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In diesem Fachbeitrag werden verschiedene Verfahren für einen in EN 1993-1-1:2005 aufgeführten Stabilitätsnachweis und deren Anwendung im Programm RFEM 6 erläutert.
Die Bemessung der Querschnitte nach Eurocode 3 basiert auf der von der Norm festgelegten Einteilung der nachzuweisenden Querschnitte in Klassen. Die Klassifizierung der Querschnitte ist wichtig, da sie die Grenzen der Beanspruchbarkeit und Rotationskapazität durch lokales Beulen von Querschnittsteilen festlegt.
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.
Stabsätze werden in RF-/STAHL EC3 standardmäßig nach dem allgemeinen Verfahren (EN 1993-1-1, Kap. 6.3.4) auf Stabilität bemessen. Hierzu ist es notwendig, für das Ersatzsystem mit vier Freiheitsgraden die richtigen Lagerbedingungen zu bestimmen. Bei den heute üblichen 3D-Modellen kann man schnell die Übersicht über die Lage der Stabsätze im System verlieren.
In der EN 1993-1-1 wurde mit dem Allgemeinen Verfahren ein Nachweisformat für Stabilitätsnachweise eingeführt, welches sich für ebene Systeme mit beliebigen Randbedingungen und veränderlicher Bauhöhe anwenden lässt. Die Nachweise können für eine Belastung in der Haupttragebene und gleichzeitiger Druckbeanspruchung geführt werden. Dabei werden die Stabilitätsfälle Biegedrillknicken und Biegeknicken aus der Haupttragebene heraus, also um die schwache Bauteilachse, nachgewiesen. Häufig stellt sich daher die Frage, wie in diesem Zusammenhang Biegeknicken in der Haupttragebene nachgewiesen werden kann.
Für den Stabilitätsnachweis von Stäben und Stabsätzen mit gleichförmigem Querschnitt kann das Ersatzstabverfahren nach EN 1993-1-1, 6.3.1 bis 6.3.3 genutzt werden. Sobald allerdings ein gevouteter Querschnitt vorhanden ist, so ist dieses Verfahren nicht mehr oder nur eingeschränkt anwendbar. Das Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 kann derartige Fälle automatisch erkennen und auf das Allgemeine Verfahren umschalten.
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.
Die Klassifizierung der Querschnitte nach EN 1993-1-1 anhand der Tabelle 5.2 stellt eine einfache Methode zum Nachweis des lokalen Beulens von Querschnittsteilen dar. Für Querschnitte der Querschnittsklasse 4 ist anschließend die Ermittlung von effektivem Querschnittswerten nach EN 1993-1-5 notwendig, um den Einfluss des lokalen Beulens mit bei den Tragfähigkeitsnachweisen zu berücksichtigen.
Beim Anschluss zugbeanspruchter Bauteile mit Schraubverbindungen muss die Querschnittsschwächung durch die Schraubenlöcher beim Tragfähigkeitsnachweis berücksichtigt werden. Im folgenden Beitrag wird beschrieben, wie der Nachweis der Zugtragfähigkeit nach DIN EN 1993-1-1 mit der Nettoquerschnittsfläche des Zugstabes im Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 geführt werden kann.
Die Klassifizierung von Querschnitten nach EN 1993-1-1 und EN 1993-1-5 kann im Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 automatisch durchgeführt werden. Die maximalen c/t Verhältnisse sind in der Norm für gerade Querschnittsteile vorgegeben. Für gekrümmte Querschnittsteile gibt es keine normativen Vorgaben und daher kann die Querschnittsklassifizierung für diese Querschnittsteile nicht durchgeführt werden.
In diesem Fachbeitrag soll eine Pendelstütze mit einer mittig angreifenden Normalkraft und einer auf die starke Achse wirkenden Linienlast mit Hilfe des Zusatzmoduls RF-/STAHL EC3 nach EN 1993-1-1 nachgewiesen werden.
In diesem Fachbeitrag wird eine Pendelstütze mit einer mittig angreifenden Normalkraft und einer auf die starke Achse wirkenden Linienlast mit Hilfe des Zusatzmoduls RF-/STAHL EC3 nach EN 1993-1-1 nachgewiesen. Stützenkopf und Stützenfuß werden als Gabellager angenommen. Die Stütze ist zwischen den Auflagern nicht gegen Verdrehen gehalten. Der Querschnitt der Stütze ist ein HEB 360 aus S235.
Im Folgenden soll ein Zweifeldträger, welcher auf Biegung beansprucht ist, mit Hilfe des Zusatzmoduls RF-/STAHL EC3 nach EN 1993-1-1 nachgewiesen werden. Auf Grund ausreichender Stabilisierungsmaßnahmen wird das globale Stabilitätsversagen ausgeschlossen.
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem Stabilitätsnachweis einer Stahlstütze mit planmäßig mittigem Druck nach EN 1993-1-1 Abs. 6.3.1. Zusätzlich wird eine Variantenuntersuchung mit dem Ziel der Stahloptimierung durchgeführt.
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Steifigkeit der im Stahlhochbau häufig verwendeten typisierten Verbindungen nach DSTV/DASt-Katalog und deren Auswirkung auf die Tragwerksberechnung und Bemessungsergebnisse nach DIN EN 1993-1-1.
Dieses Beispiel wurde in der Fachliteratur [1] als Beispiel 9.5 sowie in [2] als Beispiel 8.5 behandelt. Für den betrachteten Bühnenhauptträger ist der Biegedrillknicknachweis zu führen. Es handelt sich um ein gleichförmiges Bauteil. Der Stabilitätsnachweis kann daher nach Abschnitt 6.3.2 der DIN EN 1993-1-1 erfolgen. Aufgrund der einachsigen Biegung wäre alternativ auch ein Nachweis über das Allgemeine Verfahren nach Abschnitt 6.3.4 möglich. Ergänzend soll die Ermittlung des Verzweigungslastfaktors am idealisierten Stabmodell im Rahmen der oben genannten Verfahren mit einem FEM-Modell validiert werden.
Dieses Beispiel wurde in der Fachliteratur [1] als Beispiel 9.5 sowie in [2] als Beispiel 8.5 behandelt. Für den betrachteten Bühnenhauptträger ist der Biegedrillknicknachweis zu führen. Es handelt sich um ein gleichförmiges Bauteil. Der Stabilitätsnachweis kann daher nach Abschnitt 6.3.3 der DIN EN 1993-1-1 erfolgen. Aufgrund der einachsigen Biegung wäre alternativ auch ein Nachweis über das Allgemeine Verfahren nach Abschnitt 6.3.4 möglich. Ergänzend soll die Ermittlung von Mcr am idealisierten Stabmodell im Rahmen der oben genannten Verfahren mit einem FEM-Modell validiert werden.
Gemäß EN 1993‑1‑1 [1] müssen in den Berechnungen in der Regel äquivalente geometrische Ersatzimperfektionen verwendet werden, deren Werte die möglichen Wirkungen aller Imperfektionen abdecken. In EN 1993‑1‑1 Abschnitt 5.3 werden die grundsätzlichen Imperfektionen für die Tragwerksberechnung sowie die Bauteilimperfektionen angegeben.
Gemäß EN 1993-1-1 [1] müssen in den Berechnungen in der Regel äquivalente geometrische Ersatzimperfektionen verwendet werden, deren Werte die möglichen Wirkungen aller Imperfektionen abdecken. In EN 1993-1-1 Abschnitt 5.3 werden die grundsätzlichen Imperfektionen für die Tragwerksberechnung sowie die Bauteilimperfektionen angegeben.
Diese Struktur wurde in der Fachliteratur [1] "Kommentar zum Eurocode 3" als Beispiel IV.10 behandelt. Für die Stütze mit linear veränderlichem Querschnitt ist der Nachweis ausreichender Tragsicherheit (Querschnitts- und Stabilitätsnachweis) zu erbringen. Aufgrund des ungleichförmigen Bauteils muss der Nachweis der Stabilität (aus der Haupttragebene) mit dem Verfahren nach Abschnitt 6.3.4 oder alternativ nach Theorie II. Ordnung geführt werden.
Die Ermittlung von Verzweigungslastfaktoren sowie den zugehörigen Eigenformen für beliebige Strukturen kann in RFEM und RSTAB effizient über die Zusatzmodule RF-STABIL beziehungsweise RSKNICK (linearer Eigenwertlöser oder nichtlineare Berechnung) erfolgen.
Vor der eigentlichen Querschnittsanalyse von Stahlprofilen sind diese nach EN 1993-1-1 5.5 bezüglich ihrer Beanspruchbarkeit und Rotationskapazität zu klassifizieren. Dabei werden die einzelnen Querschnittsteile analysiert und in die Klassen 1 bis 4 eingeordnet. Die Klasse des Querschnitts bestimmt sich im Anschluss und im Allgemeinen aus der höchsten Klasse der Querschnittsteile. Können für die spätere Bemessung von Querschnitten der Klassen 1 und 2 noch plastische Beanspruchbarkeiten herangezogen werden, dürfen diese ab Klasse 3 nur noch elastisch bestimmt werden. Bei Klasse-4-Querschnitten tritt bereits vor dem Erreichen des elastischen Momentes ein lokales Beulen auf. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, dürfen effektive Breiten verwendet werden. Dieser Beitrag wird sich nun im Folgenden genauer mit der Berechnung der effektiven Querschnittswerte befassen.
Mit RF-/STAHL EC3 können die in EN 1993-1-1 Abs. 6.2 angegebenen plastischen Querschnittsnachweise geführt werden. Nachfolgend soll speziell auf die Interaktion bei Beanspruchung aus Biegung und Normalkraft für I-Querschnitte eingegangen werden, welche im Abschnitt 6.2.9.1 geregelt ist.
Im Folgenden soll ein Einfeldträger, welcher auf Biegung und Druck beansprucht ist, mit Hilfe des Zusatzmoduls RF-/STAHL EC3 nach EN 1993-1-1 nachgewiesen werden. Da der Träger als gevouteter Querschnitt ausgeführt ist und es sich damit nicht um ein gleichförmiges Bauteil handelt, ist der Nachweis entweder nach dem Allgemeinen Verfahren nach Abs. 6.3.4 EN 1993-1-1 zu führen oder mittels Theorie II. Ordnung. Beide Möglichkeiten sollen untersucht und verglichen werden, wobei für die Berechnung nach Theorie II. Ordnung ein zusätzliches Nachweisformat mittels Teilschnittgrößenverfahren zur Verfügung steht. Daraus gliedert sich die Bemessung in drei Schritte:Nachweis nach Abs. 6.3.4 EN 1993-1-1 (Allgemeines Verfahren)Nachweis nach Theorie II. Ordnung, elastisch (Wölbkrafttorsionsanalyse)Nachweis nach Theorie II. Ordnung, plastisch (Wölbkrafttorsionsanalyse und Teilschnittgrößenverfahren)
Der Stabilitätsnachweis des hier betrachteten Stahlrahmens kann mit dem Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 nach dem Allgemeinen Verfahren gemäß EN 1993-1-1 Abs. 6.3.4 geführt werden. In diesem ersten von drei Beiträgen soll die im Rahmen des Nachweiskonzeptes erforderliche Ermittlung eines Vergrößerungsfaktors der Bemessungslasten gezeigt werden, mit dem die ideale Verzweigungslast mit Verformungen aus der Haupttragwerksebene erreicht wird.
In RF-/STAHL EC3 steht dem Anwender neben den Stabilitätsnachweisen in den Abschnitten 6.3.1 bis 6.3.3 EN 1993-1-1 auch das Allgemeine Verfahren nach 6.3.4 EN 1993-1-1 zur Verfügung.