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.
- ICG-Iterationsmethode (Incomplete Conjugate Gradient (RFEM))
- 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.
- Berechnung von Modellen aus Stab-, Schalen- und Volumenelementen
- Nichtlineare Stabilitätsanalyse
- Wahlweise Berücksichtigung von Normalkräften aus Anfangsvorspannung
- Vier Gleichungslöser für effektive Berechnung verschiedenster Modelle
- Optionale Berücksichtigung der Steifigkeitsänderungen von RFEM/RSTAB
- Ermittlung der Stabilitätsfigur ab benutzerdefiniertem Laststeigerungsfaktor (Shift-Methode)
- Optionale Ermittlung der Eigenform von instabilen Modellen (um Ursache der Instabilität zu erkennen)
- Visualisierung der Stabilitätsfigur
- Grundlage für die Ermittlung der Imperfektion
- Berücksichtigung von 7 lokalen Verformungsrichtungen (ux, uy, uz, φx, φy, φz, ω) bzw. 8 Schnittgrößen (N, Vu, Vv, Mt,pri, Mt,sec, Mu, Mv, Mω) bei der Berechnung von Stabelementen
- Nutzbar in Kombination mit einer statischen Berechnung nach Theorie I., II. und III. Ordnung (dabei können auch Imperfektionen berücksichtigt werden)
- Ermöglicht in Kombination mit dem Add-on Stabilitätsanalyse die Ermittlung von kritischen Lastfaktoren und Eigenformen von Stabilitätsproblemen wie Drillknicken und Biegedrillknicken
- Berücksichtigung von Stirnplatten und Quersteifen als Wölbfedern bei der Berechnung von I-Profilen mit automatischer Ermittlung und grafischer Anzeige der Wölbfedersteifigkeit
- Grafische Darstellung der Querschnittsverwölbung von Stäben in der Verformungsfigur
- Vollständige Integration in RFEM und RSTAB
Die Berechnung der Wölbkrafttorsion führen Sie am Gesamtsystem durch. Dabei berücksichtigen Sie den zusätzlichen 7. Freiheitsgrad für die Stabberechnung. Die Steifigkeiten der angeschlossenen Strukturelemente werden dadurch automatisch berücksichtigt. Dadurch müssen Sie keine Ersatzfedersteifigkeiten oder Lagerungsbedingungen für ein herausgelöstes System definieren.
Die Schnittgrößen aus der Berechnung mit Wölbkrafttorsion können Sie anschließend in den Add-Ons zur Bemessung nutzen. Berücksichtigen Sie das Wölbbimoment und sekundäre Torsionsmoment abhängig von Material sowie der gewählten Norm. Ein typischer Anwendungsfall ist hier der Stabilitätsnachweis nach Theorie II. Ordnung mit Imperfektionen im Stahlbau.
Wussten Sie schon? Die Anwendung ist nicht nur auf dünnwandige Stahlquerschnitte beschränkt. Dadurch ermöglicht sie beispielsweise auch eine Berechnung des ideellen Kippmomentes von Balken mit massiven Holzquerschnitten.
- Allgemeine Spannungsnachweise
- Automatische Übernahme der Schnittgrößen aus RFEM/RSTAB
- Vollständig in RFEM/RSTAB integrierte grafische und numerische Ausgabe der Spannungen, Dehnungen, Spiele und Ausnutzungen für alle Komponenten
- Benutzerdefinierte Vorgabe der Grenzspannung
- Zusammenfassung gleichartiger Bauteile für die Bemessung
- Vielfältige Anpassungsmöglichkeiten der grafischen Ausgabe
- Übersichtliche Ausgabetabellen für einen schnellen Überblick über die Ergebnisse nach der Bemessung
- Einfache Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse durch die vollständige Dokumentation des Berechnungsweges einschließlich aller Formeln
- Hohe Produktivität wegen des minimalen Umfangs an notwendigen Eingabedaten
- Flexibilität durch detaillierte Einstellmöglichkeiten für Berechnungsgrundlagen und Berechnungsumfang
- Grauzonendarstellung für unwichtige Wertebereiche (zum Produkt-Feature)
- Querschnittsoptimierung
- Übergabemöglichkeit optimierter Querschnitte an RFEM/RSTAB
- Bemessung beliebiger dünnwandiger Querschnitte aus RSECTION
- Darstellung des Spannungsverlaufs am Querschnitt
- Ermittlung der Normal-, Schub- und Vergleichsspannungen
- Ausgabe der Spannungsanteile für einzelne Stab-Schnittgrößenarten
- Detaillierte Ausgabe der Spannungen in allen Spannungspunkten
- Ermittlung des größten Δσ eines jeden Spannungspunkts (z. B. für Betriebsfestigkeitsnachweise)
- Farbliche Darstellung von Spannungen und Ausnutzungen für schnellen Überblick über kritische oder überdimensionierte Bereiche
- Ausgabe von Stücklisten
- Ermittlung von Haupt- und Grundspannungen, Membran- und Schubspannungen sowie von Vergleichsspannungen und Vergleichsmembranspannungen
- Spannungsnachweis für nahezu beliebig geformte Strukturteile
- Vergleichsspannungen nach verschiedenen Hypothesen:
- Gestaltänderungsenergiehypothese (von Mises)
- Schubspannungshypothese (Tresca)
- Normalspannungshypothese (Rankine)
- Hauptdehnungshypothese (Bach)
- Optionale Optimierung der Flächendicken und Übergabemöglichkeit nach RFEM
- Ausgabe der Dehnungen
- Differenzierte Ausgabe der einzelnen Spannungskomponenten und -ausnutzungen in Tabellen und Grafik
- Filtermöglichkeit für Volumenkörper, Flächen, Linien und Knoten in Tabellen
- Querschubspannungen nach Mindlin, Kirchhoff oder freier Eingabe
- Spannungsauswertung für Schweißnähte an Verbindungslinien zwischen Flächen (zum Produkt-Feature)
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.
- Sie können die Nutzung des Bemessungsmoduls im Register Add-Ons der Basisangaben des Modells aktivieren oder deaktivieren
- Nach Aktivierung des Add-Ons erweitert sich die Benutzeroberfläche in RFEM um neue Einträge im Navigator, den Tabellen und den Dialogen
- Große Auswahl an verfügbaren Profilen wie z.B. gewalzte I-Profile, U-Profile, T-Profile, Winkel, rechteckige und runde Hohlprofile, Rundstähle, symmetrische und unsymmetrische, parametrische I-, T- und Winkelprofile, Zusammengesetzte Querschnitte (Eignung für Nachweisverfahren abhängig von gewählter Norm)
- Nachweise für allgemeine RSECTION Querschnitte möglich (in Abhängigkeit der in der jeweiligen Norm zur Verfügung stehenden Nachweisformate), bspw. Vergleichsspannungsnachweis
- Bemessung von gevouteten Stäben (Nachweisverfahren je nach Norm)
- Anpassung der wesentlichen Nachweisbeiwerte und Normparameter möglich
- Flexibilität durch detaillierte Einstellmöglichkeiten für Berechnungsgrundlagen und Berechnungsumfang
- Schnelle und übersichtliche Ergebnisausgabe für einen sofortigen Überblick über den Verlauf der Nachweise nach der Bemessung
- Detaillierte Ausgabe der Bemessungsergebnisse und der wesentlichen Formeln (nachvollziehbarer und prüfbarer Ergebnisweg)
- Übersichtliche numerische Ergebnisausgabe in Masken und die Möglichkeit, diese grafisch in der Struktur darzustellen
- Integration der Ausgabe in das RFEM-/RSTAB-Ausdruckprotokoll
- Bemessung auf Zug, Druck, Biegung, Schub, Torsion und kombinierte Schnittgrößen
- Zugnachweis unter Berücksichtigung einer reduzierten Querschnittsfläche (z. B. Lochschwächung) möglich
- Automatische Klassifizierung der Querschnitte zur Überprüfung lokalen Beulens
- Schnittgrößen aus der Berechnung mit Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) werden über den Vergleichspannungsnachweis berücksichtigt (aktuell noch nicht für die Bemessungsnorm ADM 2020 verfügbar).
- Bemessung von Querschnitten der Klasse 4 mit effektiven Querschnittswerten nach EN 1999-1-1 (für RSECTION-Querschnitte sind Lizenzen für RSECTION und Effektive Querschnitte erforderlich)
- Schubbeulnachweis unter Berücksichtigung von Quersteifen möglich
- Stabilitätsnachweise für Biegeknicken, Drillknicken und Biegedrillknicken unter Druckbeanspruchung
- Biegedrillknicknachweise für Bauteile mit Momentenbeanspruchung
- Übernahme von Knicklängen aus der Berechnung mit dem Add-On Strukturstabilität möglich
- Grafische Eingabe und Kontrolle von definierten Knotenlagern und Knicklängen für den Stabilitätsnachweis
- Je nach Norm Auswahl zwischen benutzerdefinierter Eingabe von Mcr, analytischer Methode aus der Norm und Nutzung des internen Eigenwertlösers
- Berücksichtigung von Schubfeld und Drehbettung bei Nutzung des Eigenwertlösers
- Grafische Darstellung der Eigenform, wenn der Eigenwertlöser genutzt wurde
- Stabilitätsnachweise für Bauteile mit kombinierter Druck- und Biegebeanspruchung je nach Bemessungsnorm
- Nachvollziehbare Berechnung sämtlicher benötigten Beiwerte wie Interaktionsfaktoren
- Alternative Berücksichtigung aller Effekte für den Stabilitätsnachweis bereits bei der Schnittgrößenermittlung in RFEM/RSTAB (Theorie II. Ordnung, Imperfektionen, Steifigkeitsreduktion, ggf. in Kombination mit dem Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade)
- Realistische Abbildung der Interaktion von Gebäude und Boden
- Realistische Abbildung der Einflüsse von Gründungsbauteilen untereinander
- Erweiterbare Bibliothek für Bodenkennwerte
- Berücksichtigung von mehreren Bodenproben (Sondierungen) an verschiedenen Stellen, auch außerhalb des Gebäudes
- Ermittlung der Setzungen und Spannungsverläufe sowie deren grafische und tabellarische Darstellung
Die Eingabe der Bodenschichtungen erfolgt für Bodenproben in einem übersichtlichen Dialog. Eine zugehörige grafische Darstellung unterstützt die Anschaulichkeit und gestaltet das Überprüfen der Eingabe benutzerfreundlich.
Der Anwender wird von einer erweiterbaren Datenbank für die Bodenmaterialeigenschaften unterstützt. Es stehen für die realistische Modellierung des Bodenmaterialverhaltens das Mohr-Coulomb-Modell sowie ein nichtlineares Modell mit spannungs- und dehnungsabhängiger Steifigkeit zur Verfügung.
Es können beliebig viele Bodenproben und -schichtungen definiert werden. Aus der Gesamtheit der eingegebenen Proben wird der Boden mittels 3D-Volumenkörper generiert. Die Zuordnung zum Bauwerk erfolgt durch Koordinaten.
Die Berechnung des Bodenkörpers erfolgt nach einem nichtlinearen iterativen Verfahren. Die errechneten Spannungen und Setzungen werden grafisch und tabellarisch ausgegeben.
- Automatische Berücksichtigung von Massen aus Eigengewicht
- Direkter Import von Massen aus Lastfällen oder -kombinationen möglich
- Optionale Definition von Zusatzmassen (Knoten-, Linien-, Flächenmassen sowie Trägheitsmassen) direkt in den Lastfällen
- Optionales Vernachlässigen von Massen (z. B. Masse von Fundamenten)
- Kombination von Massen in verschiedenen Lastfällen und Lastkombinationen
- Voreingestellte Kombinationsbeiwerte für diverse Normen (EC 8, SIA 261, ASCE 7,…)
- Optionaler Import von Anfangszuständen (z. B. zur Berücksichtigung von Vorspannung und Imperfektion)
- Strukturmodifikation
- Berücksichtigung von ausfallenden Lagern oder Stäben/ Flächen/ Volumenkörpern möglich
- Mehrere Modalanalysen definierbar (z. B., um unterschiedliche Massen oder Steifigkeitsänderungen zu untersuchen)
- Wahl des Massenmatrix Typs (Diagonalmatrix, Konsistente Matrix, Einheitsmatrix) inklusive benutzerdefinierter Festlegung der translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade
- Methoden zur Ermittlung der Anzahl an Eigenformen (benutzerdefiniert, automatisch – um effektive Modalmassenfaktoren zu erreichen, automatisch – um die maximale Eigenfrequenz zu erreichen - nur in RSTAB verfügbar)
- Ermittlung von Eigenformen und Massen in Knoten bzw. FE-Netz-Punkten
- Ausgabe von Eigenwert, Kreisfrequenz, Eigenfrequenz und -periode
- Ausgabe von modalen Massen, effektiven modalen Massen, modalen Massenfaktoren und Beteiligungsfaktoren
- Tabellarische und grafische Ausgabe von Massen in Netzpunkten
- Darstellung und Animation von Eigenformen
- Verschiedene Skalierungsoptionen für Eigenformen
- Dokumentation von numerischen und grafischen Ergebnissen im Ausdruckprotokoll
In den Modalanalyse-Einstellungen müssen Sie alle Angaben treffen, welche für die Ermittlung der Eigenfrequenzen notwendig sind. Dazu gehören beispielsweise Massenansätze und Eigenwertlöser.
Das Add-On Modalanalyse bestimmt die niedrigsten Eigenwerte der Struktur. Entweder Sie passen die Anzahl der Eigenwerte selbst an, oder sie wird automatisch ermittelt. Damit sollen Sie entweder effektive Modalmassenfaktoren oder maximale Eigenfrequenzen erreichen. Massen werden direkt aus Lastfällen oder Lastkombinationen importiert. Dabei haben Sie die Option, die Gesamtmasse, Lastanteile in globale Z-Richtung oder nur den Lastanteil in Richtung der Schwerkraft zu berücksichtigen.
Zusätzliche Massen können Sie manuell an Knoten, Linien, Stäben oder Flächen definieren. Darüber hinaus können Sie die Steifigkeitsmatrix beeinflussen, indem Sie Normalkräfte oder Steifigkeitsänderungen eines Lastfalls oder einer Lastkombination importieren.
In RFEM stehen Ihnen diese drei leistungsfähigen Eigenwertlöser zur Verfügung:
- Wurzel des charakteristischen Polynoms
- Lanczos-Methode
- Unterraum-Iteration
RSTAB bietet Ihnen dagegen diese zwei Eigenwertlöser an:
- Unterraum-Iteration
- Inverse Iteration mit Shift
Die Wahl des Eigenwertlösers hängt in erster Linie von der Größe Ihres Modells ab.
Sobald das Programm die Berechnung abgeschlossen hat, werden Ihnen die Eigenwerte, Eigenfrequenzen und -perioden aufgelistet. Diese Ergebnismasken sind im Hauptprogramm RFEM/RSTAB integriert. Sie finden alle Eigenformen der Struktur tabellarisch geordnet und haben zudem die Möglichkeit, diese grafisch darzustellen sowie zu animieren.
Alle Ergebnismasken und Grafiken sind Bestandteil des RFEM-/RSTAB-Ausdrucksprotokolls. So können Sie eine klar strukturierte Dokumentation gewährleisten. Zudem ist Ihnen auch ein Export der Tabellen in MS Excel möglich.