6.4 Flächenlasten

Flächenlasten wirken auf alle 2D-Elemente einer Fläche (siehe Kapitel 4.4).

Die Voraussetzung für eine Flächenlast ist, dass bereits eine Fläche definiert ist.

Falls eine Fläche wegen einer Durchdringung in Teilflächen gegliedert ist (siehe Kapitel 4.22), so wirkt die Flächenlast nicht auf inaktiv gesetzte Teilflächen. Öffnungen werden ebenfalls von der Flächenlast ausgespart.

Die Nummer der Flächenlast wird im Dialog Neue Flächenlast automatisch vergeben, kann dort jedoch geändert werden. Die Reihenfolge der Nummerierung spielt keine Rolle.

In diesem Eingabefeld sind die Nummern der Flächen festzulegen, auf die die Last wirkt. Die Auswahl kann mit auch grafisch erfolgen.

Wenn die grafische Eingabe über die Schaltfläche gewählt wurde, sind zunächst die Lastdaten einzugeben. Nach [OK] können die relevanten Flächen nacheinander im Arbeitsfenster angeklickt werden.

In diesem Abschnitt wird festgelegt, um welchen Lasttyp es sich handelt. Je nach Auswahl werden bestimmte Bereiche des Dialogs bzw. Spalten der Tabelle deaktiviert. Folgende Lastarten stehen zur Auswahl:

Tabelle 6.6 Lastarten

Lastart	Kurzbeschreibung
Kraft	Gleichmäßig, linear veränderlich oder radial wirkende Kraft auf der Fläche
Temperatur	Gleichmäßig, linear veränderlich über die Flächendicke verteilte oder radial angeordnete Temperaturlast Ein positiver Lastwert bedeutet, dass sich die Fläche bzw. deren Oberseite erwärmt.
Längenänderung	Zwangsdehnung oder -stauchung ε der Fläche Ein positiver Lastwert bedeutet, dass die Fläche gedehnt wird. Das Schwindmaß lässt sich über die links dargestellte Schaltfläche ermitteln. Es wird der im Bild 6.25 gezeigte Dialog zur Eingabe der Parameter für Schwinden aufgerufen.
Vorkrümmung	Zwangskrümmung der Fläche
Drehbewegung	Zentrifugalkraft aus Masse und Winkelgeschwindigkeit ω auf die Fläche Die Rotationsachse kann über die Schaltfläche in einem separaten Dialog festgelegt werden.

Die Parameter für Flächen- und Stablasten infolge Schwindens können über die Schaltfläche in einem separaten Dialog festgelegt werden (siehe Bild 6.25).

Schwinden als zeitabhängige Volumenänderung ohne äußere Last- oder Temperatureinwirkung äußert sich in den Erscheinungsformen Trocknungsschwinden, autogenes Schwinden, plastisches Schwinden und Karbonatisierungsschwinden. Aus den wesentlichen Einflussgrößen des Schwindprozesses (relative Luftfeuchte RH, wirksame Bauteildicke h, Betonfestigkeit f_cm, Zementtyp Z_Typ, Betonalter bei Schwindbeginn t_s) wird das Schwindmaß ε_cs(t,ts) zum Zeitpunkt t ermittelt.

[OK] übergibt den Wert als Längenänderung ε in den Dialog Neue Flächenlast.

Die Last kann konstant, linear veränderlich oder radial auf der Fläche wirken.

Die Lastgrößen sind für drei Knoten zu definieren. Durch diese drei Knoten wird eine Ebene gelegt.

Ist die Flächenlast in Richtung einer Achse des globalen Koordinatensystems veränderlich, sind die Lastgrößen von zwei Knoten erforderlich. Die Knoten dürfen auch außerhalb der belasteten Fläche liegen, sofern dort FE-Knoten erzeugt werden (d. h. es darf sich nicht um freie Knoten handeln).

Für radial wirkende Kräfte oder Temperaturlasten ist die Achse der Radialverteilung in einem separaten Dialog festzulegen. Dieser kann über die Schaltfläche aufgerufen werden.

Die Last kann in Richtung der lokalen Flächenachsen x, y, z oder der globalen Achsen X, Y, Z wirken.

Rechtwinklig zur Fläche wirkende Lasten werden in der Regel lokal in Richtung z definiert. Anwendungsfälle sind z. B. Windlast auf Dachflächen oder Innendruck auf Behälterschalen.

Die Flächenachsen lassen sich über den Zeigen-Navigator einblenden, indem der Eintrag Modell → Flächen → Flächenachsensysteme x,y,z aktiviert wird. Alternativ wird das Kontextmenü einer Fläche benutzt (siehe Bild 4.122).

Wirkt die Last in Richtung einer Achse des globalen XYZ-Koordinatensystems, spielt für die Berechnung nach Theorie I. Ordnung die Orientierung der lokalen Flächenachsen keine Rolle. Bei nichtlinearen Berechnungen jedoch sind Unterschiede zwischen lokal und global definierten Lasten möglich: Wird die Last mit globaler Wirkungsrichtung definiert, so behält sie diese Richtung bei, wenn sich die finiten Elemente verdrehen. Bei lokaler Wirkungsrichtung hingegen verdreht sich die Last entsprechend der Verdrehung der Elemente.

Die Last wird auf die Projektion der Fläche in eine Richtung des globalen Koordinatensystems umgerechnet. Ein Anwendungsfall ist beispielsweise die Schneelast auf die projizierte Grundrissfläche eines Dachs.

Die Grafik rechts unten im Dialog veranschaulicht die Projektionsflächen.

In diesem Abschnitt bzw. diesen Spalten werden die Lastgrößen und eventuell die zugeordneten Knoten verwaltet. Die Eingabefelder sind in Abhängigkeit von den zuvor aktivierten Auswahlfeldern zugänglich und entsprechend beschriftet.

In diesen Feldern sind die Lastgrößen einzutragen. Die Vorzeichen sind mit den globalen bzw. lokalen Achsenorientierungen abzugleichen.

Bei einer linear veränderlichen Last müssen mehrere Lastwerte angegeben werden. Die Grafik rechts oben im Dialog veranschaulicht die Lastparameter.

Bei linear veränderlichen Lasten sind drei Knoten anzugeben, an denen die Lastgrößen bestimmt werden können. Durch diese Knoten wird eine Ebene gelegt. Die Auswahl kann mit auch grafisch erfolgen.

Es können Lasten aus den Flächengewichten von Materialien erzeugt werden, die als mehrschichtige Lagen wirken. Damit lässt sich auf einfache Weise z. B. der Aufbau von Fußböden oder Belägen erfassen.

Die Funktion ist im Dialog Neue Flächenlast (Bild 6.23) zugänglich über die Schaltfläche , die sich rechts neben dem Eingabefeld der Lastgröße befindet. Im Kontextmenü ist dann der Eintrag Mehrschichtaufbau zu wählen.

Es öffnet sich die Mehrschichtaufbau-Bibliothek, in der Schichtenaufbauten ausgewählt oder auch neu definiert werden können.

Das Konzept dieser Datenbank entspricht dem der Materialbibliothek (siehe Kapitel 4.3). Über die Schaltflächen und können benutzerdefinierte Mehrschichtaufbauten erstellt bzw. geändert werden.

Die Schichten können einzeln zusammengesetzt werden. Dabei besteht über die Schaltfläche Zugriff auf die Materialbibliothek (siehe Kapitel 4.3).

Aus der Dicke und dem Spezifischen Gewicht wird das Flächengewicht (Spalte E) ermittelt. Die aktuelle Schicht wird in der Dialoggrafik mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Nach der Übernahme mit [OK] wird das Flächengewicht in den Ausgangsdialog eingetragen. Im Eingabefeld erscheint ein grünes Dreieck (siehe Grafik bei Beschreibung der Mehrschichtaufbau-Last oben), das auf den parametrisierten Eingabewert hinweist. Über einen Klick auf dieses Dreieck sind die Eingabeparameter für Änderungen wieder zugänglich.