Methode nicht für den Nachweis von Gebrauchstauglichkeitskriterien (Verformungen, Rissbreiten usw.).
Das Interesse von Tragwerksplanern an einem zuverlässigen und schnellen Werkzeug zur Bemessung von D-Bereichen führte zu der Entscheidung, die neue Compatible Stress Field Method zu entwickeln, eine Methode zur computergestützten Spannungsfeldbemessung, die die automatische Bemessung von Bauteilen aus Beton unter ebener Belastung ermöglicht.
Die Compatible Stress Field Method ist eine kontinuierliche FE-basierte Spannungsfeldanalysemethode, bei der klassische Spannungsfeldlösungen durch kinematische Betrachtungen ergänzt werden. Somit kann die effektive Druckfestigkeit von Beton automatisch auf der Grundlage des Querdehnungszustands berechnet werden (Vecchio und Collins 1986; Kaufmann und Marti 1998) und der EPSF-Methode (Fernández Ruiz und Muttoni 2007). Darüber hinaus berücksichtigt das CSFM die Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen (tension stiffening), was den Elementen realistische Steifigkeiten verleiht, und deckt alle Vorschriften der Bemessungsregeln ab (einschließlich der Aspekte der Gebrauchstauglichkeit und der Verformungskapazität), die von den bisherigen Ansätzen nicht konsequent berücksichtigt werden. Das CSFM verwendet allgemeine einachsige konstitutive Gesetze, die in den Bemessungsnormen für Beton und Bewehrung enthalten sind. Daher müssen die Planer keine zusätzlichen, oft willkürlichen Materialeigenschaften angeben, wodurch sich die Methode perfekt für die Ingenieurpraxis eignet.
Um den Einsatz von computergestützten Spannungsfeldern durch Bauingenieure zu fördern, sollten diese Methoden in benutzerfreundliche Softwareumgebungen implementiert werden. Zu diesem Zweck wurde das CSFM in IDEA StatiCa Detail implementiert, einer neuen benutzerfreundlichen kommerziellen Software, die gemeinsam von der ETH Zürich und dem Softwareunternehmen IDEA StatiCa im Rahmen des Projekts DR-Design Eurostars-10571 entwickelt wurde.