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.
Um eine Push Over Berechnung durchführen zu können, ist es notwendig die ermittelte Kapazitätskurve in eine vereinfachte Form zu transformieren. Im Eurocode EN 1998, ist dazu die sogenannte N2 Methode beschrieben. Dieser Artikel soll dabei helfen, zu erläutern was eine Bilinearisierung nach der N2 Methode bedeutet.
Das Antwortspektrenverfahren zählt zu den am häufigsten verwendeten Bemessungsmethoden im Erdbebenfall. Dieses Verfahren hat viele Vorteile. Der Bedeutendste ist wohl die Vereinfachung: Es vereinfacht die Komplexität eines Erdbebens so weit, dass ein Nachweis mit vertretbarem Aufwand geführt werden kann. Der Nachteil dieser Methode ist wiederum, dass durch diese Vereinfachung viele Informationen verloren gehen. Eine Möglichkeit diesen Nachteil abzumildern, ist die Anwendung der äquivalenten Linearkombination bei der Kombination der Modalantworten. Das soll in diesem Beitrag durch ein Beispiel näher erläutert werden.
Das Verfahren zu Stabilitätseffekten in elastischen Untersuchungen gemäß CSA S16:19 in Anhang O.2 ist eine Alternative zum Vereinfachten Stabilitätsanalyseverfahren in Abschnitt 8.4.3. In diesem Beitrag werden die Anforderungen des Anhangs O.2 und die Anwendung in RFEM 6 beschrieben.
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.
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 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.
Tragwerksstabilität ist kein neues Phänomen, wenn es um Stahlbemessung geht. Die kanadische Stahlbaunorm CSA S16 und ihre neueste Version 2019 stellen da keine Ausnahme dar. Ausführliche Stabilitätsanforderungen können entweder mit dem vereinfachten Stabilitätsanalyseverfahren in Abschnitt 8.4.3 behandelt werden, oder neu gemäß Version 2019 mit den Stabilitätseffekten im elastischen Analyseverfahren im Anhang O.
Mit dem Zusatzmodul RF-/HOLZ Pro ist es möglich, für die Bemessung nach EN 1995-1-1 den aus der DIN 1052 bekannten Schwingungsnachweis zu führen. Dieser besagt, dass unter ständiger und quasi-ständiger Einwirkung die Durchbiegung am ideellen Einfeldträger einen Grenzwert (nach DIN 1052 6 mm) nicht überschreiten darf. Wenn man den Zusammenhang zwischen Eigenfrequenz und Durchbiegung für einen mit konstanter Streckenlast belasteten, gelenkigen Einfeldträger berücksichtigt, so resultiert aus den 6 mm eine Mindesteigenfrequenz von zirka 7,2 Hz.
In RFEM 5 gibt es die Möglichkeit, eine Vielzahl verschiedener Stabnichtlinearitäten für die Bemessung eines Modells zu verwenden. Im Folgenden wird ein Bespiel für die Verwendung der Stabnichtlinearität "Schlupf" aufgezeigt. Hierbei handelt es sich um ein vereinfachtes Modell eines Betonschachtes mit einem quadratischen Grundriss.
Im Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 ist es möglich, eine Brandbemessung für Stahlbauteile durchzuführen. Dabei wird der vereinfachte Nachweis über eine iterative Ermittlung der Stahltemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt geführt.
Das Antwortspektrenverfahren zählt zu den am häufigsten verwendeten Bemessungsmethoden im Erdbebenfall. Dieses Verfahren hat viele Vorteile. Der Bedeutendste ist wohl die Vereinfachung: Es vereinfacht die Komplexität eines Erdbebens so weit, dass ein Nachweis mit vertretbarem Aufwand geführt werden kann. Der Nachteil dieser Methode ist wiederum, dass durch diese Vereinfachung viele Informationen verloren gehen. Eine Möglichkeit diesen Nachteil abzumildern, ist die Anwendung der äquivalenten Linearkombination bei der Kombination der Modalantworten. Das soll in diesem Beitrag durch ein Beispiel näher erläutert werden.
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.
Für den Nachweis der Tragfähigkeit einer Kehlnaht gibt die EN 1993-1-8 dem Anwender unter 4.5.3.3 ein vereinfachtes Verfahren in die Hand. Hiernach ist der Nachweis erbracht, wenn der Bemessungswert der einwirkenden Kraftresultierenden auf die Kehlnahtfläche kleiner als der Bemessungswert der Tragfähigkeit der Schweißnaht ist. Möchte man nun die Schweißnaht für ein Flächenmodell dimensionieren, wird man aus der Natur der FEM-Berechnungen mit einer Vielzahl von Ergebnissen konfrontiert. Im Folgenden soll daher aufgezeigt werden, wie man die Kraftkomponenten aus dem Modell bestimmen kann.
Der Träger liegt auf der Stütze und der Träger endet an der Außenkante der Stütze. Diese Forderungen können in einem Architekturmodell mit Volumenkörpern leicht erfüllt werden. In der Stabstatik werden vereinfachte Linienmodelle genutzt, bei denen sich Mittellinien in einem gemeinsamen Knoten treffen. In diesem Beitrag soll an drei einfachen Modellen der Einfluss von Stabexzentrizitäten auf die Schnittgrößenermittlung gezeigt werden.
Um Ungenauigkeiten bezüglich der Lage von Massen in einem Antwortspektrenverfahren zu berücksichtigen, geben die Normen zur Erdbebenbemessung Regeln vor, welche sowohl im vereinfachten als auch im multimodalen Antwortspektrenverfahren angewendet werden müssen. Diese Regeln beschreiben folgende generelle Vorgehensweise: die Geschossmasse soll um eine gewisse Exzentrizität verschoben werden, woraus ein Torsionsmoment resultiert.
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.
Die Berechnung von Holztafeln erfolgt an vereinfachten Stab- oder Flächensystemen. In diesem Beitrag wird die Ermittlung der hierfür notwendigen Steifigkeit erläutert.
Der Brandschutznachweis kann in RF-/STAHL EC3 nach EN 1993-1-2 geführt werden. Die Bemessung erfolgt nach dem vereinfachten Berechnungsverfahren auf der Tragfähigkeitsebene. Als Brandschutzmaßnahmen können Bekleidungen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften gewählt werden. Es stehen die Einheits-Temperaturzeitkurve, Außenbrandkurve sowie die Hydrokarbon-Brandkurve für die Ermittlung der Gastemperatur zur Auswahl.
Für detailliertere Untersuchungen von Scher-Lochleibungs-Verbindungen beziehungsweise deren unmittelbarer Umgebung spielt die Vorgabe der nichtlinearen Kontaktproblematik eine wichtige Rolle. In diesem Beitrag wird mithilfe eines Volumenmodells nach vergleichbaren und vereinfachten Flächenmodellen gesucht.
In diesem Beitrag wird die Untersuchung der numerischen Methode auf einen Biegeträger mit einer kreisförmigen Öffnung bezogen. Dabei wird als Anhaltspunkt das Beispiel eines Lochträgers aus [1] verwendet. Die dortige Modellierung als 3D-Modell wurde hier vereinfacht auf eine zweidimensionale Diskretisierung heruntergebrochen.
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.
Kontaktvolumen können zwischen zwei ebenen Flächen oder zwischen zwei Kreiszylinderschalen erzeugt werden. Ist jedoch der Bereich des Kontaktproblems etwas komplizierter, muss entweder das System so vereinfacht werden, dass die Anforderungen eines Kontaktvolumens erreicht werden, oder man greift auf die "alte" Modellierungsart mittels Stäbchenmodell zurück.
Die Drillknicknachweise von Quer- und Längssteifen mit offenen Querschnitten sind in DIN EN 1993-1-5, Kap. 9 geregelt. Dabei wird zwischen einer vereinfachten und einer genauen Methode unterschieden, welche die Wölbsteifigkeit des Beulfeldes berücksichtigt. Vereinfachend gilt die Gleichung 9.3 der DIN EN 1993-1-5. Wird die Wölbsteifigkeit der Steife mit berücksichtigt, sollte entweder Gl. 9.3 oder Gl. 9.4 erfüllt werden. Beide Nachweise sind in FE-BEUL implementiert.
Eine grafische Dokumentation der Ergebnisse in einer statischen Zusammenstellung vereinfacht die Interpretation der Ergebnisse enorm. Beim Druck dieser Bilder in das Ausdruckprotokoll stehen bezüglich des Maßstabs verschiedene Optionen zur Verfügung.
Mit Version 8.04.0058 besteht nun auch in RSTAB die Möglichkeit, Lasten aus Drehbewegungen zu berücksichtigen. Anwendung findet diese Lastart beispielsweise in der Bemessung von Kranen (vereinfacht im Bild dargestellt).
Seit RFEM 5.04.0024 und RSTAB 8.04.0024 ist es möglich, Eislasten für Antennen in RF-/MAST Belastung zu definieren. Es stehen Werte aus Herstellerbibliotheken zur Verfügung. Außerdem können Eislasten manuell definiert oder auf Grundlage einer vereinfachten Geometrie berechnet werden.