3D-Stahlanschluss mit RFEM-Volumenelementen, Niederlande

Kundenprojekt

17. Oktober 2019

Niederlande RFEM Stahlbau

Auftraggeber ADS-Ertner BV, Capelle aan den IJssel, Niederlande
Anschlussanalyse in RFEM MSc Engineering bv, Doorwerth, Niederlande
Ausführung Severfield Europe B.V., Zevenbergen, Niederlande

Für ein Projekt in Rotterdam verwendete ADS Ertner IDEA CONNECTION, um eine räumliche Stahlverbindung zu untersuchen. Das Programm berechnet die Stahlverbindungen anhand der CBFEM-Methode, bei der jedes dünnwandige Profil mit einer 2D-Oberfläche mit nichtlinearen Materialeigenschaften, nichtlinearen Schrauben und nichtlinearen Schweißnähten modelliert wird. ADS Ertner musste große Blöcke in einem Verbindungssatz verwenden, um die Lasten übertragen zu können. In IDEA CONNECTION können diese Blöcke nicht gut modelliert werden, wenn dünnwandige Bleche verwendet werden.

Modellierung und Spannungsanalyse in RFEM

Für ADS Ertner erstellte MSc Engineering in RFEM ein 3D-Berechnungsmodell mit finiten Volumenelementen zur Verifikation der Stahlverbindung. Bei dieser speziellen Verbindung handelt es sich um einen Knoten mit sechs anschließenden Stäben. Die obere Stütze und die unteren Diagonalen sind durch enorme Normalkräfte belastet, die von der Betonfertigteilkonstruktion des Gebäudes ausgehen und eine große Zugkraft im seitlichen horizontalen Träger hervorrufen. Das 3D-Berechnungsmodell in RFEM musste erstellt werden, um die Eigenspannungen im dickwandigen Stahlblock mit einer maximalen Tiefe von 450 mm nachzuweisen. Im Berechnungsmodell wurden alle Elemente (Träger/Blöcke) als Volumenelemente modelliert. Die Knotenlasten wurden auf die Volumen durch starre Begrenzungsflächen am Ende der Volumenkörper aufgebracht. Dadurch werden die Lasten gleichmäßig auf die Volumen verteilt. Einige Träger werden von nachgiebigen Begrenzungsflächen gestützt.

Im Modell wirkt der Block als Übertragungsmedium für die großen Normalkräfte. Ein dickwandiger Stahlblock ist wirtschaftlich gesehen eine bessere Lösung als eine Reihe von Verstärkungsblechen, die verschweißt werden müssen. Die Ergebnisse der Spannungsanalyse in RFEM wurden auf eine maximal zulässige Vergleichsstahlspannung von 315 N/mm² geprüft, was einer Stahlgüte S355 mit einer Blechdicke von bis zu 100 mm entspricht. Die Spannungen im Block waren erheblich geringer als die zulässigen Spannungen. 

Der horizontale seitliche Träger und die Stütze wurden durch Stirnplatten und Schrauben verbunden. Die Modellierung der Stirnplatten erfolgte mit Volumen, wobei Kontaktvolumen den Raum zwischen den Stirnplatten bzw. zwischen Stirnplatte und Block ausfüllen. Als Schraubenlöcher wurden Öffnungen modelliert. Die Schrauben selbst sind starre Elemente, welche die Zug- und Querkräfte übertragen.

Für den Nachweis wurde das Programm RFEM gewählt, da hier Volumen berechnet werden können. Auch das Team um Prof. Wald von der Universität in Prag verwendete RFEM, um das Verhalten dünnwandiger Bleche in IDEA CONNECTION zu verifizieren.


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RFEM Hauptprogramm
RFEM 5.xx

Basisprogramm

Das FEM-Programm RFEM ermöglicht die schnelle und einfache Modellierung, Berechnung und Bemessung von Tragkonstruktionen mit Stab-, Platten-, Scheiben-, Faltwerk-, Schalen- und Volumen-Elementen aus verschiedenen Materialien.

Erstlizenzpreis
3.540,00 USD