Joint-Structure-Interaction (JSI) bezieht sich auf das komplexe Verhalten, das sich einstellt, wenn Bauteile, insbesondere Stahlstäbe, an einem Anschluss verbunden werden. Diese Interaktion beinhaltet die Übertragung von Kräften - wie Normalkräfte, Biegemomente, Schubkräfte und Torsionsmomente - zwischen den angeschlossenen Stäben und dem Anschluss selbst.
Im Wesentlichen beleuchtet der JSI, wie die Steifigkeit von Verbindungen, wie beispielsweise bei Stahlverbindungen, das Gesamtverhalten der Struktur beeinflusst. Da Verbindungen nicht vollkommen steif sind, können sie sich unter Belastung verformen, was sich auf den Verlauf der Schnittgrößen und Verschiebungen im System auswirkt. Die genaue Berücksichtigung der JSI ist daher unerlässlich für eine genaue Lastverteilung, die Vermeidung potenzieller Strukturversagen und die Sicherstellung, dass die Struktur den relevanten Bemessungsvorschriften und -normen entspricht.
Warum ist es wichtig, die Anschluss-Bauwerk-Interaktion zu berücksichtigen?
1. Genaue Lastverteilung
Der grundlegende Zweck der Berücksichtigung von JSI bei der Modellierung und Bemessung ist die genaue Verteilung der Kräfte über die Struktur. Wenn das Anschlussverhalten nicht ausreichend berücksichtigt wird, kann es zu einer Fehlberechnung der zwischen den angeschlossenen Stäben übertragenen Kräfte und somit zu falschen Bemessungsergebnissen kommen. Zum Beispiel sollte bei der Bemessung eines Träger-Stützen-Anschlusses berücksichtigt werden, wie die Normalkraft in der Stütze und das Biegemoment im Träger durch die Verbindung geleitet werden. Das Ignorieren dieser Interaktion kann zu einer Über- oder Unterschätzung der Kräfte in benachbarten Stäben führen, was die Sicherheit der Struktur zur Folge haben kann.
2. Strukturstabilität und Sicherheit
Aufbauend auf dem vorherigen Punkt haben Gelenke einen entscheidenden Einfluss auf die Verteilung von Querkräften und Momenten. Eine genaue Abbildung des Anschlussverhaltens ist unerlässlich für die Widerstandsfähigkeit einer Konstruktion gegenüber Instabilitäten wie übermäßigen Durchbiegungen oder Knicken. Die Anschluss-Struktur-Interaktion (JSI) wird besonders unter dynamischen oder seismischen Beanspruchungen kritisch, da die Gesamtstabilität erheblich beeinflusst wird. Bei momententragfähigen Rahmen ist die Eigenschaft des Anschlusses', Rotationskräfte zu übertragen, besonders wichtig. Wenn diese Interaktionen nicht ausreichend berücksichtigt werden, kann dies zu katastrophalen Verbindungen führen, die die gesamte statische Struktur gefährden.
3. Optimierung des Materialeinsatzes
Die richtige Modellierung von JSI ermöglicht eine Optimierung des Materialeinsatzes, indem sichergestellt wird, dass Anschlüsse und angeschlossene Stäbe mit ausreichender Tragfähigkeit, aber nicht überdimensioniert bemessen werden. Eine Überschätzung der Kräfte in einer Verbindung könnte dazu führen, dass Verbindungen größer und schwerer werden als erforderlich, was wiederum zu erhöhten Materialkosten führt. Andererseits könnte eine Unterschätzung der Kräfte zu unsicheren Bemessungen führen. Durch das Erreichen eines richtigen Gleichgewichts werden der gesamte Materialverbrauch und die Baukosten reduziert.
4. Code-Einhaltung
Bemessungsvorschriften, wie die des Eurocode, AISC und anderer nationaler Normen, fordern spezifische Überlegungen zum Verhalten von Verbindungen unter verschiedenen Belastungsbedingungen. Diese Normen enthalten Richtlinien für die Bemessung und Prüfung von Verbindungen im Stahlbau, um Sicherheit und Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Das Ignorieren von JSI kann zur Nichteinhaltung dieser Normen führen, was statisches Versagen, kostspielige Reparaturen oder sogar rechtliche Probleme zur Folge haben kann.
Berücksichtigen der Anschluss-Bauwerk-Interaktion in RFEM 6 und RSTAB 9
In RFEM 6 und RSTAB 9 kann die Anschluss-Bauwerk-Interaktion (JSI) mit dem Add-On Stahlanschlüsse effektiv modelliert werden und bietet eine effiziente und genaue Methode zur Simulation von nachgiebigen Stahlverbindungen. Um dies zu ermöglichen, navigieren Sie zur Konfiguration der Anschlusssteifigkeitsanalyse (Schritt 1 in Bild 2) und aktivieren Sie JSI, indem Sie die Option "Gelenke im globalen Modell generieren" auswählen (Schritt 2 in Bild 2).
Wenn diese Option aktiviert ist, stellen Sie sicher, dass die Steifigkeitsanalyse-Einstellungen für die zugehörigen Stäbe des Anschlusses korrekt konfiguriert sind (siehe Bild 3). Bestätigen Sie danach die Einstellungen mit 'OK'.
Diese Gelenke werden vor der Schnittgrößenberechnung in das globale Modell integriert und erst dann in die nachfolgenden Analysen einbezogen. Dieser Prozess stellt sicher, dass die Interaktion zwischen den Verbindungen und der restlichen Struktur in den endgültigen Berechnungen angemessen berücksichtigt wird.
Um den Effekt dieses Setups zu überprüfen, können Sie die Ergebnisse von Modellen mit und ohne JSI vergleichen. Bild 4 zeigt die Ergebnisse des Modells mit integrierten Stahlanschlüssen unter Berücksichtigung der Interaktion mit der Struktur, während Bild 5 die Ergebnisse des Modells ohne Berücksichtigung von JSI darstellt. Der Unterschied zwischen den beiden Modellen verdeutlicht die Bedeutung und die Vorteile einer angemessenen Berücksichtigung der Anschluss-Bauwerk-Interaktion im Bemessungsprozess.
Zusätzlich können die Ergebnisse der Steifigkeitsanalyse, wie in Bild 6 gezeigt, überprüft werden, um die erhaltenen Steifigkeitswerte zu überprüfen. Damit können Sie die Genauigkeit der Steifigkeitsberechnungen nachweisen und sicherstellen, dass die Anschluss-Bauwerk-Interaktion im Modell korrekt abgebildet wird.
Fazit
Die Interaktion von Anschlüssen und Konstruktionen ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Bemessung und Analyse von Stahlkonstruktionen. Eine richtige Modellierung und das Verständnis dieses Zusammenspiels sorgt dafür, dass das Tragwerk sicher, stabil und optimal bemessen wird.
Das Add-On Stahlanschlüsse bietet in RFEM 6 und RSTAB 9 ein leistungsstarkes Werkzeug zur Simulation der Anschluss-Bauwerk-Interaktion und bietet Ingenieuren einen genaueren und realistischeren Modellierungsansatz. Durch diese Methode wird die zeitintensive manuelle Eingabe von Steifigkeitswerten überflüssig, sodass sich die Anwender auf die Gesamtbemessung ihrer Tragwerke konzentrieren können. Dieser optimierte Arbeitsablauf stellt sicher, dass sich die Ingenieure sicher auf die genaue Abbildung des Anschlussverhaltens in ihren Modellen verlassen können, und minimiert die Unsicherheit, die typischerweise mit Näherungen oder vereinfachten Anschlussmodellen verbunden ist. Als Ergebnis profitieren Ingenieure von effizienteren Nachweisen, optimiertem Materialeinsatz und dem Selbstvertrauen, komplexe Verbindungen mit Sicherheit in Angriff zu nehmen.