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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.
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.
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.
Jetzt können in RFEM 6 auch kaltgeformte Stahlstäbe nach AISI S100-16 bemessen werden. Die Bemessung erfolgt über die Auswahl von "AISC 360" als Norm im Add-On Stahlbemessung. Anschließend wird für die Bemessung der kaltgeformten Profile automatisch "AISI S100" ausgewählt.
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".
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.
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.
In RF-/FUND Pro hat der Anwender die Möglichkeit, den Anteil der entlastenden Bodenpressungen mittels des Faktors kred frei zu wählen.
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.
Mit RF-/DYNAM Pro Ersatzlasten ist es möglich, eine Ersatzlastberechnung anhand des multimodalen Antwortspektren-Verfahrens zu durchzuführen. Im dargestellten Beispiel wurde dies für einen Mehrmassenschwinger durchgeführt.
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.
Die EN 1993-1-3 gestattet nach Absatz 3.2.2 die Verwendung einer durchschnittlichen erhöhten Streckgrenze fya eines Querschnitts infolge der Kaltverfestigung.
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. Gerade Zugstäbe werden in der Praxis sehr häufig verwendet. Wie diese näherungsweise in einer dynamischen Analyse korrekt abgebildet werden können, soll in diesem Beitrag gezeigt werden.
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.
Der Tragfähigkeitsnachweis für kaltgeformte Profile nach EN 1993-1-3 und EN 1993-1-5 kann mit der Modulerweiterung RF-/STAHL Kaltgeformte Profile geführt werden. Neben den kaltgeformten Profilen aus der Querschnittsdatenbank können auch allgemeine Profile aus DUENQ nachgewiesen werden.
Bemessung einer geschweißten Verbindung eines HEA-Profils unter zweiachsiger Biegung mit Normalkraft. Nachweis der Schweißnähte für die gegebenen Schnittgrößen nach dem vereinfachten Verfahren (DIN EN 1993-1-8 Abs. 4.5.3.3 ) mittels DUENQ.
Beim Nachweis eines Stahlquerschnitts nach Eurocode 3 ist die Zuordnung des Profils zu einer der vier Querschnittsklassen entscheidend. Die Klassen 1 und 2 ermöglichen eine plastische Bemessung, für die Klassen 3 und 4 sind nur elastische Nachweise zulässig. Neben der Beanspruchbarkeit des Querschnitts ist die ausreichende Stabilität des Bauteils nachzuweisen.
Bemessen werden soll ein Montagestoß aus Hohlprofilen mit Stirnplatten. Es handelt sich hierbei um den Untergurt eines Fachwerkträgers, welcher aus Transportgründen geteilt werden muss.
Für Deutschland gibt es die DIN EN 1998-1 mit dem nationalen Anhang DIN EN 1998-1/NA zur Ermittlung der Erdbebenlasten. Das Normpaket gilt für Hoch- und Ingenieurbauwerke in Erdbebengebieten.
- 001555
- Modellierung | Loading
- RFEM 5
-
- RSTAB 8
- RF-HOLZ AWC 5
- HOLZ AWC 8
- RF-HOLZ CSA 5
- HOLZ CSA 8
- RF-HOLZ Pro 5
- HOLZ Pro 8
- RF-JOINTS Holz | Holz zu Holz 5
- JOINTS Holz | Holz zu Holz 8
- RF-JOINTS Holz | Stahl zu Holz 5
- Stahl zu Holz 8
- RF-LIMITS 5
- LIMITS 8
- RF-LAMINATE 5
- Holzbau
- Laminat- und Sandwichtragwerke
- Statik und Tragwerksplanung
- Finite-Elemente-Berechnung
- Stahlverbindungen
- Eurocode 0
- Eurocode 5
- ANSI/AISC 360
- SIA 260
- SIA 265
Neben der Bestimmung der Lasten gibt es für die Bemessung im Holzbau hinsichtlich der Lastkombinatorik ein paar Besonderheiten, die berücksichtigt werden müssen. Anders als zum Beispiel im Stahlbau, bei dem die größte Beanspruchung aus allen ungünstigen Einwirkungen resultiert, sind im Holzbau die Festigkeitswerte abhängig von der Lasteinwirkungsdauer und der Holzfeuchte. Auch für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit gilt es, besondere Merkmale zu berücksichtigen. Welche Auswirkungen dies auf die Bemessung der Holzbauteile hat und wie dies in RSTAB und RFEM umgesetzt werden kann, wird nachfolgend erläutert.
- 001545
- Modellierung | Structure
- RFEM 5
-
- RF-RAHMECK Pro 5
- RF-JOINTS Holz | Holz zu Holz 5
- RF-JOINTS Holz | Stahl zu Holz 5
- RF-JOINTS Stahl | Biegesteif 5
- RF-JOINTS Stahl | DSTV 5
- RF-JOINTS Stahl | Gelenkig 5
- RF-JOINTS Stahl | Mast 5
- RF-JOINTS Stahl | SIKLA 5
- RF-JOINTS Stahl | Stützenfuß 5
- Stahlbau
- Maschinenbau
- Krane und Kranbahnen
- Türme und Masten
- Industrie- und Anlagenbau
- Stahlverbindungen
- Finite-Elemente-Berechnung
- Statik und Tragwerksplanung
- Eurocode 3
- DIN 18800
Mit RF-/RAHMECK Pro lassen sich Rahmenecken nach DIN 18800 oder Eurocode 3 bemessen. Wenn es um nicht genormte Anschlüsse oder einen tieferen Einblick in den Anschluss und dessen Verhalten geht, bietet sich eine Modellierung als Flächenmodell an. Der folgende Artikel soll zeigen, wie man ein solches Modell prinzipiell aufbauen kann.
In DUENQ kann die Berechnung von längs ausgesteiften Blechfeldern gemäß Abschnitt 4.5 der EN 1993-1-5 erfolgen. Bei längs ausgesteiften Blechfeldern sind in der Regel sowohl die wirksamen Flächen infolge lokalen Beulens der Einzelfelder im Blech und in den Steifen als auch die wirksamen Flächen aus dem Gesamtfeldbeulen des ausgesteiften Gesamtfeldes zu berücksichtigen.
Für die Berechnung eines nachgiebigen Verbundträgers stehen dem Ingenieur mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Diese unterscheiden sich vor allem in der Art der Modellierung. Während das Gamma-Verfahren eine einfache Modellierung gewährleistet, muss für andere Verfahren (zum Beispiel Schubanalogie) ein Mehraufwand an Modellierung in Kauf genommen werden, welcher jedoch durch die wesentlich flexiblere Anwendung gegenüber dem Gamma-Verfahren relativiert werden kann.
Insbesondere dann, wenn der angrenzende Bereich von Anschlusspunkten analysiert werden soll, die Geometrie und Last der Verbindung nicht den Normvorgaben entsprechen und/oder ein Modell mittels eines FE-Modells untersucht werden soll (zum Beispiel im Anlagenbau), müssen auch die Verbindungen detailliert am FE-Modell ausgewertet werden.
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.
In RF-STAHL Flächen lassen sich auch die Spannungen ablesen, die für den Nachweis von Schweißnähten beispielsweise nach EN 1993-1-8, Bild 4.5 relevant sind. Beim Auswerten der Spannungsanteile ist das lokale xyz-Achsensystem der Flächen zu beachten.