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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.
Für die Bemessung von Aluminiumstäben gibt es bei RFEM 6 das Add-On Aluminiumbemessung. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Profile der Klasse 4 nach Eurocode 9 im Programm bemessen werden.
Dieser Beitrag zeigt Ihnen die Bemessung von kaltgeformten Stahlprofilen nach EN 1993-1-3, Abschnitt 6.1.6 in RFEM 6. Da sich einige Features noch in Entwicklung befinden, werden die aktuell verfügbaren Optionen vorgestellt.
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.
Das amerikanische Steel Joist Institute (SJI) hat sogenannte Virtual Joist-Tabellen entwickelt, um die Querschnittseigenschaften für Open Web Steel Joists zu berechnen. Diese Virtual Joist-Profile werden als äquivalente Breitflanschträger bezeichnet, die der Trägergurtfläche, dem effektiven Trägheitsmoment und dem Gewicht sehr nahe kommen. Virtual Joists sind auch in der RFEM- und RSTAB-Querschnittsdatenbank verfügbar.
Die meisten in RFEM und RSTAB vorhandenen Walzprofile können auch mit eigenen Parametern versehen werden. Dazu wird der zu verändernde Querschnitt in der Bibliothek ausgewählt und im Anschluss auf den Button [Parametrische Eingabe...] geklickt.
In Zeiten von BIM wird der Datenaustausch zwischen den einzelnen Disziplinen der Tragwerksplanung und -ausführung immer wichtiger. Da jede Software eigene Spezifikationen auch im Hinblick auf die Bezeichnung von Querschnitten und Materialien hat, bieten RFEM und RSTAB eine Konvertierungstabelle (Mapping File) an.
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.
Allgemeine dünnwandige Querschnitte weisen oft unsymmetrische Geometrien auf. Die Hauptachsen solcher Profile liegen dann nicht parallel zu den horizontal und vertikal ausgerichteten Achsen Y und Z. Bei der Ermittlung der Querschnittswerte wird neben den hauptachsenbezogenen Trägheitsmomenten der Winkel α zwischen der Schwerpunktachse y und der Hauptachse u bestimmt.
Die Querschnittsprogramme DUENQ und DICKQ eignen sich, um die Querschnittskennwerte allgemeiner dünn- oder dickwandiger Profile zu ermitteln. Diese Querschnittswerte stehen auch für weitere Untersuchungen in RSTAB und RFEM zur Verfügung.
Vouten werden häufig mit coupierten Profilen ausgeführt. Bei der Modellierung sind jedoch einige Besonderheiten zu beachten, damit die Querschnitts- und Stabilitätsnachweise durchgeführt werden können.
Bei offenen Querschnitten erfolgt der Abtrag von Torsionsbelastung vor allem über sekundäre Torsion, da die St. Venantsche Torsionssteifigkeit gegenüber der Wölbsteifigkeit gering ist. Besonders für den Biegedrillknicknachweis sind daher Wölbversteifungen im Querschnitt interessant, da diese die Verdrehung erheblich reduzieren können. Hierfür bieten sich beispielsweise Stirnplatten oder eingeschweißte Steifen und Profile an.
Mit der Option "Filter" in der Querschnittsbibliothek besteht in RFEM und RSTAB die Möglichkeit, nur Profile bestimmter Normen, Querschnittsformen oder Querschnittstypen anzeigen zu lassen. Optional kann in der gleichen Maske auch das Material ausgewählt werden.
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.
In RFEM und RSTAB lassen sich Stäbe mit veränderlichem Querschnitt untersuchen, die auch aus frei definierten DUENQ-Profilen bestehen können. Für die Ermittlung der Schnittgrößen und Verformungen werden die Querschnittswerte interpoliert.
Mit dem Zusatzmodul RF-/HOHLPROF lassen sich Verbindungen für Knoten untersuchen, an denen Hohlprofile anschließen. RF-/HOHLPROF führt die Tragsicherheitsnachweise nach EN 1993-1-8:2005.
In DUENQ-Profilen können Öffnungen wie zum Beispiel Schraubenlöcher durch Elemente der Dicke null abgebildet werden. Für die Berechnung der Schubspannungen im Bereich dieser Nullelemente bietet das Programm zwei Möglichkeiten an.
Für geschweißte Fachwerkkonstruktionen bieten sich geschlossene runde Querschnitte an. Die Architektur dieser Konstruktionen ist bei der Ausführung transparenter Überdachungen beliebt. Im Beitrag wird auf die Besonderheiten bei der Nachweisführung der Hohlprofilverbindung eingegangen.
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.
Bemessen werden soll ein Montagestoß aus Hohlprofilen mit Stirnplatten. Es handelt sich hierbei um den Untergurt eines Fachwerkträgers, welcher aus Transportgründen geteilt werden muss.
In RFEM und RSTAB besteht die Möglichkeit, über die Import-Funktion DXF-Dateien einzulesen. Diese DXF-Dateien können als Grundlage für die Modellierung eines statischen Systems verwendet werden.
Das amerikanische Steel Joist Institute (SJI) hat sogenannte Virtual Joist-Tabellen entwickelt, um die Querschnittseigenschaften für Open Web Steel Joists zu berechnen. Diese Virtual Joist-Profile werden als äquivalente Breitflanschträger bezeichnet, die der Trägergurtfläche, dem effektiven Trägheitsmoment und dem Gewicht sehr nahe kommen. Virtual Joists sind auch in der RFEM- und RSTAB-Querschnittsdatenbank verfügbar.
Mit DUENQ lassen sich Querschnittswerte und Spannungen von beliebigen Profilen berechnen. Sind Flansch oder Steg durch Schraubenlöcher geschwächt, kann dies durch die Verwendung von Nullelementen abgebildet werden. Die Spannungen werden im Anschluss mit den abgeminderten Querschnittswerten neu berechnet. Ein besonderes Augenmerk ist hierfür auf die Schubspannungen zu legen. Diese werden standardmäßig im Bereich der Nullelemente zu Null gesetzt. Berechnet man die Schubspannungen mit den abgeminderten Querschnittswerten und ohne weitere Anpassung erneut, stellt sich heraus, dass das Integral der Schubspannungen nicht mehr gleich der angesetzten Querkraft ist. Wie sich daher die Schubspannung im Detail berechnet, soll im folgenden Beispiel aufgezeigt werden.
Im Querschnittsprogramm DUENQ besteht die Möglichkeit, Querschnittsteile in einem "Profil" zusammenzufassen und dessen Querschnittskennwerte abzulesen. Damit lassen sich beispielsweise bei Verbundprofilen die Kennwerte der Komponenten bestimmen.
Mit der Modulerweiterung RF-/STAHL Wölbkrafttorsion erhält das Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 die Fähigkeit, Stäbe mit asymmetrischen Querschnitten zu bemessen. Die neue Option ist in das Bemessungsmodul gänzlich integriert und kann für Stabsätze aktiviert werden.
Mit dem Querschnittsprogramm DUENQ lassen sich die Eckbereiche von Profilen detailgetreu modellieren:Die Funktion "Ecke glätten" füllt die Ecke mit einem Element und verbindet es automatisch durch ein Nullelement. Hierzu ist lediglich der Eckbereich anzuklicken.Mit der Funktion "Ecke abrunden oder abwinkeln" kann die Ecke abgerundet oder abgewinkelt werden. Hierzu sind der Abrundungsradius anzugeben und die beiden Elemente anzuklicken.
Seit Version X.06 können auch .bmp-Dateiformate aus der Zwischenablage in das Ausdruckprotokoll eingefügt werden. In der Vergangenheit wurde nur das .emf-Format (Windows Metafile) unterstützt. Der Umweg, den Screenshot vorher in ein unterstütztes Programm wie MS Paint einzufügen und von dort weiter in das Protokoll, entfällt.
Die abgebildeten Stahlstützen sollen unter der angegebenen Belastung gegen Biegeknicken in der Ebene untersucht werden. Die verwendeten Querschnitte sind Quadrathohlprofile. Es sollen Schlussfolgerungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit getroffen beziehungsweise der Einsatz höherer Stahlfestigkeiten untersucht werden.