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Biegedrillknicken (BGDK) ist ein Phänomen, das auftritt, wenn ein Träger oder ein Bauteil auf Biegung beansprucht wird und der Druckflansch seitlich nicht ausreichend gestützt ist. Dies führt zu einer Kombination aus seitlicher Verschiebung und Verdrehung. Dies ist ein entscheidender Faktor bei der Bemessung von Bauteilen, insbesondere bei schlanken Balken und Trägern.
Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Schritte bei der Entwicklung eines Validierungsbeispiels für die CFD-Simulation erläutert, von der Auswahl eines geeigneten physikalischen Szenarios bis zur Analyse und dem Vergleich der Ergebnisse. Bei sorgfältiger Einhaltung dieser Schritte können sowohl Ingenieure als auch Experten in Forschung und Entwicklung die Glaubwürdigkeit ihrer CFD-Modelle erhöhen und so den Weg für deren effektiven Einsatz in verschiedenen Bereichen wie der Aerodynamik, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Umwelttechnik ebnen.
Die Windrichtung spielt bei der Gestaltung der Ergebnisse von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics - Numerische Strömungsmechanik) und der statischen Bemessung von Gebäuden und Infrastrukturen eine entscheidende Rolle. Sie ist ein entscheidender Faktor bei der Beurteilung, wie Windkräfte mit Bauwerken interagieren, und beeinflusst die Verteilung des Winddrucks und folglich die Maßnahmen hinsichtlich der Statik. Das Verständnis zur Auswirkung der Windrichtung ist unerlässlich, um Konstruktionen zu entwickeln, die wechselnden Windkräften standhalten sollen und somit die Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Tragwerken gewährleisten. Einfach ausgedrückt hilft die Anströmrichtung bei der Feinabstimmung von CFD-Simulationen und der Anleitung von statischen Bemessungsprinzipien, eine optimale Leistung und Widerstandsfähigkeit gegenüber windinduzierten Effekten zu erzielen.
Sowohl die Ermittlung von Eigenschwingungen als auch das Antwortspektrenverfahren werden stets an einem linearen System durchgeführt. Sind Nichtlinearitäten im System vorhanden, werden diese linearisiert und somit nicht berücksichtigt. Dies können z.B. Zugstäbe, nichtlineare Auflager oder nichtlineare Gelenke sein. In diesem Beitrag soll gezeigt werden, wie diese in einer dynamischen Analyse behandelt werden können.
Die Einhaltung von Bauvorschriften wie dem Eurocode ist unerlässlich, um die Sicherheit, Stabilität und Nachhaltigkeit von Gebäuden und anderen Strukturen zu gewährleisten. Die Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics), kurz CFD, spielt dabei eine entscheidende Rolle, indem sie das Verhalten von Flüssigkeiten simuliert, Bemessungen optimiert sowie Architekten und Ingenieuren dabei hilft, die Anforderungen des Eurocodes in Bezug auf Windlastanalyse, natürliche Lüftung, Brandsicherheit und Energieeffizienz zu erfüllen. Durch die Integration von CFD in den Planungsprozess können Fachleute sichere, effiziente und vorschriftenkonforme Gebäude erstellen, die den höchsten Bau- und Design-Standards in Europa entsprechen.
Um den Einfluss lokaler Stabilitätsphänomene schlanker Bauteile bewerten zu können, bieten RFEM 6 und RSTAB 9 die Möglichkeit eine lineare Verzweigungslastanalyse auf Querschnittsebene durchzuführen. Der folgende Beitrag widmet sich den Grundlagen der Berechnung sowie der Ergebnisinterpretation.
Das Verfahren zu Stabilitätseffekten in elastischen Untersuchungen gemäß CSA S16:19 in Anhang O.2 ist eine Alternative zum Vereinfachten Stabilitätsanalyseverfahren in Abschnitt 8.4.3. In diesem Beitrag werden die Anforderungen des Anhangs O.2 und die Anwendung in RFEM 6 beschrieben.
Die Größe des Rechengebiets (Windkanalgröße) ist ein wichtiger Aspekt in der Windsimulation, der einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit sowie die Kosten von CFD-Simulationen hat.
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.
In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Ermittlung der Nennbiegefestigkeit Mnlb für den Grenzzustand des örtlichen Beulens bei der Bemessung nach dem Aluminum Design Manual (ADM) 2020 erläutert.
Der Vorteil des RFEM 6 Add-Ons Stahlanschlüsse besteht darin, dass man Stahlverbindungen mit Hilfe eines FE-Modells untersuchen kann, dessen Modellierung vollautomatisch im Hintergrund abläuft. Die Eingabe der Stahlverbindungskomponenten, die die Modellierung steuert, kann über eine manuelle Definition der Komponenten oder mithilfe der in der Bibliothek verfügbaren Vorlagen erfolgen. Letzteres wurde bereits in einem früheren Fachbeitrag mit dem Titel "Definition von Stahlanschlusskomponenten mithilfe der Bibliothek" behandelt. Die Definition von Parametern für die Bemessung von Stahlanschlüssen ist das Thema des Fachbeitrags "Bemessung von Stahlanschlüssen in RFEM 6".
Bei den Stabilitätsnachweisen für den Ersatzstabnachweis nach EN 1993-1-1, AISC 360, CSA S16 und anderen internationalen Normen ist die Bemessungslänge (also die Knicklänge der Stäbe) zu berücksichtigen. In RFEM 6 kann die Knicklänge manuell durch Zuordnung von Knotenlagern und Knicklängenbeiwerten ermittelt oder aus dem Stabilitätsnachweis übernommen werden. Beide Möglichkeiten werden in diesem Beitrag anhand der Ermittlung der Knicklänge der Rahmenstütze in Bild 1 gezeigt.
In diesem Fachbeitrag werden einige Grundlagen zur Nutzung des Add-Ons Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) vorgestellt. Dieses ist vollständig in das Hauptprogramm integriert und ermöglicht die Berücksichtigung der Querschnittsverwölbung bei der Berechnung von Stabelementen. Im Zusammenspiel mit den Add-Ons Stabilitätsanalyse und Stahlbemessung ist ein Biegedrillknicknachweis mit Schnittgrößen nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung von Imperfektionen möglich.
Um eine übersichtlichere Darstellung der Ergebniswerte zu erzielen, können verschiedene Einstellungen vorgenommen werden. Einige Anwender stört beispielsweise der weiße Hintergrund in den Textblasen. Dieser Hintergrund kann in den "Anzeigeeigenschaften" über die Transparenz und über die Hintergrundfarbe gesteuert werden.
Häufig verhindern sehr kleine Torsionsmomente in den zu bemessenden Stäben bestimmte Nachweisformate. Um diese zu vernachlässigen und die Nachweise dennoch zu führen, kann man in RF-/STAHL EC3 einen Grenzwert definieren, ab dem Torsionsschubspannungen berücksichtigt werden.
Das Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 kann den Nachweis der Halskehlnähte für alle parametrischen, geschweißten Querschnitte der Querschnittsbibliothek führen. Hierzu muss die Option in den Detaileinstellungen des Moduls aktiviert werden. Alternativ kann auch ein Flächenmodell zur Bemessung genutzt werden.
Tragwerksstabilität ist kein neues Phänomen, wenn es um Stahlbemessung geht. Die kanadische Stahlbaunorm CSA S16 und ihre neueste Version 2019 stellen da keine Ausnahme dar. Ausführliche Stabilitätsanforderungen können entweder mit dem vereinfachten Stabilitätsanalyseverfahren in Abschnitt 8.4.3 behandelt werden, oder neu gemäß Version 2019 mit den Stabilitätseffekten im elastischen Analyseverfahren im Anhang O.
Das Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 übernimmt die für den Biegeknicknachweis zu benutzende Knicklinie für einen Querschnitt automatisch aus den Querschnittseigenschaften. Insbesondere für allgemeine Querschnitte, aber auch für Sonderfälle, kann die Zuordnung der Knicklinie in der Moduleingabe manuell angepasst werden.
Bei relativ großen beziehungsweise relativ kleinen Flächen, kommt es vor, dass automatisch erstellte Ergebniswerte von der Relation nicht zu der Struktur passen. Die Ergebnisse werden bei großen Flächen entweder zu häufig erzeugt oder bei kleinen Flächen zu wenig.
Standardmäßig werden die ermittelten Werte für die Ordinaten der Einflusslinie als Dezimalzahl mit maximal sechs Nachkommastellen ausgegeben. Für die Einflusslinien der Schnittgrößen ist dies meist ausreichend.
Bei der Querschnittsoptimierung in den Zusatzmodulen können auch beliebig definierte Querschnitts-Favoritenlisten ausgewählt werden - zusätzlich zu den Profilen aus der gleichen Profilreihe wie das ursprüngliche Profil.
Dieser Fachbeitrag behandelt die Bauteil- und Querschnittsnachweise eines geschweißten Fachwerkbinders im Grenzzustand der Tragfähigkeit. Weiterhin wird auf den Verformungsnachweis im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit eingegangen.
Mit dem Zusatzmodul RF-STAHL AISC ist die Bemessung von Stahlstäben nach der Norm AISC 360-16 möglich. Im folgenden Fachbeitrag werden die Ergebnisse zwischen der Berechnung des Biegedrillknickens nach Kapitel F und der Eigenwertanalyse verglichen.
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.
Für den Nachweis der Tragfähigkeit einer Kehlnaht gibt die EN 1993-1-8 dem Anwender unter 4.5.3.3 ein vereinfachtes Verfahren in die Hand. Hiernach ist der Nachweis erbracht, wenn der Bemessungswert der einwirkenden Kraftresultierenden auf die Kehlnahtfläche kleiner als der Bemessungswert der Tragfähigkeit der Schweißnaht ist. Möchte man nun die Schweißnaht für ein Flächenmodell dimensionieren, wird man aus der Natur der FEM-Berechnungen mit einer Vielzahl von Ergebnissen konfrontiert. Im Folgenden soll daher aufgezeigt werden, wie man die Kraftkomponenten aus dem Modell bestimmen kann.
Dieser Fachbeitrag behandelt den Stabilitätsnachweis einer Dachpfette, welche im Sinne eines minimalen Fertigungsaufwandes ohne Steifen über eine Schraubverbindung am unteren Flansch angeschlossen werden.
Die EN 1993-1-3 gestattet nach Absatz 3.2.2 die Verwendung einer durchschnittlichen erhöhten Streckgrenze fya eines Querschnitts infolge der Kaltverfestigung.
Dieser Fachbeitrag untersucht die Auswirkungen der Anschlusssteifigkeit auf die Schnittgrößenermittlung sowie die Bemessung der Anschlüsse am Beispiel eines zweistöckigen, zweischiffigen Stahlrahmens.
Die Bemessung kaltgewalzter Stahlerzeugnisse ist in EN 1993-1-3 geregelt. Typische Formen kaltgeformter Querschnitte sind U-, C-, Z-, Hut- oder Sigma-Profile. Sie werden aus dünnwandigem Blech durch Rollprofilier- oder Kantverfahren erzeugt. Beim Nachweis für die Grenzzustände der Tragfähigkeit ist auch sicherzustellen, dass örtliche Lasteinleitungen nicht zu einem Zusammendrücken, Stegkrüppeln oder örtlichem Beulen im Steg der Profile führen. Diese Effekte können sowohl durch örtliche Lasteinleitungen durch den Flansch in den Steg als auch durch Auflagerkräfte an den gelagerten Punkten hervorgerufen werden. Abschnitt 6.1.7 der EN 1993-1-3 regelt im Detail, wie die Beanspruchbarkeit des Steges Rw,Rd unter örtlicher Lasteinleitung zu ermitteln ist.