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.
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.
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.
Dlubal-Statiksoftware nimmt Ihnen viel Arbeit ab. Eingabekennwerte, die für die gewählten Normen relevant sind, werden vom Programm regelkonform vorgeschlagen. Zudem haben Sie die Möglichkeit, Antwortspektren auch manuell einzugeben.
Lastfälle vom Typ Antwortspektrenverfahren definieren, in welche Richtung Antwortspektren wirken und welche Eigenwerte der Struktur relevant für die Analyse sind. In den Spektralanalyse-Einstellungen legen Sie Details für die Kombinationsregeln, ggf. Dämpfung sowie Zero-Period-Acceleration (ZPA) fest.
Wussten Sie schon? Äquivalente statische Lasten werden getrennt für jeden relevanten Eigenwert und getrennt für jede Anregungsrichtung generiert. Diese Lasten werden im Lastfall vom Typ Antwortspektrenverfahren gespeichert und RFEM/RSTAB führt eine lineare statische Analyse durch.
Die Lastfälle vom Typ Antwortspektrenverfahren enthalten die generierten Ersatzlasten. Dabei muss zuerst eine Überlagerung der Modalbeiträge (SRSS- oder CQC-Regel) erfolgen. Vorzeichenbehaftete Ergebnisse auf Basis der dominanten Eigenform werden Ihnen dabei ermöglicht.
Anschließend werden die Beanspruchungsgrößen infolge der Komponenten der Erdbebeneinwirkung superpositioniert (SRSS- oder 100% / 30% - Regel).
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 greift Ihnen auch hier unter die Arme. Es ermittelt die Schraubenkräfte anhand der Berechnung am FE-Modell und wertet diese automatisch aus. Die Nachweise der Schraubentragfähigkeit für die Versagensfälle Zug, Abscheren, Lochleibung und Durchstanzen führen Sie wie gewohnt entsprechend der Norm. Alles Weitere in diesem Schritt übernimmt das Programm. Es ermittelt alle benötigten Beiwerte und stellt diese übersichtlich dar.
Sie wollen einen Schweißnahtnachweis führen? Die benötigten Spannungen werden in diesem Fall auch am FE-Modell ermittelt. Anschließend wird das Schweißelement als elastisch-plastisches Schalenelement modelliert, wobei jedes FE-Element auf seine Schnittgrößen geprüft wird. (Die Plastizitätskriterien sind so eingestellt, dass sie Versagen gemäß AISC J2-4 und J2-5 (Prüfung der Tragfähigkeit von Schweißnähten) und ebenso J2-2 (Prüfung der Festigkeit des Grundmetalls) wiedergeben.) Der Nachweis kann auch mit den Teilsicherheitsbeiwerten entsprechend dem ausgewählten Nationalen Anhang erfolgen.
Den Nachweis der Bleche führen Sie plastisch über einen Vergleich der vorhandenen plastischen Verzerrung mit der zulässigen plastischen Verzerrung. Die Standardeinstellung ist 5% gemäß EN 1993-1-5, Anhang C, kann jedoch auch benutzerdefiniert angegeben werden, sowie 5% beim AISC 360 bzw. benutzerdefinierte Vorgabe.
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.
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
Im Vergleich zum Zusatzmodul RF-/DYNAM Pro - Eigenschwingungen (RFEM 5 / RSTAB 8) sind im Add-On Modalanalyse für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Voreingestellte Kombinationsbeiwerte für diverse Normen (EC 8, ASCE, usw.)
Optionales Vernachlässigen von Massen (z. B. Masse von Fundamenten)
Methoden zur Ermittlung der Anzahl an Eigenformen (benutzerdefiniert, automatisch – um effektive Modalmassenfaktoren zu erreichen, automatisch – um die maximale Eigenfrequenz zu erreichen)
Ausgabe von modalen Massen, effektiven modalen Massen, modalen Massenfaktoren und Beteiligungsfaktoren
Tabellarische und grafische Ausgabe von Massen in Netzpunkten
Verschiedene Skalierungsoptionen für Eigenformen im Ergebnisnavigator
Im Vergleich zum Zusatzmodul RF-/DYNAM Pro - Ersatzlasten (RFEM 5 / RSTAB 8) sind im Add-On Antwortspektrenverfahren für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Antwortspektren zahlreicher Normen (EN 1998, DIN 4149, IBC 2018 etc.)
Benutzerdefinierte oder aus Akzelerogrammen generierte Antwortspektren
Ansatz von richtungsbezogenen Antwortspektren
Ergebnisse werden zentral in einem Lastfall mit darunter liegenden Ebenen gespeichert, damit eine Übersichtlichkeit gewährleistet wird
Zufällige Torsionswirkungen können automatisch berücksichtigt werden
Automatische Kombinatorik der Erdbebenlasten mit den übrigen Lastfällen für die Nutzung in einer außergewöhnlichen Bemessungssituation
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).
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.
Für die Komponenten des Anschlusses können Sie prüfen, ob Stabilitätsversagen relevant ist. Dafür ist das Add-On Strukturstabilität für RFEM 6 erforderlich.
Dabei berechnen Sie für das Anschlussmodell den Verzweigungslastfaktor für alle untersuchten Lastkombinationen und die gewählte Anzahl an Eigenformen. Den kleinsten Verzweigungslastfaktor vergleichen Sie mit dem Grenzwert 15 aus der Norm EN 1993-1-1, Abschnitt 5. Zudem können Sie eine benutzerdefinierte Anpassung des Grenzwertes durchführen. Das Programm stellt Ihnen als Ergebnis der Stabilitätsanalyse die zugehörigen Eigenformen grafisch dar.
Für die Stabilitätsuntersuchung nutzt RFEM ein angepasstes Flächenmodell, um die lokalen Beulfiguren gezielt zu erkennen. Auch das Modell der Stabilitätsanalyse können Sie inklusive der Ergebnisse als eigene Modelldatei abspeichern und verwenden.
Zur Bemessung eines Stahlbauanschlusses muss das Add-On Stahlanschlüsse aktiviert sein. Die Add-Ons werden in RFEM 6 unter Register Add-Ons von Fenster 'Modell bearbeiten - Basisangaben' aktiviert. Wenn das Add-On aktiv ist, wird es im Navigator angezeigt.