Der Ermüdungsnachweis nach EN 1992-1-1 ist für tragende Bauteile zu führen, welche großen Spannungsschwingbreiten und/oder vielen Lastwechseln ausgesetzt sind. Die Nachweise für den Beton und für die Bewehrung werden separat geführt. Es stehen zwei alternative Nachweismethoden zur Verfügung.
Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Schritte bei der Entwicklung eines Validierungsbeispiels für die CFD-Simulation erläutert, von der Auswahl eines geeigneten physikalischen Szenarios bis zur Analyse und dem Vergleich der Ergebnisse. Bei sorgfältiger Einhaltung dieser Schritte können sowohl Ingenieure als auch Experten in Forschung und Entwicklung die Glaubwürdigkeit ihrer CFD-Modelle erhöhen und so den Weg für deren effektiven Einsatz in verschiedenen Bereichen wie der Aerodynamik, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Umwelttechnik ebnen.
Um einen Unterzug oder Plattenbalken in RFEM 6 und dem Add-On 'Betonbemessung' richtig zu bemessen, ist die Ermittlung der 'Flanschbreiten' bei den Rippenstäben entscheidend. Dieser Beitrag geht auf die Eingabemöglichkeiten bei einem Zweifeldträger und die Berechnung der Flanschabmessungen nach EN 1992-1-1 ein.
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.
Das Add-on "Modalanalyse" in RFEM 6 ermöglicht die Modalanalyse von Tragwerken und damit die Ermittlung von Eigenschwingungsgrößen wie Eigenfrequenzen, Eigenformen, modalen Massen und effektiven Modalmassenfaktoren. Diese Ergebnisse können für Schwingungsuntersuchungen sowie weitere dynamische Analysen (z. B. Belastung mittels Antwortspektrum) verwendet werden.
Die Modalanalyse ist der Ausgangspunkt für die dynamische Analyse statischer Systeme. Damit können Eigenschwingungsgrößen wie Eigenfrequenzen, Eigenformen, modale Massen und effektive Modalmassenfaktoren ermittelt werden. Dieses Ergebnis kann bereits für die Schwingungsbemessung und auch für weitere dynamische Untersuchungen (z. B. Belastung durch ein Antwortspektrum) verwendet werden.
Die Bestimmung der richtigen Knicklänge ist entscheidend für die korrekte Bemessung der Tragfähigkeit eines Stabes. Bei einem mittig angeschlossenen Kreuzverband stellt sich oft die Frage, ob die volle durchgängige Länge des Stabes verwendet werden soll oder ob die halbe Länge, an die die Stäbe anschließen, ausreichend ist.In diesem Beitrag wird das Empfehlungen des AISC und ein Beispiel zur Definition der effektiven Länge von Kreuzverstrebungen in RFEM.
Der deutsche Anhang zur EN 1992-1-1 empfiehlt in der nationalen Ergänzung NCI zu Abschnitt 9.2.1.2 (2) die Zugbewehrung in der Gurtplatte von Plattenbalkenquerschnitten höchstens auf einer Breite entsprechend der halben rechnerischen effektiven Gurtbreite beff,i nach Gleichung (5.7a) anzuordnen.
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.
In RF-/STAHL EC3 können gleichzeitig mehreren Stäben beziehungsweise Stabsätzen dieselben Eingabedaten zugewiesen werden. Die gleichzeitige Zuweisung der Eingabedaten ist für Zwischenabstützungen, effektive Längen, Knotenlager, Stabendgelenke sowie Schubfeld und Drehbettung möglich.
Die parametrisierte Eingabe stellt dem Ingenieur ein effektivitätssteigerndes Werkzeug zur Verfügung. Es gestattet, die Struktur- und Belastungsdaten so einzugeben, dass sie von bestimmten Variablen abhängig sind. Diese Variablen (zum Beispiel Länge, Breite, Verkehrslast etc.) werden als Parameter bezeichnet.
Durch die rasante Entwicklung in der EDV-Branche geht der Trend auch bei der Bemessung von Bauwerken hin zum Gesamtmodell. Große Projekte werden selten von einem einzelnen Ingenieur abgewickelt. Eine einheitliche Projektverwaltung im gesamten Unternehmen ist bei Großprojekten ein Schlüssel zum effektiven Arbeiten.
In RFEM 5 und RSTAB 8 ist es möglich, Informationen zur aktuell verwendeten Lizenz sowie Detailinformationen über installierte Dongletreiber auszulesen. Bei Lizenzproblemen kann die erzeugte Textdatei dem Techniker der Dlubal-Hotline für eine schnelle und effektive Analyse zur Verfügung gestellt werden. Die Erzeugung der Datei wird über das Menü "Hilfe" → "Autorisierung" → "Diagnostics" gestartet.
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.
Spannbeton-Fertigdecken bestehen aus zusammengesetzten, einachsig gespannten Hohlplatten mit einer Breite von ca. 1,20 m. Diese Elemente werden im Fertigteilwerk mit sofortigem Verbund vorgespannt. Die Fertigung erfolgt in der Regel mit Gleitfertigern. Aufgrund des geringeren Eigengewichtes der Hohlplattendecke und der vorhandenen Vorspannung besitzen diese Spannbeton-Fertigdecken eine geringere Durchbiegung als nur schlaff bewehrte Decken aus Vollbeton.
In Teil 1 wurde die Auswahl der Auslegungskritierien für die Dimensionierung der Bewehrung für den Gebrauchstauglichkeitsnachweis in RF-BETON Stäbe und BETON erläutert. In diesem Beitrag wird auf die Funktion "Wirtschaftlichste Bewehrung für Rissbreitennachweis finden" näher eingegangen.
Bei der Definition der mitwirkenden Plattenbreite von Plattenbalken stehen in RFEM vordefinerte Breiten zur Verfügung, die mit 1/6 und 1/8 der Stablänge ermittelt werden. Die Hintergründe dieser beiden Faktoren werden näher erläutert.
"Gutes Werkzeug, halbe Arbeit": Dieses Sprichwort trifft im übertragenen Sinn auch auf die Softwarebranche zu. Je besser ein Programm auf eine Aufgabenstellung zugeschnitten ist, desto effektiver lässt sich diese lösen. Die Vielzahl und Komplexität der heutigen Problemstellungen - speziell in der Tragwerksplanung - bedürfen spezifisch zugeschnittener Lösungen. Die Erstellung eigener Programme mittels textueller Programmierung erfordert ein fundiertes Wissen und große Abstraktionsfähigkeit. Dieser Hürde stellen sich verständlicherweise nur sehr wenige Ingenieurbüros. Aus diesem Grund gibt es zusätzliche Software-Lösungen, welche dem Anwender eine visuelle Entwicklungsumgebung zur Verfügung stellen.
Der Eurocode 2 bietet zwei Möglichkeiten, einen Rissbreitennachweis durchzuführen. Zum einen kann der Rissbreitennachweis nach 7.3.3 ohne direkte Berechnung, mit Hilfe von Tabellen zur Begrenzung des Stababstandes und -durchmessers, geführt werden. Zum anderen kann die Rissbreite wk nach 7.3.4 direkt ermittelt und einem Grenzwert gegenübergestellt werden.
Die Bemessung von Stahlbetonflächen für Decken, Platten und Wände ist im Zusatzmodul RF-BETON Flächen nach ACI 318-19 bzw. CSA A23.3:19 möglich. Ein gängiger Ansatz bei der Plattenbemessung ist die Verwendung von Bemessungsstreifen zur Ermittlung der durchschnittlichen Schnittgrößen in eine Richtung über die Breite des Streifens. Dieses Verfahren mit Bemessungsstreifen nimmt im Grunde ein beidseitiges Plattenelement und wendet darauf einen einfacheren einseitigen Ansatz an, um die erforderliche Bewehrung entlang der Streifenlänge zu ermitteln.
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.
In einem multimodalen Antwortspektrenverfahren ist es wichtig, eine ausreichende Anzahl von Eigenwerten der Struktur zu ermitteln und deren dynamische Antworten zu berücksichtigen. Vorschriften wie die EN 1998-1 [1] und andere internationale Standards schreiben vor, 90 % der Strukturmasse zu aktivieren. Das heißt: so viele Eigenwerte zu bestimmen, dass die Summe der effektiven Modalmassenfaktoren größer 0.9 ist.
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.
Grundlage für den Beulnachweis nach der Methode der effektiven Breiten beziehungsweise der Methode der reduzierten Spannungen ist die Ermittlung der Verzweigungslast des Systems, nachfolgend LBA (lineare Beulanalyse) genannt. Der folgende Beitrag soll die Vorgehensweise zur analytischen Berechnung des Verzweigungslastfaktors erläutern sowie die Nutzung der FE-Methode.
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.
Aufbauend auf den Beitrag zur Bemessung der Schienenschweißnähte im Grenzzustand der Tragfähigkeit sollen sich die folgenden Erläuterungen auf die Nachweisführung der Ermüdungsnachweise der Schienenschweißnähte beziehen. Speziell die Auswirkungen der Berücksichtigung des exzentrischen Radlastangriffes von ¼ der Schienenkopfbreite soll näher betrachtet und erläutert werden.
Rissbildung in Stahlbetonbauteilen zu vermeiden, ist im Allgemeinen weder möglich noch nötig. Jedoch muss sie so begrenzt werden, dass die ordnungsgemäße Nutzung des Tragwerks, sein Erscheinungsbild und seine Dauerhaftigkeit nicht beeinträchtigt werden. Beschränkung der Rissbreite bedeutet somit nicht Verhinderung der Rissbildung, sondern Begrenzung der Rissbreite auf unschädliche Werte.
Der exzentrische Radlastangriff von 1/4 der Schienenkopfbreite muss laut DIN EN 1993-6 nur für den Ermüdungsnachweis ab einer Schadensklasse S3 berücksichtigt werden. Durch eine zusätzliche Eingabeoption in den Detaileinstellungen kann jedoch diese Exzentrizität ebenfalls für den Schweißnahtnachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit berücksichtigt werden. Mit der Auswahl dieser Option wird der Nachweis unter exzentrischer Radlast unabhängig der Schadensklasse immer berücksichtigt.
In KRANBAHN wird für den Ermüdungsnachweis der Schweißnähte sowie des Kranbahnträgers bei Verwendung des Nationalen Anhanges von Deutschland und ab einer Schadensklasse von S3 der exzentrische Radlastangriff von 1/4 der Schienenkopfbreite verwendet.