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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.
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.
Bei der Bemessung kaltgeformter Stahlquerschnitte sind häufig Sonderprofile erforderlich. In RFEM 6 kann der benutzerdefinierte Querschnitt mit einem Profil, das in der Bibliothek unter "Dünnwandig" hinterlegt ist, erzeugt werden. Für andere Profile, die keiner der 14 verfügbaren kaltgeformten Formen entsprechen, können die Querschnitte mit dem eigenständigen Programm RSECTION erstellt und importiert werden. Allgemeine Informationen zur Bemessung von AISI-Stahlprofilen in RFEM 6 finden Sie im Knowledge Base Article, der unten am Ende dieses Beitrags aufgeführt ist.
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.
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.
Ein Standardszenario im Holzstabbau ist die Möglichkeit, kleinere Stäbe mittels Auflager auf einem größeren Trägerstab zu verbinden. Darüber hinaus können die Stabendbedingungen eine ähnliche Situation umfassen, in der der Träger auf einem Lagertyp lagert. In beiden Fällen muss der Träger unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung gemäß NDS 2018 Abschnitt 3.10.2 und CSA O86:19 Abschnitte 6.5.6 und 7.5.9 festgelegt sind. In allgemeinen Statikprogrammen ist es in der Regel nicht möglich, diesen vollständigen Nachweis durchzuführen, da die Lagerfläche unbekannt ist. In der neuen Generation von RFEM 6 und dem Add-On Holzbemessung ist es nun mit der Funktion 'Bemessungsauflager' möglich, die Nachweise nach NDS und CSA für Lager senkrecht zur Faserrichtung zu führen.
Das optimale Szenario, in dem die Durchstanzbemessung nach ACI 318-19 [1] bzw. CSA A23.3:19 [2] verwendet werden sollte, ist, wenn eine Platte eine hohe Konzentration von Lasten erfährt oder Reaktionskräfte, die bei 1 auftreten einzelnen Knoten. In RFEM 6 wird der Knoten, bei dem das Durchstanzen von Belang ist, als Durchstanzknoten bezeichnet. Diese hohe Konzentration von Kräften kann durch eine Stütze, Einzellast oder einen Knotenlager verursacht werden. Auch die Verbindungswände können diese Einzellasten an Wandenden, Ecken und Enden von Linienlasten und Stützen zur Folge haben.
Die Einwirkungen aus der Schneelast sind in der amerikanischen Norm ASCE/SEI 7-16 sowie im Eurocode 1, Teil 1 bis 3 beschrieben. Diese Normen sind im neuen Programm RFEM 6 und im Schneelastassistenten implementiert, der das Aufbringen der Schneelasten erleichtert. In der neuesten Generation des Programms kann zudem der Bauort auf einer digitalen Landkarte festgelegt und somit die Schneelastzone automatisch eingelesen werden. Diese Daten wiederum verwendet der Lastassistent, um die Auswirkungen der Schneelast zu simulieren.
Gemäß Abs. 6.6.3.1.1 und Abs. 10.14.1.2 des ACI 318-19 bzw. CSA A23.3:19 berücksichtigt RFEM die Abminderung von Betonstab- und -flächensteifigkeiten für verschiedene Bauteilarten. Zur Auswahl stehen gerissene und ungerissene Wände, Flachplatten, Flachdecken, Balken und Stützen. Die programmintern zur Verfügung stehenden Multiplikatoren stammen aus den Tabellen 6.6.3.1.1(a) und 10.14.1.2.
In den Zusatzmodulen RF-/HOLZ Pro, RF-/HOLZ AWC und RF-/HOLZ CSA ist es möglich, die resultierende Verformung eines Stabes oder Stabsatzes zu berücksichtigen. Neben den lokalen Richtungen y und z steht die Option "R" zur Verfügung. Damit kann die Gesamtdurchbiegung eines Trägers den in den Normen angegebenen Grenzwerten gegenübergestellt werden.
Mit Hilfe der automatischen Kombinatorik von RFEM und RSTAB und Verwendung der Option "EN 1990 + EN 1991-3; Krane" können sowohl Kranbahnträger als auch die Auflagerlasten auf die weiterführende Konstruktion bemessen werden.
Wird eine Holzverbindung wie in Bild 01 dargestellt ausgeführt, kann die aus der Verbindung resultierende Drehfedersteifigkeit berücksichtigt werden. Diese kann mit Hilfe des Verschiebungsmoduls des Verbindungsmittels und des polaren Trägheitsmomentes des Anschlusses unter Vernachlässigung der Fläche der Verbindungsmittel bestimmt werden.
Für die Bemessung von Betonflächen kann der Rippenanteil der Schnittgrößen für die Berechnung im Grenzzustand der Tragfähigkeit und die analytische Berechnung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit vernachlässigt werden, da dieser bereits bei der Stabbemessung berücksichtigt wird. Dazu wird im Modul RF-BETON Flächen in den "Detaileinstellungen" die entsprechende Checkbox aktiviert. Wurden keine Rippen definiert, ist diese Funktion nicht zugänglich.
In RF-BETON Stäbe für RFEM beziehungsweise BETON für RSTAB wird dem Benutzer automatisch ein Bewehrungsvorschlag erstellt, wenn in der Maske 1.6 Bewehrung die Option "Bewehrungsvorschlag vornehmen" aktiv ist.
Kriechen und Schwinden des Betons sind Verformungseigenschaften des Betons, welche bei der Bemessung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit in der Regel zu berücksichtigen sind.
Für die Abdeckung der erforderlichen Querbewehrung ermitteln RF-BETON Stäbe und BETON in Abhängigkeit des vordefinierten Bügeldurchmessers die wirtschaftlichste Querbewehrung als Bewehrungsvorschlag.
Im vorherigen Beitrag Biegedrillknicken im Holzbau | Beispiele 1 wurde die praktische Anwendung zur Ermittlung des kritischen Biegemomentes Mcrit beziehungsweise der kritischen Biegespannung σcrit für das Kippen eines Biegeträgers anhand von einfachen Beispielen erläutert. In diesem Beitrag wird das kritische Biegemoment unter Berücksichtigung einer elastischen Bettung, resultierend aus einem Aussteifungsverband, ermittelt.
Für die Einwirkungen auf Straßenbrücken sind zusätzlich zu den grundlegenden Kombinationsregeln der EN 1990 noch weitere Kombinationsbedingungen zu beachten, die in EN 1991-2 festgelegt sind. Hierzu bieten RFEM und RSTAB eine automatische Kombinatorik an, die in den Basisangaben bei Auswahl der Norm EN 1990 + EN 1991-2 aktiviert werden kann. Die Teilsicherheitsbeiwerte und Kombinationsbeiwerte je nach Einwirkungskategorie sind bei Auswahl des jeweiligen Nationalen Anhangs bereits hinterlegt.
In diesem Beitrag werden Abbildungen eines Explosionsszenarios einer Ferndetonation in RF-DYNAM Pro - Erzwungene Schwingungen dargestellt und die Auswirkungen im linearen Zeitverlaufsverfahren verglichen.
Mit dem Zusatzmodul RF-HOLZ CSA ist eine Bemessung von Holzstützen nach der kanadischen Norm CSA O86-19 möglich. Die genaue Berechnung der Druckbeanspruchbarkeit von Holzstäben und der entsprechenden Anpassungsfaktoren ist wichtig für Sicherheitsüberlegungen und Bemessungen. Dieser Fachbeitrag behandelt den Nachweis der Druckfestigkeit unter Berücksichtigung von Beiwerten im Zusatzmodul RF-HOLZ CSA mittels schrittweiser analytischer Gleichungen nach CSA O86-19 einschließlich Stützenmodifikationsfaktoren, mit Beiwerten berechneter Druckbeanspruchbarkeit und finale Ausnutzung.
Im Beitrag Biegedrillknicken im Holzbau | Theorie sind die theoretischen Hintergründe für die analytische Ermittlung des kritischen Biegemomentes Mcrit beziehungsweise der kritischen Biegespannung σcrit für das Kippen eines Biegeträgers erläutert. In folgendem Beitrag soll an Beispielen die analytische Lösung mit dem Ergebnis aus der Eigenwertanalyse verifiziert werden.