Arten von Schubflächen und ihre Bedeutung

Fachbeitrag zum Thema Statik und Anwendung von Dlubal Software

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Fachbeitrag

Die Querschnittswerte in RFEM und RSTAB enthalten verschiedene Arten von Schubflächen. Dieser Fachbeitrag erklärt die Berechnung und Bedeutung der unterschiedlichen Werte.

Schubfläche Ay und Az

Die Schubfläche wird aus der Querschnittsfläche über den Schubkorrekturfaktor κ ermittelt. Dieser wird je nach Auswahl eines dünnwandigen oder dickwandigen Querschnitts nach der entsprechenden Theorie berechnet. Für dickwandige Querschnitte erfolgt die Berechnung nach der Theorie von GRASSHOF-ZURAVSKI (siehe auch Programmbeschreibung DICKQ), für dünnwandige Querschnitte wird die Berechnung der Schubflächen in diesem Fachbeitrag erläutert.

Die Schubfläche der Querschnitte wird standardmäßig für die Ermittlung der Schnittgrößen und Verformungen in RSTAB/RFEM genutzt. Der Einfluss der Schubverformung kann mit der entsprechenden Einstellung in den Berechnungsparametern allerdings auch vernachlässigt werden, dann sind die Schubflächen der Querschnitte nicht relevant. Der Einfluss der Schubverformung auf die Verformungen und Schnittgrößen wird in diesem Fachbeitrag anhand eines Beispiels im Holzbau beschrieben.

Wirksame Schubfläche nach EC3 Av,z und Av,y

Für die Bemessung werden zumeist eigene Schubflächen nach den entsprechenden Normen ermittelt, wie beispielsweise die wirksame Schubfläche nach EC 3. Die Berechnung ist dort im Abschnitt 6.2.6 (Querkrafttragfähigkeit) in Abhängigkeit von der Querschnittsform geregelt.

Diese Schubfläche wird im Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 zur Überprüfung der plastischen Querkrafttragfähigkeit genutzt. Wird eine elastische Spannungsanalyse mit RF-/STAHL durchgeführt, so wird die Schubfläche allerdings nicht benötigt, da die Ermittlung der Schubspannungen unabhängig davon über die Spannungspunkte erfolgt.

Plastische Schubfläche Apl,z und Apl,y

Die plastische Schubfläche stellt einen vereinfachten Ansatz zur Ermittlung der plastischen Querkrafttragfähigkeit dar. Hierbei wird der Querschnitt zunächst in rechteckige Elemente zerlegt. Die plastische Schubfläche ergibt sich aus der Fläche der parallel zur Kraftrichtung verlaufenden Elemente, vorhandene Ausrundungen und Elemente quer zur betrachteten Kraftrichtung werden nicht betrachtet. Schräg liegende Elemente werden abhängig vom Winkel berücksichtigt.

Das eigenständige Programm DUENQ benutzt zur Berechnung der plastischen Schubflächen das gleiche Verfahren.

Abgrenzung zwischen dünnwandigen und dickwandigen Querschnitten

Bei manchen Querschnitten stellt sich die Frage, ob sie noch als dünnwandig gelten oder schon als dickwandig eingestuft werden müssen. Sind Querschnitte nicht augenscheinlich als dickwandig zu erkennen, kann ein Blick auf die Schubflächen Az bzw. Ay bei der Entscheidung helfen.

Als Beispiel wird der parametrische I-Querschnitt IS 300/40/25/20/0 als dünnwandiger Querschnitt eingegeben. Nach der dünnwandigen Theorie wird eine Schubfläche Ay = 95,4 cm2 ermittelt. Diese ist damit größer als die Querschnittsfläche A = 81 cm2 und deutet darauf hin, dass der Querschnitt eigentlich als dickwandiger Querschnitt berechnet werden sollte. Vor der Berechnung eines Stabes mit diesem Querschnitt in RSTAB/RFEM erscheint daher eine entsprechende Warnmeldung durch die Plausibilitätskontrolle.

Wurde die Schubsteifigkeit in den Bemessungsparametern deaktiviert, so kann diese Warnung ohne Folgen ignoriert werden. Soll die Schubsteifigkeit berücksichtigt werden, so kann entweder ein parametrischer, dickwandiger I-Querschnitt genutzt werden oder die Schubfläche in der Tabelle der Querschnitte manuell angepasst werden. Da für die anschließende Bemessung mit RF-/STAHL EC3 die Definition als dünnwandiger Querschnitt erforderlich ist und die Schubfläche dort ohnehin keine Verwendung findet, wäre hier die Anpassung der Schubfläche des dünnwandig definierten Querschnitts zu empfehlen.

Autor

Dipl.-Ing. Oliver Metzkes

Dipl.-Ing. Oliver Metzkes

Product Engineering & Customer Support

Herr Metzkes beschäftigt sich mit der Entwicklung im Modulbereich Stahlbau und den Anwenderanfragen im Kundensupport.

Schlüsselwörter

Schubfläche Plausibilitätskontrolle dünnwandig dickwandig Schubverformung Schubsteifigkeit

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  • Aktualisiert 3. September 2021

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