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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 Add-On Geotechnische Analyse steht Ihnen das Materialmodell "Hoek-Brown" zur Verfügung. Das Modell zeigt linear-elastisches ideal-plastisches Materialverhalten. Sein nichtlineares Festigkeitskriterium ist das am häufigsten verwendete Versagenskriterium für Gestein und Fels.
Die Eingabe der Materialparameter kann über
die Gesteinsparameter direkt oder alternativ mittels
der GSI-Klassifizierung
erfolgen.
Weiterführende Informationen zu diesem Materialmodell und der Definition der Eingabe in RFEM finden Sie im entsprechenden Kapitel Hoek-Brown Model im Online-Handbuch für das Add-On Geotechnische Analyse.
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.
Eingeben und modellieren können Sie den Bodenvolumenkörper ohne Umwege direkt in RFEM. Dabei haben Sie die Möglichkeit, Bodenmaterialmodelle mit allen üblichen RFEM Add-Ons zu kombinieren.
Eine Analyse von Gesamtmodellen mit vollständiger Abbildung der Boden-Bauwerk-Interaktion ist dadurch problemlos möglich.
Aus den Materialdaten, die Sie eingegeben haben, werden alle zur Berechnung nötigen Parameter automatisch ermittelt. Das Programm erzeugt Ihnen daraus die Spannungs-Dehnungslinien für jedes FE-Element.
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 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.
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.
Wussten Sie schon? Sie können die Bodenschichtungen, welche Sie den Baugrundgutachten in den Orten der Aufschlüsse entnommen haben, in Form von Bodenproben direkt in das Programm eingeben. Weisen Sie dabei den Schichten die erkundeten Bodenmaterialien inklusive deren Materialkennwerten zu.
Für die Probendefinition können Sie die tabellarische Eingabe sowie den Bearbeitungsdialog nutzen. Außerdem ist es Ihnen möglich, in den Bodenproben den Grundwasserspiegel mit anzugeben.
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.
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 wissen bereits, dass die Modellierung sowie die Analyse von Boden und Bauwerk im Gesamtmodell möglich ist. Dadurch haben Sie die Boden-Bauwerk-Interaktion explizit berücksichtigt. Mit der Modifikation einer Komponente erreichen Sie die unmittelbare korrekte Berücksichtigung in der Analyse sowie in den Ergebnissen für das gesamte System aus Boden und Bauwerk.
Eine sowohl grafische als auch tabellarische Ausgabe der Ergebnisse für Verformungen, Spannungen und Dehnungen hilft Ihnen bei der Erfassung des Bodenvolumens. Um das zu erreichen, ermöglichen Ihnen spezielle Filterkriterien eine gezielte Ergebnisauswahl.
Das Programm lässt Sie mit den Ergebnissen nicht allein zurück. Wenn Sie die Ergebnisse im Bodenvolumen grafisch auswerten wollen, stehen Ihnen Hilfsobjekte zur Verfügung. Definieren Sie bspw. Clipping-Ebenen. Dadurch können Sie in beliebigen Ebenen des Bodenvolumens die entsprechenden Ergebnisse betrachten.
Nicht nur das. Die Verwendung von Ergebnisschnitten und Clipping-Boxen erleichtert Ihnen die genaue grafische Untersuchung des Bodenvolumens.
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 Dokumentation Ihrer Daten erfolgt stets in einem mehrsprachig konzipierten Ausdruckprotokoll. Sie können den Inhalt jederzeit anpassen und ihn als Vorlage ablegen. Auch Grafiken, Texte, MathML-Formeln und PDF-Dokumente benötigen lediglich einige Klicks von Ihrer Seite, um in das Protokoll eingefügt zu werden.
Bodenvolumenkörper, die Sie analysieren wollen, werden in Bodenmassiven zusammengefasst.
Legen Sie einer Definition des jeweiligen Bodenmassivs die Bodenproben zugrunde. Dadurch ermöglicht Ihnen das Programm ein benutzerfreundliches Generieren des Massivs inklusive der automatischen Bestimmung der Schichtgrenzflächen aus den Angaben der Proben sowie des Grundwasserspiegels und der Randflächenlagerung.
Dank der Bodenmassive haben Sie die Option, eine Ziel-FE-Netzgröße unabhängig von der globalen Einstellung für die sonstige Struktur festzulegen. Dadurch können Sie die verschiedenen Bedürfnisse aus Gebäude und Boden im Gesamtmodell berücksichtigen.
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.