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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.
Einfache Definition von Bauzuständen in der RFEM-Struktur mit Visualisierung
Hinzufügen, Entfernen, Modifizieren und Reaktivieren von Stab-, Flächen- und Volumenelementen und deren Eigenschaften (z. B. Stab- und Liniengelenke, Freiheitsgrade für Lager usw.)
Automatische und manuelle Kombinatorik mit Lastkombinationen in den einzelnen Bauzuständen (z. B. zur Berücksichtigung von Montagelasten, Montagekranen etc.)
Berücksichtigung nichtlinearer Effekte wie Zugstabausfall oder nichtlinearen Lagern
Sie haben die gesamte Struktur in RFEM erstellt? Sehr gut, nun ordnen Sie die einzelnen Bauteile sowie Lastfälle den entsprechenden Bauzuständen zu. Dabei können Sie in den jeweiligen Bauzuständen beispielsweise die Gelenkdefinitionen von Stäben und Lagern modifizieren.
Modellieren Sie damit Systemänderungen, wie diese z. B. beim abschnittsweisen Verguss von Brückenträgern oder Stützensenkungen vorkommen. Anschließend ordnen Sie die in RFEM erstellten Lastfälle den Bauzuständen als ständige oder nicht-ständige Last zu.
Wussten Sie schon? Die Kombinatorik ermöglicht es Ihnen, die ständigen und nicht-ständigen Lasten in Lastkombinationen zu überlagern. So ist es Ihnen z. B. möglich, die maximalen Schnittgrößen aus verschiedenen Kranstellungen zu ermitteln oder nur in einem Bauzustand vorhandene Montagelasten zu berücksichtigen.
Wenn Geometriedifferenzen zwischen dem idealen System und dem aufgrund des vorhergehenden Bauzustandes verformten System entstehen, werden diese intern ausgeglichen. Dabei setzt das neu hinzugefügte System auf das unter Spannung stehende System der vorherigen Bauphase auf. Diese Berechnung erfolgt nichtlinear.
Die Berechnung war erfolgreich? Nun können Sie die Ergebnisse der einzelnen Bauzustände in RFEM grafisch und tabellarisch betrachten. Dabei ermöglicht es Ihnen RFEM, Bauzustände in der Kombinatorik zu berücksichtigen und darüber bei der Bemessung mit einzubeziehen.
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.
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
Um Massen für die Modalanalyse zu definieren, stehen Ihnen mehrere Möglichkeiten offen. Während Massen aus Eigengewicht automatisch berücksichtigt werden, können Lasten und Massen direkt im Lastfall mit der Modalanalyse berücksichtigt werden. Sie benötigen mehr Möglichkeiten? Wählen Sie aus, ob Gesamtlasten als Massen und Lastanteile in die globale Z-Richtung oder nur die Lastanteile in Richtung der Schwerkraft berücksichtigt werden sollen.
Das Programm bietet Ihnen eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit der Massenübernahme: Die manuelle Definition von Lastkombinationen, ab denen Massen in der Modalanalyse berücksichtigt werden. Sie haben eine Bemessungsnorm ausgewählt? Anschließend können Sie eine Bemessungssituation mit dem Kombinationstyp Erdbeben Masse anlegen. Dadurch berechnet das Programm automatisch eine Massensituation für die Modalanalyse nach der gewünschten Bemessungsnorm. Mit anderen Worten: Das Programm erzeugt auf Grundlage der voreingestellten Kombinationsbeiwerte für die gewählte Norm eine Lastkombination. Diese enthält die Massen, welche letztendlich für die Modalanalyse verwendet werden.
Neben den statischen Lasten sollen auch andere Lasten als Massen berücksichtigt werden? Das Programm ermöglicht es Ihnen für Knoten-, Stab-, Linien- und Flächenlasten. Zunächst müssen Sie dafür bei der Definition der betreffenden Last die Lastart Masse auswählen. Definieren Sie für solche Lasten eine Masse oder Massenanteile in X-, Y- und Z-Richtung. Bei Knotenmassen haben Sie außerdem die Möglichkeit, auch Trägheitsmomente X, Y und Z anzugeben, um komplexere Massenpunkte zu modellieren.
Häufig müssen Massen vernachlässigt werden. Dies gilt insbesondere, wenn Sie die Ausgabe der Modalanalyse für die Erdbebenanalyse verwenden wollen. Hierfür werden schließlich 90 % der effektiven Modalmasse in jede Richtung zur Berechnung benötigt. Sie können also Massen in allen festen Knoten- und Linienlagern vernachlässigen. Die damit verbundenen Massen deaktiviert das Programm für Sie automatisch.
Des Weiteren können Sie auch Objekte, deren Massen vernachlässigt werden sollen, für die Modalanalyse manuell auswählen. Letzteres haben wir Ihnen für eine bessere Ansicht im Bild dargestellt. Dort wird eine benutzerdefinierte Selektion vorgenommen und Objekte sowie die zugehörigen Massenkomponenten werden für die Vernachlässigung von Massen ausgewählt.
Während Sie die Eingabedaten für den Lastfall Modalanalyse definieren, können Sie einen Lastfall berücksichtigen, dessen Steifigkeiten die Ausgangslage für die Modalanalyse sind. Wie Sie das erreichen? Wählen Sie, wie im Bild, die dort gezeigte Option 'Anfangszustand berücksichtigen aus'. Öffnen Sie nun den Dialog 'Anfangszustands-Einstellungen' und definieren als Anfangszustand den Typ Steifigkeit. In diesem Lastfall, ab dem der Anfangszustand betrachtet wird, können Sie die Steifigkeit des Systems nun beim Ausfall von Zugstäben berücksichtigen. Das Ziel des Ganzen: Die Steifigkeit aus diesem Lastfall wird in der Modalanalyse berücksichtigt. So erhalten Sie ein eindeutig flexibleres System.
Sie sehen es bereits im Bild: Auch Imperfektionen können Sie bei der Definition eines Modalanalyse-Lastfalls berücksichtigen. Die Imperfektionstypen, welche Sie in der Modalanalyse anwenden können, sind fiktive Lasten aus Lastfall, Anfangsschwingung mittels Tabelle, statische Verformung, Knicklängenbeiwert, dynamische Eigenform und Gruppe der Imperfektionsfälle.
Wussten Sie schon? Sie können Strukturmodifikationen komfortabel in Lastfällen des Typs Modalanalyse definieren. Dadurch wird es Ihnen möglich, beispielsweise die Steifigkeiten von Materialien, Querschnitten, Stäben, Flächen, Gelenken und Lagern individuell anzupassen. Für einige Bemessungs-Add-Ons können Sie außerdem Steifigkeiten modifizieren. Sobald Sie mit Ihrer Auswahl fertig sind, werden die Steifigkeitseigenschaften der Objekte an den Objekttyp angepasst. So können diese in separaten Registern definiert werden.
Sie wollen das Versagen eines Objekts (zum Beispiel einer Stütze) in der Modalanalyse untersuchen? Auch das ist problemlos möglich. Wechseln Sie ganz einfach zum Fenster Strukturmodifikation, in dem Sie die betreffenden Objekte deaktivieren.
Ihr Ziel ist die Ermittlung der Anzahl der Eigenformen? Dafür stellt Ihnen das Programm gleich zwei Methoden zur Verfügung. Zum einen können Sie die Anzahl der kleinsten zu berechnenden Eigenformen manuell festlegen. In diesem Fall hängt die Anzahl der verfügbaren Eigenformen von den Freiheitsgraden ab (also Anzahl der freien Massepunkte mal Anzahl der Richtungen, in welche die Massen wirken). Diese ist allerdings auf 9999 beschränkt. Zum anderen können Sie die maximale Eigenfrequenz so einstellen, dass das Programm die Eigenformen bis zum Erreichen der eingestellten Eigenfrequenz automatisch ermittelt.
Die Berechnung ist abgeschlossen? Dann stehen Ihnen die Ergebnisse der Modalanalyse sowohl grafisch als auch tabellarisch zur Verfügung. Lassen Sie sich die Ergebnistabellen für den Lastfall bzw. die Lastfälle der Modalanalyse anzeigen. Dadurch können Sie auf einen Blick die Eigenwerte, Kreisfrequenzen, Eigenfrequenzen und Eigenperioden der Struktur einsehen. Auch die effektiven Modalmassen, modalen Massenfaktoren und Beteiligungsfaktoren werden Ihnen übersichtlich angezeigt.
Haben Sie bereits die tabellarische und grafische Ausgabe der Massen in Netzpunkten entdeckt? Richtig, auch diese gehört zu den Ergebnissen der Modalanalyse in RFEM 6. Überprüfen Sie auf diese Weise die importierten Massen, welche von verschiedenen Einstellungen der Modalanalyse abhängig sind. Diese können in den Ergebnissen im Register Massen in Netzpunkten angezeigt werden. Die Tabelle bietet Ihnen eine Übersicht über folgende Ergebnisse: Masse - Translatorische Richtung (mX, mY, mZ), Masse - Rotatorische Richtung (mφX, mφY, mφZ) und Summe der Massen. Am besten wäre für Sie eine möglichst schnelle grafische Auswertung? Dann können Sie sich auch die Massen in den Netzpunkten grafisch anzeigen lassen.
Sie haben bereits erfahren, dass die Ergebnisse eines Modalanalyse-Lastfalls nach erfolgreicher Berechnung im Programm angezeigt werden. Die erste Eigenform ist für Sie also sofort grafisch oder animiert zu sehen. Dabei können Sie die Darstellung der Eigenformnormierung komfortabel anpassen. Erledigen Sie das am besten direkt im Ergebnisnavigator, wo Sie zur Visualisierung der Eigenformen eine von vier Optionen auswählen:
Wert des Eigenformvektors uj auf 1 skalieren (berücksichtigt nur die Translationskomponenten)
Auswahl der maximalen Translationskomponente des Eigenvektors und Einstellung auf 1
Betrachtung der gesamten Eigenform (inklusive der Rotationskomponenten), Auswahl des Maximums und Einstellung auf 1
Setzen der modalen Massen mi für jeden Eigenwert auf 1 kg
Ausführlichere Erläuterungen der Normierung der Eigenformen finden Sie hier im Online-Handbuch.
Sie wollen das Verhalten des Bodenvolumens abbilden und analysieren? Um das zu gewährleisten, wurden in RFEM spezifische geeignete Materialmodelle implementiert. Das modifizierte Mohr-Coulomb-Modell mit linear-elastischer ideal-plastischer sowie ein nichtlinear elastisches Modell mit ödometrischer Spannungs-Dehnungs-Beziehung stehen Ihnen dafür zur Verfügung. Dabei ist das Grenzkriterium, welches den Übergang des elastischen Bereiches in den des plastischen Fließens beschreibt, bereits nach Mohr-Coulomb definiert.
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.
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.
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.
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.
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.