Das Add-on Geotechnische Analyse stellt RFEM zusätzliche spezifische Bodenmaterialmodelle zur Verfügung, die in der Lage sind, das komplexe Bodenmaterialverhalten geeignet abzubilden. Der vorliegende Fachbeitrag soll als Einführung dienen und aufzeigen, wie die spannungsabhängige Steifigkeit von Bodenmaterialmodellen ermittelt werden kann.
Der Einsatz von RFEM 6 und Blender mit dem Bullet Constraints Builder Add-on zielt darauf ab, den Einsturz eines Modells auf der Grundlage echter physikalischer Eigenschaftsdaten grafisch darzustellen. RFEM 6 dient dabei als Geometrie- und Simulationsdatenquelle. Der Beitrag behandelt ein weiteres Beispiel, das zeigt, warum es wichtig ist, unsere Programme als sogenanntes BIM Open zu pflegen, um eine Zusammenarbeit über viele Softwarebereiche hinweg zu erreichen.
Windschutzkonstruktionen sind spezielle textile Konstruktionen, die die Umwelt vor schädlichen chemischen Partikeln schützen sowie Winderosion eindämmen sollen, und dabei helfen wertvolle Ressourcen zu erhalten. RFEM und RWIND werden für die Wind-Tragwerk-Analyse zur einseitigen Fluid-Struktur-Kopplung (fluid-structure interaction (FSI)) eingesetzt. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Windschutzkonstruktionen mit RFEM und RWIND statisch bemessen werden können.
Wird ein Stahlbetonmodell als gemischte Struktur, bestehend aus Flächen- und Stabelementen, abgebildet, so werden für die weitere Bemessung unterschiedliche Module verwendet.
Auflager, die nur bei Druck oder nur bei Zug zum Lastabtrag beitragen, sind in RFEM und RSTAB als nichtlineare Auflager definierbar. Dabei fällt es dem Anwender nicht immer leicht, die richtige Nichtlinearität für "Ausfall bei Zug" oder "Ausfall bei Druck" auszuwählen.
Wenn nichtlineare Effekte - wie zum Beispiel ausfallende Lager, Bettungen, Stabnichtlinearitäten oder Kontaktvolumina - im Modell verwendet werden, so ist es möglich, diese in den globalen Berechnungsparametern zu deaktivieren.
In RFEM 5 und RSTAB 8 können Stabendgelenken Nichtlinearitäten zugeordnet werden. Es steht hierbei neben den Nichtlinearitäten "Fest, falls..." und "Teilweise Wirkung..." auch "Diagramm..." zur Verfügung. Wählt man die Option "Diagramm...", sind im zugehörigen Dialog die entsprechenden Einstellungen für die Wirkung des Stabendgelenks einzutragen. Hierbei sind für die einzelnen Definitionspunkte die Abszissen- und Ordinatenwerte (Verformungen beziehungsweise Verdrehungen und zugehörige Schnittgrößen) einzutragen, welche das Gelenk definieren.
Mit dem elastisch-plastischen Materialmodell haben Sie in RFEM 5 die Möglichkeit, Flächen und Volumen mit plastischen Materialeigenschaften zu berechnen und eine Spannungsauswertung durchzuführen. Dieses Materialmodell basiert auf der klassischen Von-Mises-Plastizität.
Mit dem nichtlinear-elastischen Materialmodell können in RFEM 5 Flächen und Volumen mit nichtlinearen Materialeigenschaften berechnet und eine Spannungsauswertung durchgeführt werden.
Unter dem Materialmodel Isotrop nichtlinear elastisch gibt es die Möglichkeit, Fließgesetze gemäß der Fließregeln nach von Mises, Tresca, Drucker-Prager und Mohr-Coulomb auszwählen. Damit ist elasto-plastisches Materialverhalten beschreibbar. Die Fließfunktion ist dabei von den Hauptspannungen beziehungsweise den Invarianten des Spannungstensors abhängig. Die Kriterien sind für 2D- und 3D-Materialmodelle verwendbar.
Die Bemessung von biegesteifen Stirnplattenverbindungen gestaltet sich besonders für vierreihige Anschlussgeometrien und mehrachsige Biegebeanspruchungen komplex, da es an offiziellen Bemessungsverfahren mangelt.
Die elastischen Verformungen eines Bauteils infolge einer Last basieren auf dem hookeschen Gesetz, das eine lineare Spannungs-Dehnungs-Beziehung beschreibt. Sie sind reversibel: Nach der Entlastung kehrt das Bauteil wieder in seine ursprüngliche Form zurück. Plastische Verformungen hingegen führen zu irreversiblen Formänderungen. Die plastischen Dehnungen sind in der Regel erheblich größer als die elastischen Verformungen. Bei plastischen Beanspruchungen duktiler Materialien wie Stahl treten Fließeffekte auf, bei denen der Verformungszuwachs mit einer Verfestigung einhergeht. Sie führen damit zu bleibenden Formänderungen - und im Extremfall zur Zerstörung des Bauteils.
Beschreibung der Vorgehensweise für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit einer Bodenplatte aus Stahlfaserbeton. Dabei wird gezeigt, wie man mittels der iterativ ermittelten FEM-Ergebnisse die entsprechenden Nachweise für den GZG führt.
Stahlfaserbeton wird heutzutage vor allem für Industriefußböden beziehungsweise Hallenböden, gering beanspruchte Fundamentplatten, Kellerwände und Kellersohlen eingesetzt. Seit der Veröffentlichung der ersten DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton im Jahre 2010 liegt dem Tragwerksplaner ein bauaufsichtlich eingeführtes Regelwerk für die Bemessung des Verbundwerkstoffes Stahlfaserbeton vor, wodurch der Einsatz von Faserbeton in der Baupraxis immer beliebter wird. Dieser Artikel geht auf die Vorgehensweise der nichtlinearen Berechnung einer Fundamentplatte aus Stahlfaserbeton im Grenzzustand der Tragfähigkeit im FEM-Programm RFEM ein.
Bei der Abbildung einer Rippe aus Stahlbeton mit darüberstehender Mauerwerkswand besteht die Gefahr einer Unterbemessung der Rippe, wenn das Tragverhalten des Mauerwerks nicht korrekt berücksichtigt und die Verbindung zwischen Mauerwerkswand und Unterzug nicht ausreichend genau modelliert wird. Dieser Artikel soll sich mit dieser Problematik und den möglichen Modellierungen einer solchen Konstruktion auseinandersetzen. Im Beispiel wird die Bewehrung rein aus den Schnittgrößen und ohne jegliche konstruktive Mindestbewehrung ermittelt.
Stahlfaserbeton wird heutzutage vor allem für Industriefußböden beziehungsweise Hallenböden, gering beanspruchte Fundamentplatten, Kellerwände und Kellersohlen eingesetzt. Seit der Veröffentlichung der ersten DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton im Jahre 2010 liegt dem Tragwerksplaner ein bauaufsichtlich eingeführtes Regelwerk für die Bemessung des Verbundwerkstoffes Stahlfaserbeton vor, wodurch der Einsatz von Faserbeton in der Baupraxis immer beliebter wird. Dieser Artikel geht auf die einzelnen Materialparameter des Stahlfaserbetons sowie auf die Umsetzung dieser Materialparameter in dem FEM-Programm RFEM ein.
Für die Berechnung der Verformung im gerissenen Zustand stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. In RFEM sind ein analytisches Verfahren nach DIN EN 1992-1-1 7.4.3 und ein physikalisch-nichtlineares Verfahren implementiert. Beide Verfahren haben unterschiedliche Charakteristika und können je nach Anwendungsfall besser oder schlechter geeignet sein. Dieser Beitrag soll einen Überblick über die beiden Berechnungsverfahren geben.
Für detailliertere Untersuchungen von Scher-Lochleibungs-Verbindungen beziehungsweise deren unmittelbarer Umgebung spielt die Vorgabe der nichtlinearen Kontaktproblematik eine wichtige Rolle. In diesem Beitrag wird mithilfe eines Volumenmodells nach vergleichbaren und vereinfachten Flächenmodellen gesucht.
Die Berechnung in RFEM erfolgt meist in mehreren Rechenschritten, den sogenannten Iterationen. Damit können zum einen besondere Modelleigenschaften berücksichtigt werden wie beispielsweise Objekte mit nichtlinearen Funktionen. Zum anderen werden durch eine iterative Berechnung nichtlineare Effekte erfasst, die sich durch Verformungs- und Schnittgrößenänderungen bei Theorie II. Ordnung oder unter Berücksichtigung großer Verformungen (Seiltheorie) ergeben. Bei komplexen Modellen sind geometrisch lineare Berechnungen in der Regel nicht ausreichend.
In diesem Beitrag wird die Berücksichtigung von Nachgiebigkeiten zwischen Flächen mittels Liniengelenken und Linienfreigaben erläutert. Mit Liniengelenken und Linienfreigaben werden Nachgiebigkeiten zwischen Flächen berücksichtigt. Beispiele hierfür sind Trennfugen im Stahlbetonbau oder Eckverbindungen im Brettsperrholzbau.
Orthotrope Materialgesetze finden überall dort Verwendung, wo Materialien entsprechend ihrer Beanspruchung angeordnet werden. Beispiele hierfür sind faserverstärkte Kunststoffe, Trapezbleche, bewehrter Beton oder Holz.
Das Schalenbeulen gilt als das jüngste und am wenigsten erforschte Stabilitätsproblem der Bautechnik. Dies liegt weniger an mangelnden Forschungsaufwendungen, sondern vielmehr an der Komplexität der Theorie. Mit der Einführung und Fortentwicklung der Finite-Elemente-Methode in der bautechnischen Praxis erscheint es manchem Ingenieur nicht mehr erforderlich, sich mit der komplizierten Theorie des Schalenbeulens auseinanderzusetzen. Zu welchen Problemen und Fehlern dies führen kann, ist in [1] sehr gut zusammengefasst.
Bei der statischen Dimensionierung von Tragwerken nach den geltenden Regelwerken stehen oftmals mehrere Möglichkeiten beziehungsweise Berechnungstheorien zur Ermittlung der Schnittgrößen zur Verfügung. Der Anwender muss hierbei entscheiden, welche Theorie geeignet ist, um das Bauwerk damit nachzuweisen.
RFEM und RSTAB bieten zahlreiche Varianten der nichtlinearen Definitionen von Knotenlagern. Nachfolgend sollen in Fortführung eines früheren Beitrags an einem einfachen Beispiel die weiteren Möglichkeiten der nichtlinearen Lagerausbildung für ein verschiebliches Auflager gezeigt werden. Zum besseren Verständnis wird parallel immer das Ergebnis für ein linear definiertes Lager gezeigt.
Bei der Bemessung von Stahlbetonbauteilen nach EN 1992‑1‑1 [1] sind nichtlineare Verfahren der Schnittgrößenermittlung für die Grenzzustände der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit möglich. Dabei werden die Schnittgrößen und Verformungen unter Berücksichtigung des nichtlinearen Schnittgrößen-Verformungs-Verhaltens bestimmt. Die Berechnung der Spannungen und Dehnungen im gerissenen Zustand liefert in der Regel Durchbiegungen, die deutlich über den linear ermittelten Werten liegen.
Verfestigung beschreibt die Fähigkeit eines Materials, bei Belastung durch Umlagerungen (Strecken) der Mikrokristalle im Kristallgitter der Struktur eine höhere Steifigkeit zu erreichen. Es wird hierbei zwischen materieller isotroper Verfestigung als skalare Größen oder tensoriellen kinematischen Verfestigungen unterschieden.
In der Praxis steht der Ingenieur häufig vor der Aufgabe, die Lagerbedingungen so realistisch wie möglich abzubilden, um Verformungen und Schnittgrößen der Struktur unter deren Einfluss analysieren zu können und um möglichst wirtschaftliche Konstruktionen zu ermöglichen. RFEM und RSTAB bieten zahlreiche Varianten der nichtlinearen Auflagerdefinitionen für Knotenlager. In diesem ersten Teil sollen an einem einfachen Beispiel die Möglichkeiten der nichtlinearen Lagerausbildung für ein verschiebliches Auflager gezeigt werden. Zum besseren Verständnis wird parallel immer das Ergebnis für ein linear definiertes Lager gezeigt.
In einem früheren Beitrag wird das Materialmodell Isotrop nichtlinear elastisch erläutert. Viele Materialien besitzen aber kein rein symmetrisches nichtlineares Materialverhalten. Auch die in dem Beitrag erwähnten Fließgesetze nach von Mises, Drucker-Prager und Mohr-Coulomb sind in dieser Hinsicht auf die Fließfläche im Hauptspannungsraum beschränkt.