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.
- Künstliche-Intelligenz-Technik (KI): Partikelschwarmoptimierung (PSO)
- Strukturoptimierung nach minimalem Gewicht oder Verformung
- Nutzung beliebig vieler Optimierungsparameter
- Vorgabe von Variablenbereichen
- Optimierung von Querschnitten und Materialien
- Parameter-Definitionstypen
- Optimierung | Aufsteigend bzw. Optimierung | Absteigend
- Anwendung von parametrischen Modellen und Blöcken
- Code-basierte JavaScript-Parametrisierung von Blöcken
- Optimierung mit Berücksichtigung der Bemessungsergebnisse
- Tabellarische Darstellung der besten Modell-Mutationen
- Echtzeitdarstellung der Modellmutationen im Optimierungsprozess
- Modellkostenschätzung durch Vorgabe von Stückpreisen
- Ermittlung des Treibhauspotentials GWP bei der Verwirklichung des Modells durch Schätzung des CO2-Äquivalents
- Vorgabe von gewichts-, volumen- und flächenbasierten Stückeinheiten (Preis und CO2e)
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.
- Spannungsermittlung mittels elastisch-plastischem Materialmodell
- 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)
- Möglichkeit zur Erstellung von Push-Over-Analysen