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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.
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.
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.
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.
Automatische Generierung von FE-Analysemodellen: Das Add-on erstellt im Hintergrund automatisch Finite-Elemente-Modell (FE) der Stahlverbindung.
Berücksichtigung aller Schnittgrößen: Die Berechnung und Nachweise umfassen alle Schnittgrößen (N, Vy, Vz, My, Mz, MT) und sind nicht nur auf ebene Beanspruchungen beschränkt.
Automatische Lastübergabe: Alle Lastkombinationen werden automatisch in das FE-Analysemodell der Verbindung übernommen. Die Lasten werden direkt aus RFEM übertragen, wodurch eine manuelle Eingabe entfällt.
Effiziente Modellbildung: Das Add-on spart Zeit bei der Modellierung komplexer Anschlusssituationen. Das erstellte FE-Analysemodell kann auch für eigene Detailuntersuchungen gespeichert und weiterverwendet werden.
Erweiterbare Bibliothek: Eine umfangreiche und erweiterbare Bibliothek mit vordefinierten Stahlanschluss-Vorlagen steht zur Verfügung.
Breite Anwendbarkeit: Das Add-on eignet sich für Anschlüsse jeder Art und Form, kompatibel mit nahezu allen gewalzten, geschweißten, zusammengesetzten und dünnwandigen Querschnitten.
Auswahl der Knoten im RFEM-Modell, automatische Erkennung und Zuordnung der am Knoten anschließenden Stäbe
Viele vordefinierte Komponenten zur einfachen Eingabe typischer Anschlusssituationen verfügbar (z. B. Stirnplatten, Stegwinkel, Fahnenblech)
Universell einsetzbare Basiskomponenten (Bleche, Schweißnähte, Hilfsebenen) für die Eingabe komplexer Anschlusssituationen
Keine manuelle Bearbeitung des FE-Modells vom Nutzer notwendig, die wesentlichen Berechnungseinstellungen können über die Konfigurationseinstellungen beeinflusst werden
Automatische Anpassung der Anschlussgeometrie auch bei nachträglicher Bearbeitung der Stäbe durch relativen Bezug der Komponenten zueinander
Parallel zur Eingabe wird vom Programm eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt, um z. B. fehlende Eingaben oder Kollisionen schnell zu erkennen
Grafische Darstellung der Verbindungsgeometrie, die parallel zur Eingabe aktualisiert wird
Das Programm unterstützt Sie umfassend: Es ermittelt Schraubenkräfte anhand des FE-Analysemodells und wertet diese automatisch aus. Das Add-On führt die Nachweise der Schraubentragfähigkeit für Versagensfälle wie Zug, Abscheren, Lochleibung und Durchstanzen gemäß Norm durch und stellt alle benötigten Beiwerte übersichtlich dar.
Möchten Sie einen Schweißnahtnachweis führen? Die Schweißnähte werden als elastisch-plastische Flächenelemente modelliert, und deren Spannungen werden aus dem FE-Analysemodell ausgelesen. Die Plastizitätskriterien sind so eingestellt, dass sie Versagen gemäß AISC J2-4, J2-5 (Tragfähigkeit von Schweißnähten) und J2-2 (Festigkeit des Grundmetalls) darstellen. Der Nachweis kann mit den Teilsicherheitsbeiwerten des ausgewählten Nationalen Anhangs von EN 1993-1-8 erfolgen.
Der Nachweis der Bleche in der Verbindung wird plastisch durchgeführt, indem die vorhandene plastische Verzerrung mit der zulässigen plastischen Verzerrung verglichen wird. Die Standardeinstellung ist 5 % gemäß EN 1993-1-5, Anhang C, kann jedoch benutzerdefiniert angepasst werden, ebenso 5 % beim AISC 360.
Alle wesentliche Ergebnisse können Sie sich am FE-Modell anzeigen lassen. Dabei können Sie die Ergebnisse gesondert nach den jeweiligen Komponenten filtern.
Zusätzlich gibt Ihnen RFEM sämtliche Nachweise in Tabellenform aus, inklusive der Darstellung der verwendeten Formeln. Die Ergebnistabellen können auf Ihren Wunsch hin auch ins RFEM-Ausdruckprotokoll übertragen werden.
Wussten Sie schon? Die Strukturoptimierung schließt in den Programmen RFEM bzw. RSTAB die parametrische Eingabe ab. Dies ist ein paralleler Prozess neben der eigentlichen Modellberechnung mit all seinen regulären Berechnungs- und Bemessungsdefinitionen. Dabei geht das Add-On davon aus, dass Ihr Modell bzw. der Block mit einem parametrischen Zusammenhang aufgebaut ist und in der Gesamtheit von globalen Steuerparametern mit dem Typ „Optimierung“ kontrolliert wird. Daher gibt es den Steuerparametern zur Abgrenzung des Optimierungsbereichs eine untere sowie obere Grenze und eine Schrittweite. Wenn Sie optimale Werte für die Steuerparameter finden wollen, müssen Sie ein Optimierungskriterium (z. B. minimales Gewicht) mit Auswahl einer Optimierungsmethode (z. B. Partikelschwarmoptimierung) angeben.
Die Kosten- und CO2-Emissionsschätzung finden Sie bereits in den Materialdefinitionen geregelt. Beide Optionen können Sie individuell in jeder Materialdefinition einzeln aktivieren. Die Schätzung basiert hierbei auf einer Stückkosten- bzw. Stückemissions-Einheit für Stäbe, Flächen und Volumenkörper. Dabei können Sie auswählen, ob die Stückeinheiten jeweils per Gewicht-, Volumen- oder Flächeneinheit angegeben werden sollen.
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.
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.
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.
Beide Optimierungsmethoden haben eines gemeinsam. Sie präsentieren Ihnen am Ende des Prozesses aus den gespeicherten Daten eine Modellmutationsliste. Darin finden Sie die Angabe des kontrollierenden Optimierungsergebnisses und der zugehörigen Wertebelegung der Optimierungsparameter. Diese Liste ist absteigend organisiert. Sie finden an der obersten Stelle die angenommene beste Lösung. Bei dieser liegt das Optimierungsergebnis mit seiner ermittelten Wertebelegung dem Optimierungskriterium am nächsten. Sämtliche Add-On-Ergebnisse weisen eine Auslastung < 1 auf. Des Weiteren stellt das Programm mit Abschluss der Analyse automatisch die Wertebelegung der optimalen Lösung bei den Optimierungsparametern in der globalen Parameterliste ein.
In den Materialdialogen finden Sie die Register „Kostenschätzung“ und „Abschätzung der CO2-Emissionen“. Darin zeigen sich Ihnen die einzelnen Schätzsummen der zugeordneten Stäbe, Flächen und Volumen je Gewichts-, Volumen- und Flächeneinheit. Zudem weisen diese Register die Gesamtkosten und -emissionen aller zugeordneten Materialien aus. Dadurch schaffen Sie sich eine gute Übersicht zu Ihrem Projekt.
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
Für jeden Lastfall können die Verformungen zum Endzeitpunkt ausgegeben werden.
Diese Ergebnisse werden für Sie auch im Ausdruckprotokoll von RFEM und RSTAB dokumentiert. Dabei können Sie den Inhalt des Protokolls und die gewünschte Tiefe der Ausgabe für die Ergebnisse gezielt selektieren.
Sie arbeiten mit Stahlanschlüssen? Das RFEM-Add-On Stahlanschlüsse unterstützt Sie dabei, Stahlverbindungen mithilfe eines FE-Modells zu analysieren. Dabei läuft die Modellbildung vollständig automatisiert im Hintergrund. Trotzdem können Sie diesen Prozess über die einfache und gewohnte Eingabe von Komponenten steuern. Die am FE-Modell ermittelten Beanspruchungen nutzen Sie anschließend für die Nachweise der Komponenten nach EN 1993-1-8 (inkl. Nationale Anhänge).