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In diesem Artikel wird der Einfluss der Biegesteifigkeit von Seilen auf deren Schnittgrößen dargestellt und erläutert. Außerdem werden Hinweise gegeben, wie sich dieser Einfluss reduzieren lässt.
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.
Wenn es um Windlasten auf Gebäudetypen nach ASCE 7 geht, finden sich zahlreiche Quellen, die die Berechnungsnormen ergänzen und Ingenieure bei der Aufbringung der seitlichen Lasten unterstützen. Jedoch kann es vorkommen, dass Ingenieure Schwierigkeiten haben, ähnliche Quellen für Windlasten auf Konstruktionen, die keine Gebäude sind, zu finden. Dieser Fachbeitrag erläutert die Schritte, die notwendig sind, um Windlasten nach ASCE 7-22 auf einen runden Stahlbetonbehälter mit Kuppeldach aufzubringen und zu berechnen.
CFD-Berechnungen sind im Allgemeinen sehr komplex. Die genaue Berechnung von Windströmungen um komplizierte Strukturen herum ist sehr rechen- und zeitintensiv. In vielen bautechnischen Anwendungen wird eine hohe Genauigkeit nicht benötigt; in solchen Fällen ermöglicht es unser CFD-Programm RWIND 2, das Modell der Struktur zu vereinfachen und so die Kosten erheblich zu reduzieren. In diesem Beitrag werden einige Fragen zur Vereinfachung beantwortet.
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.
Wenn regelmäßige Strukturen berechnet werden müssen, ist oft die Eingabe nicht kompliziert, sondern zeitaufwändig. Die Automation der Eingabe kann dann wertvolle Zeit sparen. Im vorliegenden Fall ist die Aufgabe, die Geschosse eines Hauses als einzelne Bauzustände zu betrachten. Die Eingabe soll mithilfe eines C# Programms erfolgen, sodass der Nutzer die Elemente der einzelnen Etagen nicht händisch eingeben muss.
Das eigenständig lauffähige Programm RSECTION steht Ihnen zur Verfügung, um die Querschnittswerte dünnwandiger Strukturen und dickwandiger Querschnitte zu ermitteln und ihre Spannungsnachweise durchzuführen. Das Programm kann sowohl an RFEM als auch an RSTAB angeschlossen werden, so dass die Querschnitte aus RSECTION auch in der RFEM- und RSTAB-Bibliothek verfügbar sind. Die Schnittgrößen können ebenso aus RFEM und RSTAB in RSECTION importiert werden.
Strukturen in RFEM 6 können als Blöcke gespeichert und in anderen RFEM-Dateien wieder verwendet werden. Dynamische Blöcke haben gegenüber nicht-dynamischen Blöcken den Vorteil, dass sie interaktive Änderungen der Strukturparameter infolge geänderter Eingangsgrößen ermöglichen. Ein Beispiel ist die Möglichkeit, Strukturelemente hinzuzufügen, indem nur die Anzahl der Felder als Eingangsvariable geändert wird. In diesem Beitrag wird die oben beschriebene Möglichkeit für dynamische Blöcke demonstriert, die mittels Scripting erzeugt werden.
In RFEM 6 ist es möglich, selektierte Objekte, aber auch ganze Strukturen als Blöcke zu speichern und in anderen Modellen wieder zu verwenden. Es lassen sich drei Arten von Blöcken unterscheiden: Ohne Parameter, mit Parameter und dynamische Blöcke (mittels JavaScript). In diesem Beitrag wird der erste Blocktyp (ohne Parameter) vorgestellt.
Komplexe Strukturen beinhalten zahlreiche Strukturelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dennoch können bestimmte Elemente dieselben Eigenschaften hinsichtlich Lagern, Nichtlinearitäten, Endmodifikationen, Gelenken etc. sowie der Bemessung (z. B. Knicklängen, Bemessungsauflager, Bewehrung, Nutzungsklassen, Querschnittsreduzierungen etc.) aufweisen. In RFEM 6 lassen sich diese Elemente anhand ihrer gemeinsamen Eigenschaften gruppieren und können so bei der Modellierung und Bemessung gemeinsam betrachtet werden.
Die Berechnung komplexer Strukturen mittels Finite-Elemente-Software erfolgt in der Regel am Gesamtmodell. Der Bau solcher Bauwerke ist jedoch ein mehrstufiger Prozess, bei dem der Endzustand des Gebäudes durch die Kombination der einzelnen Bauteile erreicht wird. Um Fehler bei der Berechnung von Gesamtmodellen zu vermeiden, muss der Einfluss des Bauablaufs berücksichtigt werden. In RFEM 6 ist dies mit dem Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA) möglich.
Zur Ermittlung der Gleichgewichtsformen von zugbelasteten Flächenmodellen und normalkraftbeanspruchten Stäben steht in RFEM 6 das Add-On Formfindung zur Verfügung. Dieses Add-On lässt sich in den Basisangaben des Modells aktivieren und kann verwendet werden, um die geometrische Lage ausfindig zu machen, in der die Vorspannung von Leichtbautragwerken im Gleichgewicht mit den vorhandenen Randreaktionen steht..
Strukturen sind in der Realität dreidimensional, sie lassen sich jedoch vereinfachen und als 2D- oder 1D-Modelle analysieren. Der Modelltyp hat einen entscheidenden Einfluss auf die Beanspruchung der Bauteile und sollte vor der Modellierung und Berechnung definiert werden.
Explosionslasten aus energiereichen Explosivmitteln bzw. Sprengstoffen, ob nun zufällig oder absichtlich, sind selten, können jedoch eine statische Bemessungsanforderung darstellen. Diese dynamischen Lasten unterscheiden sich von normalen statischen Lasten durch ihre erhebliche Größe und sehr kurze Dauer. Ein Explosionsszenario kann direkt in einem FEM-Programm als Zeitverlaufsanalyse durchgeführt werden, um die Verletzung des Lebens von Personen zu minimieren und das Ausmaß von Gebäudeschäden zu bewerten.
In RFEM stehen verschiedene Tools für die Modellierung zur Verfügung. Diese Funktionen ermöglichen ein schnelles und effektives Abbilden von komplizierten Strukturen im Programm. Die Verbindung zweier Kreise oder Bögen beispielsweise kann mit der Funktion "Tangente zu Kreisen oder Bögen" hergestellt werden.
Speziell im Anlagenbau, aber auch bei der Detailbetrachtung von statischen Strukturen kann es notwendig werden, Rohrquerschnitte als Flächenmodelle analysieren zu müssen. Für diese Zwecke bietet RFEM die Möglichkeit, anhand einer Linie automatisch Rohrquerschnitte zu erzeugen.
Die Lastgenerierer in RFEM und RSTAB, die automatisch eine Umwandlung von Flächenlasten auf Stablasten vornehmen, benötigen nahezu ebene Zellen. Bei bogenähnlichen Strukturen können die Zellen häufig nicht automatisch erkannt werden.
In RFEM und RSTAB lassen sich jedem Element (Struktur, Last etc.) Kommentare zuweisen. Dies kann sehr zur besseren Übersicht und Dokumentation von Strukturen beitragen, da die Kommentare im Ausdruckprotokoll erscheinen und zum Beispiel bestimmte Objekte über die Funktion "Selektieren speziell" danach gefiltert und angezeigt werden können.
Benutzerdefinierte Sichtbarkeiten erleichtern das Programmhandling. Einmal erstellt, können schnell beliebige Modellgruppen aus- bzw. eingeblendet werden. Dies erleichtert u.a. die Analyse der Ergebnisse in größeren 3D Strukturen aber auch die Erstellung des Protokolls. Bei Änderungen der Geometrie müssen die bestehenden Sichtbarkeiten unter Umständen aktualisiert werden.
Oft werden Strukturen in mehreren Projekten benötigt, so wie in diesem Beispiel eine Pfette mit Stützen und Kopfbändern. Man könnte die Abmessungen direkt in RFEM beziehungsweise RSTAB abändern, indem man die Knoten verschiebt.
Die Lastart Vorspannung war in den Dlubal-Programmen bislang immer eine Anfangsvorspannung. Es wurde die definierte Lastgröße aufgebracht und je nach Steifigkeit des umliegenden Systems blieb die Vorspannung mehr oder minder als Normalkraft im Seil übrig.
Mit der Funktion "Belastung generieren aus Flächenlast auf Öffnungen" können in RFEM automatisch beispielsweise Windlasten auf Fenster oder andere Lasten auf nichttragende und im Modell nicht abgebildete Strukturen in Öffnungen berücksichtigt werden. Die Funktion wird über "Extras" → "Belastung generieren" → "Aus Flächenlasten auf Öffnungen..." aufgerufen.
Ein Fluid mit konstanter Dichte im homogenen Schwerefeld übt auf seine umfassende Behälterwandung einen hydrostatischen Druck nach dem Pascal'schen Gesetz aus.
In diesem Beitrag werden Abbildungen eines Explosionsszenarios einer Ferndetonation in RF-DYNAM Pro - Erzwungene Schwingungen dargestellt und die Auswirkungen im linearen Zeitverlaufsverfahren verglichen.
Bei manchen Strukturen ist es nötig, dass diese in verschiedenen Konfigurationen bemessen werden müssen. So kann es sein, dass eine Hebebühne sowohl in der Stellung am Boden, in der Mitte und ausgefahren analysiert werden muss. Da solche Aufgaben das Anlegen mehrere Modelle erfordert, welche aber nahezu identisch sind, ist eine Aktualisierung aller Modelle mit nur einem Mausklick eine erhebliche Arbeitserleichterung.
Mit Hilfe der Modalanalyse in DYNAM Pro - Erzwungene Schwingungen kann für periodisch angeregte Strukturen die stationäre Systemantwort ermittelt werden. Das ist von Vorteil, wenn nur der eingeschwungene Zustand der Struktur von Interesse ist. Anstatt der vollständigen Lösung der Bewegungsgleichung wird nur die spezielle Lösung ausgegeben.
Wenn es um Windlasten auf Gebäudetypen nach ASCE 7 geht, finden sich zahlreiche Quellen, die die Berechnungsnormen ergänzen und Ingenieure bei der Aufbringung der seitlichen Lasten unterstützen. Jedoch kann es vorkommen, dass Ingenieure Schwierigkeiten haben, ähnliche Quellen für Windlasten auf Konstruktionen, die keine Gebäude sind, zu finden. Dieser Fachbeitrag erläutert die Schritte, die notwendig sind, um Windlasten nach ASCE 7-16 zu berechnen und auf einen kreisförmigen Stahlbetonbehälter mit Kuppeldach aufzubringen.
In gemischten FEM-Strukturen (Flächen- und Stabelemente) sowie in Faltwerken kann eine Unterzugkonstruktion für die Bemessung am Stab auf einen fiktiven Plattenbalkenquerschnitt zurückgeführt werden, dessen Geometrie von der mitwirkenden Breite abhängig ist. In RFEM wird bei Verwendung des Stabtyps "Rippe" die Steifigkeit durch einen Plattenanteil (Flächenelement) und einen Steganteil (Stabelement) abgebildet. Diese Vorgehensweise bringt für die Bemessung Besonderheiten mit sich, auf die im Folgenden eingegangen werden soll.