In RFEM 6 ist es möglich, zwischen Flächen Linienschweißnähte zu definieren und mit Hilfe des Add-Ons Spannungs-Dehnungs-Berechnung die Schweißnahtspannungen zu berechnen.
Es stehen folgende Anschlusstypen zur Verfügung:
Stumpfstoß
Eckstoß
Überlappungsstoß
T-Stoß
Abhängig vom gewählten Anschlusstyps können folgende Ausführungen der Schweißnaht gewählt werden:
Dank RFEM können Sie die speziellen Eigenschaften der Verbindung zwischen Stahlbetondecke und Mauerwerkswand über ein spezielles Liniengelenk abbilden. Dieses begrenzt die übertragbaren Kräfte der Verbindung in Abhängigkeit der vorgegebenen Geometrie. Sie ahnen es vermutlich schon: Dadurch kann keine Überlastung des Materials erfolgen.
Das Programm entwickelt für Sie Interaktionsdiagramme, die automatisch angewendet werden. Diese bilden die verschiedenen geometrischen Situationen ab und Sie können daraus korrekte Steifigkeit ermitteln.
Im Vergleich zum Zusatzmodul RF-/STAHL (RFEM 5 / RSTAB 8) sind im Add-On Spannungs-Dehnungs-Berechnung für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Behandlung von Stäben, Flächen, Volumen, Schweißnähten (Linienschweißverbindungen zwischen zwei bzw. drei Flächen mit anschließender Spannungsbemessung)
Ausgabe von Spannungen, Spannungsverhältnissen, Spannungsschwingbreiten und Dehnungen
Grenzspannung abhängig von dem zugeordneten Material oder einer benutzerdefinierten Eingabe
Individuellen Vorgabe der zu berechnenden Ergebnisse durch frei zuweisbare Einstellungstypen
Nicht modale Ergebnisdetails mit aufbereiteter Formeldarstellung und zusätzlicher Ergebnisdarstellung auf der Querschnittsebene von Stäben
Wenn Sie die Bemessung abgeschlossen haben, sorgt das Programm für übersichtliche Ergebnisse. So werden Ihnen die maximalen Spannungen und Ausnutzungen geordnet nach Querschnitten, Stäben/Flächen, Volumen, Stabsätzen, x-Stellen usw. ausgegeben. Neben den tabellarischen Ergebniswerten zeigt Ihnen das Add-On stets die zugehörige Querschnittsgrafik mit Spannungspunkten, Spannungsverlauf und Werten an. Den Ausnutzungsgrad können Sie auf jede beliebige Spannungsart beziehen. Die aktuelle Stelle wird Ihnen im RFEM-/RSTAB-Modell gekennzeichnet.
Neben der tabellarischen Auswertung bietet Ihnen das Programm noch mehr. Sie können daher auch eine grafische Kontrolle der Spannungen und Ausnutzungen am RFEM-/RSTAB-Modell auswählen. Die Farb- und Wertezuweisungen können Sie dabei benutzerdefiniert anpassen.
Die Darstellung der Ergebnisverläufe am Stab oder Stabsatz ermöglicht Ihnen eine gezielte Auswertung. Für jede Bemessungsstelle können Sie die relevanten Profilkennwerte und Spannungskomponenten an jedem Spannungspunkt kontrollieren. Am Ende haben Sie die Möglichkeit, sich die zugehörige Spannungsgrafik mit allen Details auszudrucken.
Wussten Sie schon? Um Mauerwerk berechnen zu können, wurde in RFEM ein nichtlineares Materialmodell implementiert. Dieses wurde nach dem Ansatz von Lourenco gewählt, einer zusammengesetzten Fließfläche nach Rankine und Hill. Dieses Modell ermöglicht es Ihnen, das Tragverhalten von Mauerwerk, die unterschiedlichen Bruchmechanismen, zu beschreiben und abzubilden.
Die Grenzparameter wurden dabei so gewählt, dass die verwendeten Bemessungskurven einer normativen Bemessungskurve entsprechen.
In der Schichtenaufbau-Bibliothek stehen Ihnen u. a. folgende Brettsperrholz-Hersteller zur Verfügung:
Binderholz (USA)
KLH (USA, CAN)
Kalesnikoff (USA, CAN)
Nordic Structures (USA, CAN)
Mercer Mass Timber
SmartLam
Sterling Structural
Aufbauten, die in der Lignatec-Ausgabe 32 "Brettsperrholz aus Schweizer Produktion" gelistet sind
Durch das Laden eines Aufbaues aus der Schichtenaufbau-Bibliothek werden für Sie automatisch alle relevanten Parameter übernommen. Die Datenbank wird kontinuierlich für Sie erweitert.
In RFEM ist eine Bibliothek für Brettsperrholzflächen implementiert, von der Sie die Herstelleraufbauten (z. B. Binderholz, KLH, Piveteaubois, Södra, Züblin Timber, Schilliger, Stora Enso) laden können. Dabei werden neben den Schichtdicken und Materialien auch Informationen über die Steifigkeitsreduktionen sowie über die Verklebung der Schmalseiten mit übertragen.
Für die Eigenwertermittlung stehen Ihnen mehrere Methoden zur Auswahl:
Direkte Methoden
Die direkten Methoden (Lanczos (RFEM), Wurzeln des charakteristischen Polynoms (RFEM), Unterraum-Iterationsmethode (RFEM/RSTAB), Inverse Iteration mit Shift (RSTAB)) sind für kleine bis mittlere Modelle geeignet. Diese schnellen Methoden für Gleichungslöser sollten Sie nur verwenden, wenn Ihr Computer über eine höhere Zahl an Arbeitsspeicher (RAM) verfügt.
Diese Methode benötigt dagegen nur wenig Arbeitsspeicher. Die Eigenwerte werden nacheinander ermittelt. Sie kann eingesetzt werden, um sehr große Systeme mit wenigen Eigenwerten zu berechnen.
Mit dem Add-On Strukturstabilität können Sie auch das Inkrementalverfahren nutzen, um eine nichtlineare Stabilitätsanalyse durchzuführen. Diese Analyse liefert auch bei nichtlinearen Systemen wirklichkeitsnahe Ergebnisse. Der kritische Lastfaktor wird ermittelt, indem die Lasten des zugrunde liegenden Lastfalls schrittweise bis zur Instabilität gesteigert werden. Bei der Laststeigerung werden Nichtlinearitäten wie z. B. ausfallende Stäbe, Lager und Bettungen sowie Materialnichtlinearitäten berücksichtigt. Nach der Laststeigerung können Sie optional am letzten stabilen Zustand eine lineare Stabilitätsanalyse durchführen, um die Stabilitätsfigur zu ermitteln.
Im Vergleich zu den Zusatzmodulen RF-STABIL (RFEM 5) und RSKNICK (RSTAB 8) sind im Add-On Strukturstabilität für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Aktivierung als Eigenschaft eines Lastfalls oder einer Lastkombination
Automatisierte Aktivierung der Stabilitätsberechnung über Kombinationsassistenten für mehrere Lastsituationen in einem Schritt
Inkrementelle Laststeigerung mit benutzerdefinierten Abbruchkriterien
Veränderung der Eigenformnormierung ohne Neuberechnung
Die Berechnung des Mauerwerks erfolgt unter Einhaltung des nichtlinear-plastischen Materialgesetzes. Wenn die Belastung in einem Punkt höher liegt als die mögliche aufzunehmende Last, erfolgt innerhalb des Systems eine Umlagerung. Dies dient dem einfachen Zweck, das Kräftegleichgewicht wiederherzustellen. Mit einem erfolgreichen Berechnungsende haben Sie den Nachweis der Standsicherheit erbracht.
Als erste Ergebnisse präsentiert Ihnen das Programm die kritischen Lastfaktoren. Anschließend können Sie eine Beurteilung der Stabilitätsgefährdung durchführen. Bei Modellen mit Stäben werden Ihnen die Knicklängen und kritischen Lasten der Stäbe tabellarisch ausgegeben.
Sie können weitere Ergebnismasken nutzen, um die normierten Eigenformen knoten-, stab- und flächenweise zu überprüfen. Die grafische Ausgabe der Eigenwerte macht Ihnen eine Beurteilung des Knick- bzw. Beulverhaltens möglich. Sie erleichtert es Ihnen, Gegenmaßnahmen einzubringen.
Ihre Bemessung war erfolgreich? Dann lehnen Sie sich einfach zurück. Auch hier profitieren Sie wieder von den zahlreichen Funktionen in RFEM. Das Programm gibt Ihnen die maximalen Spannungen der Mauerwerksflächen aus, wobei Sie sich die Ergebnisse in jedem FE-Netzpunkt detailliert darstellen lassen können.
Zudem können Sie Schnitte einfügen, um eine detaillierte Auswertung einzelner Bereiche vorzunehmen. Über die Darstellung der plastizierten Bereiche ist es Ihnen möglich, eine Rissabschätzung im Mauerwerk vorzunehmen.
Sie können sich sicher denken, dass gerade die Kosten ein wichtiger Faktor in der Planung jedes Projektes sind. Auch die Bestimmungen zur Emissionsabschätzung sind unbedingt einzuhalten. Das zweiteilige Add-On Optimierung & Kosten / CO2-Emissionsabschätzung erleichtert es Ihnen, sich im Dschungel der Normen und Möglichkeiten zurechtzufinden. Es nutzt die künstliche-Intelligenz-Technik (KI) der Partikelschwarmoptimierung (PSO), um für parametrisierte Modelle und Blöcke die passenden Parameter zu finden, die Ihnen die Einhaltung üblicher Optimierungskriterien garantieren. Zum anderen schätzt dieses Add-On die Modellkosten bzw. CO2-Emissionen durch Vorgabe von Stückkosten bzw. -emissionen je Materialdefinition für das Strukturmodell ab. Mit diesem Add-On sind Sie auf der sicheren Seite.
Wenn Sie dem Programm einen Lastfall oder eine Lastkombination vorlegen, wird die Stabilitätsberechnung aktiviert. Sie können einen weiteren Lastfall festlegen, um z. B. eine Anfangsvorspannung zu berücksichtigen.
Dabei müssen Sie angeben, ob eine lineare oder eine nichtlineare Analyse erfolgen soll. Je nach Anwendungsfall können Sie eine direkte Berechnungsmethode, wie z. B. nach Lanczos, oder aber die ICG-Iterationsmethode auswählen. Stäbe, die nicht in Flächen integriert sind, werden in der Regel als Stabelemente mit zwei FE-Knoten abgebildet. Mit solchen Elementen kann das Programm das lokale Knicken des Einzelstabes nicht erfassen. Aus diesem Grund haben Sie die Möglichkeit, Stäbe automatisch teilen zu lassen.
Bemessung von Mauerwerks-Scheibenstrukturen auf Druck und Schub am Gebäudemodell oder Einzelmodell
Automatische Ermittlung der Steifigkeit des Wand-Deckengelenkes
Umfangreiche Materialdatenbank für nahezu alle, auf dem österreichischen Markt erhältlichen Stein-Mörtel-Kombinationen (Produktpalette wird kontinuierlich erweitert, auch für weitere Länder)
Automatische Ermittlung der Materialwerte gemäß Eurocode 6 (ÖN EN 1996-X)
Die Eingabe und Modellierung der Struktur erledigen Sie direkt in RFEM. Dabei können Sie das Materialmodell Mauerwerk mit allen üblichen RFEM-Add-Ons kombinieren. Dadurch ermöglicht es Ihnen eine Bemessung von Gesamtgebäudemodellen in Verbindung mit Mauerwerk.
Aus den eingegebenen Materialdaten ermittelt das Programm für Sie automatisch alle Parameter, die Sie zur Berechnung benötigen. Daraus erzeugt es letztendlich die Spannungs-Dehnungslinien für jedes FE-Element.
Sie haben das Add-On Zeitabhängige Analyse (TDA) aktiviert? Sehr schön, nun können Sie Lastfälle mit Zeitangaben versehen. Nachdem Sie Lastbeginn und -ende definiert haben, wird der Einfluss aus Kriechen zum Lastende berücksichtigt. Das Programm ermöglicht es Ihnen, Kriecheinflüsse für Stabwerke aus Stahlbeton abzubilden.
Die Berechnung erfolgt dabei nichtlinear nach dem Rheologischen Modell (Kelvin und Maxwell-Modell).
Die Berechnung war erfolgreich? Nun können Sie die ermittelten Schnittgrößen tabellarisch und grafisch dargestellt sowie bei der Bemessung berücksichtigen.
Haben Sie großen Respekt vor dem Zahn der Zeit? Schließlich nagt er auch irgendwann an Ihren Bauprojekten. Mit dem Add-On Zeitabhängige Analyse (TDA) können Sie in RFEM zeitabhängiges Materialverhalten für Stäbe berücksichtigen. Langzeiteffekte, wie Kriechen, Schwinden und Alterung können, je nach Tragwerk, den Verlauf der Schnittgrößen beeinflussen. Darauf bereiten Sie sich mit diesem Add-On optimal vor.
Die Berechnung war erfolgreich? Nun können Sie die Ergebnisse der einzelnen Bauzustände in RFEM grafisch und tabellarisch betrachten. Dabei ermöglicht es Ihnen RFEM, Bauzustände in der Kombinatorik zu berücksichtigen und darüber bei der Bemessung mit einzubeziehen.
Der Modale Relevanzfaktor (MRF) kann Ihnen dabei helfen, zu beurteilen, inwieweit Elemente an einer Eigenform beteiligt sind. Die Berechnung basiert auf der relativen elastischen Verformungsenergie jedes einzelnen Bauteils.
Mit dem MRF kann zwischen lokalen und globalen Eigenformen unterschieden werden. Wenn mehrere Stäbe einen signifikanten MRF (z. B. > 20 %) aufweisen, ist eine Instabilität der gesamten Konstruktion oder einer Teilkonstruktion sehr wahrscheinlich. Liegt hingegen die Summe aller MRFs für eine Eigenform bei etwa 100 %, ist mit einem lokalen Stabilitätsproblem (z. B. Knicken eines einzelnen Stabes) zu rechnen.
Darüber hinaus können mit dem MRF kritische Verzweigungslasten und äquivalente Knicklängen bestimmter Bauteile ermittelt werden (z. B. für die Stabilitätsbemessung). Eigenformen, für die ein bestimmter Stab kleine MRF-Werte aufweist (z. B. < 20 %), können in diesem Zusammenhang vernachlässigt werden.
Der MRF wird in den Ergebnisstabelle unter Stabilitätsanalyse --> Ergebnisse stabweise --> Knicklängen und Verzweigungslasten eigenformweise ausgegeben.
Wenn Geometriedifferenzen zwischen dem idealen System und dem aufgrund des vorhergehenden Bauzustandes verformten System entstehen, werden diese intern ausgeglichen. Dabei setzt das neu hinzugefügte System auf das unter Spannung stehende System der vorherigen Bauphase auf. Diese Berechnung erfolgt nichtlinear.
Einfache Definition von Bauzuständen in der RFEM-Struktur mit Visualisierung
Hinzufügen, Entfernen, Modifizieren und Reaktivieren von Stab-, Flächen- und Volumenelementen und deren Eigenschaften (z. B. Stab- und Liniengelenke, Freiheitsgrade für Lager usw.)
Automatische und manuelle Kombinatorik mit Lastkombinationen in den einzelnen Bauzuständen (z. B. zur Berücksichtigung von Montagelasten, Montagekranen etc.)
Berücksichtigung nichtlinearer Effekte wie Zugstabausfall oder nichtlinearen Lagern
Sie haben die gesamte Struktur in RFEM erstellt? Sehr gut, nun ordnen Sie die einzelnen Bauteile sowie Lastfälle den entsprechenden Bauzuständen zu. Dabei können Sie in den jeweiligen Bauzuständen beispielsweise die Gelenkdefinitionen von Stäben und Lagern modifizieren.
Modellieren Sie damit Systemänderungen, wie diese z. B. beim abschnittsweisen Verguss von Brückenträgern oder Stützensenkungen vorkommen. Anschließend ordnen Sie die in RFEM erstellten Lastfälle den Bauzuständen als ständige oder nicht-ständige Last zu.
Wussten Sie schon? Die Kombinatorik ermöglicht es Ihnen, die ständigen und nicht-ständigen Lasten in Lastkombinationen zu überlagern. So ist es Ihnen z. B. möglich, die maximalen Schnittgrößen aus verschiedenen Kranstellungen zu ermitteln oder nur in einem Bauzustand vorhandene Montagelasten zu berücksichtigen.
Ihnen stehen für den Optimierungsprozess zwei Methoden zur Verfügung, mit denen Sie optimale Parameterwerte nach einem Gewichts- oder Verformungskriterium finden können.
Die effizienteste Methode mit der niedrigsten Berechnungszeit ist die naturnahe Partikelschwarmoptimierung (PSO). Haben Sie bereits davon gehört oder gelesen? Diese künstliche-Intelligenz-Technologie (KI) weist eine starke Analogie zum Verhalten von Tierschwärmen auf, die auf der Suche nach einem Rastplatz sind. In solchen Schwärmen finden Sie zahleiche Individuen (vgl. Optimierungslösung – z. B. Gewicht), die gerne in einer Gruppe bleiben und der Gruppenbewegung folgen. Nehmen wir an, dass jedes einzelne Schwarmmitglied das Rastbedürfnis auf einem optimalen Rastplatz (vgl. beste Lösung – z. B. niedrigstes Gewicht) hat. Dieses Bedürfnis steigt mit Annäherung zum Rastplatz an. Somit wird das Schwarmverhalten auch durch die Eigenschaften des Raums (vgl. Ergebnisdiagramm) beeinflusst.
Wieso der Ausflug in die Biologie? Ganz einfach – der PSO-Prozess in RFEM bzw. RSTAB geht ähnlich vor. Der Berechnungslauf beginnt mit einem Optimierungsergebnis aus einer zufälligen Belegung der zu optimierenden Parameter. Dabei ermittelt dieser immer wieder neue Optimierungsergebnisse mit variierten Parameterwerten, die auf der Erfahrung der bereits vorher getätigten Modellmutationen basieren. Dieser Prozess läuft so lange ab, bis die vorgegebene Anzahl von möglichen Modell-Mutationen erreicht ist.
Alternativ zu dieser Methode steht Ihnen im Programm noch eine Stapelverarbeitungsmethode zur Verfügung. Diese Methode versucht, sämtliche möglichen Modell-Mutationen durch eine zufällige Vorgabe der Werte für die Optimierungsparameter bis zum Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von möglichen Modell-Mutationen zu prüfen.
Beide Varianten kontrollieren nach der Berechnung einer Modellmutation auch die jeweils aktivierten Bemessungsergebnisse der Add-Ons. Des Weiteren speichern sie die Variante bei einer Auslastung < 1 mit zugehörigem Optimierungsergebnis und Wertebelegung der Optimierungsparameter ab.
Die geschätzten Gesamtkosten und -emissionen können Sie aus den jeweiligen Summen der einzelnen Materialien ermitteln. Dabei setzen sich die Summen der Materialien aus den gewichtsbasierten, volumenbasierten und flächenbasierten Teilsummen der Stab-, Flächen- und Volumenelemente zusammen.