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.
In diesem Beitrag wurde ein neuartiger Ansatz zur Generierung von CFD-Modellen auf Gemeindeebene durch die Integration von Building Information Modeling (BIM) und geografischen Informationssystemen (GIS) entwickelt, um die Generierung eines hochauflösenden 3D-Gemeindemodells zu automatisieren als Eingabe für einen digitalen Windkanal mit RWIND verwendet werden.
Stahlverbindungen werden in RFEM 6 als eine Anordnung von Komponenten definiert. Im neuen Add-On Stahlanschlüsse stehen für die Eingabe komplexer Verbindungen universell einsetzbare Basiskomponenten (Bleche, Schweißnähte, Hilfsebenen) zur Verfügung. Die Methoden, mit denen Verbindungen definiert werden können, sind in zwei früheren Knowledge Base-Beiträgen thematisiert: “Ein neuartiger Ansatz zur Bemessung von Stahlanschlüssen in RFEM 6" und “Definition von Stahlanschlusskomponenten mithilfe der Bibliothek".
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.
Treffen im Raum ausgerichtete Stäbe in einem Knoten aufeinander, so liegen die lokalen x- bzw. y-Achsen der Stäbe nicht in einer Ebene, da die lokalen z-Achsen in Ebene der Schwerkraft ausgerichteten werden.
Die Stab-Randbedingungen beeinflussen das ideale Verzweigungsmoment bei Biegedrillknicken Mcr in entscheidender Weise. Für die Ermittlung wird im Programm ein ebenes Modell mit vier Freiheitsgraden verwendet. Die entsprechenden Beiwerte kz und kw können hierbei für normkonforme Querschnitte individuell definiert werden. Damit lassen sich die Freiheitsgrade beschreiben, die durch die Lagerungsbedingungen an den beiden Stabenden vorliegen.
Die Stahlbetonbemessung für den Brandfall erfolgt nach dem vereinfachten Verfahren gemäß EN 1992-1-2 Abschnitt 4.2. Dabei wird die im Anhang B.2 beschriebene "Zonenmethode" benutzt: Der Querschnitt wird in eine Anzahl paralleler Zonen gleicher Dicke unterteilt und deren temperaturabhängige Druckfestigkeit ermittelt. Die reduzierte Tragfähigkeit bei Brandeinwirkung wird so durch einen verkleinerten Bauteilquerschnitt mit abgeminderten Festigkeiten abgebildet.
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 dem Modul LIMITS ist es möglich die Tragfähigkeit von Stäben, Stabenden, Knoten, Knotenlagern und Flächen (nur RFEM) anhand einer definierten Grenztragfähigkeit zu vergleichen. Des Weiteren können Knotenverschiebungen sowie Querschnittsabmessungen kontrolliert werden. In diesem Beispiel sollen Stützenfüße eines Carports mit den vom Hersteller angegebenen, maximal zulässigen, Kräften verglichen werden.
Bei einem wandartigen Tragverhalten der Brettsperrholzplatte muss der Schubverformung in Scheibenebene und damit insbesondere der Verschieblichkeit der Verbindungsmittel besondere Beachtung geschenkt werden.
Hat man in RFEM eine DXF-Datei eingelesen oder muss eine bereits bestehende Stabstruktur mit einer Membran versehen, bietet die Funktion "Extras" → "Modell generieren" → "Flächen" → "Flächen aus Zellen" eine schnelle Möglichkeit, um ebene Flächen zu erstellen.
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 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.
In RFEM sind Flächen automatisch verbunden, wenn sie gemeinsame Randlinien aufweisen. Falls die Definitionslinie einer Fläche in einer anderen Fläche liegt, wird sie automatisch in diese Fläche integriert, sofern es sich um eine ebene Fläche handelt. Bei Quadrangelflächen hingegen wäre die automatische Objekterkennung relativ aufwendig. Daher ist die entsprechende Funktion gesperrt. Die integrierten Objekte sind manuell anzugeben.
In RF-/FUND Pro werden die einzulegende Bewehrung in der Fundamentplatte und gegebenenfalls die Köcherbewehrung in einem 3D-Rendering und in Bewehrungsplänen dargestellt.
Mit dem orthotropen elastisch-plastischen Materialmodell können in RFEM 5 Volumen mit plastischen Materialeigenschaften berechnet und nach dem sogenannten Tsai-Wu-Kriterium ausgewertet werden. Das Tsai-Wu-Kriterium geht auf Stephen W. Tsai und Edward M. Wu zurück, die es 1971 für ebene Spannungszustände veröffentlichten.
Mitunter können bei der Modellierung in RFEM doppelte Linien entstehen. Damit diese schneller gefunden und gegebenenfalls gelöscht werden können, ist es in RFEM 5 möglich, überlappende Linien zu exportieren. Dies ist beispielsweise nach Excel oder in eine eigene Gruppe der Ausschnitte möglich.
In RFEM und RSTAB können Modellobjekte in der Grafik mit einem Kommentar versehen werden. Beim Einfügen eines Kommentars springt der Ursprung der aktuellen Arbeitsebene automatisch temporär in dieselbe Ebene, in der der Kommentar gesetzt wird. Dadurch wird verhindert, dass Kommentare versehentlich sehr weit vom Objekt abgelegt werden.
In RFEM 5 und RSTAB 8 kann jetzt eine eigene Arbeitsebene mittels einfacher Auswahl dreier Punkte erstellt werden. Dazu ist es nicht mehr erforderlich, ein benutzerdefiniertes Koordinatensystem zu erzeugen.
Reibung spielt in der Praxis eine bedeutende Rolle. Ohne Reibung könnten Autos nicht bremsen, Gegenstände würden auf schiefen Ebenen einfach davongleiten, vorgespannte Schraubenverbindungen wären nicht möglich.
Tragwerke sind von Natur aus dreidimensional. Weil man aber in der Vergangenheit nicht in der Lage war, Berechnungen an dreidimensionalen Modellen ohne weiteres durchzuführen, wurden die Tragwerke vereinfacht und in ebene Teilsysteme zerlegt. Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit von Computern und zugehöriger Software kann man heute oft auf diese Vereinfachungen verzichten.Digitale Trends, wie zum Beispiel Building Information Modeling (BIM) oder neue Möglichkeiten der Erstellung von realitätsnah visualisierten Modellen, verstärken diesen Trend. Aber haben wir von 3D-Modellen wirklich einen Vorteil oder folgen wir nur einem Trend? Nachfolgend einige Argumente für die Arbeit in 3D-Modellen.
In diesem Beispiel geht es um die Erstellung einer ebenen Fläche aus vier Knoten, welche importiert wurden und augenscheinlich in einer gemeinsamen Ebene liegen, in Wirklichkeit jedoch aufgrund eines beispielsweise vorausgegangenen Modellierungsfehlers um wenige Millimeter doch nicht in einer Ebene liegen. Beim Versuch, eine ebene Fläche zu erstellen, wird die Fehlermeldung "Fehler bei Definition der Fläche! Die Knoten liegen nicht in einer Ebene." angezeigt.
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.
Häufig befinden sich an Gebäuden Anbauten. Liegen die Dachebenen nicht in gleicher Höhe, muss dieser Höhensprung (falls er mehr als 0,5 m beträgt) bei der Schneelastannahme zusätzlich erfasst werden.
Bei der Modellierung mit finiten Elementen stößt man früher oder später auf die Frage, wie zwei aufeinanderliegende Flächen (2D-Elemente) modelliert werden können. Nicht selten wird der Gedanke umgesetzt, beide Flächen in der gleichen Ebene zu modellieren. Welche Folgen dies haben kann und ob es eventuell bessere Lösungsansätze gibt, soll im Folgenden betrachtet werden.
Bei der Ein- und Weiterleitung von horizontalen Lasten wie Wind- oder Erdbebenlasten kommt es in 3D-Modellen immer öfter zu Schwierigkeiten. Um solche Probleme zu umgehen, fordern einige Normen (zum Beispiel ASCE 7, NBC) die Vereinfachung des Modells mithilfe von Ebenen, welche die horizontalen Lasten auf die lastabtragenden Bauteile verteilen, aber selbst keine Biegung aufnehmen können (engl. "Diaphragm").
Bei Kontrollrechnungen und Vergleich der Schnittgrößen und der daraus resultierenden erforderlichen Bewehrung von Unterzügen tauchen teilweise große Unterschiede auf. Obwohl dieselben Lastannahmen und Stützweiten angesetzt werden, geben einige Programme beziehungsweise die Handrechnung stark abweichende Schnittgrößen gegenüber dem FEM-Modell aus. Die Unterschiede treten auch bereits beim zentrischen Stab auf und ohne Berücksichtigung der Schnittgrößenanteile aus den gegebenenfalls mitwirkenden Plattenbreiten.