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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.
Im Add-On Modalanalyse steht Ihnen die Option zur automatischen Erhöhung der gesuchten Eigenwerte bis zur Erreichung eines definierten effektiven Modalmassenfaktors zur Verfügung. Es werden dabei alle translatorischen Richtungen berücksichtigt, welche für die Modalanalyse als Massen aktiviert wurden.
Somit lassen sich die geforderten 90% der effektiven Modalmasse für das Antwortspektrenverfahren leicht berechnen.
Bei der Antwortspektrumsanalyse von Gebäudemodellen können Sie die Empfindlichkeitsbeiwerte für die horizontalen Richtungen je Geschoss tabellarisch ausgeben.
Mit diesen Kennzahlen ist es möglich, die Empfindlichkeit gegenüber Stabilitätseffekten zu interpretieren.
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.
Sie sind bereit für die Auswertung? Dafür stehen Ihnen Berechnungsdiagramme zur Verfügung, die den Verlauf eines bestimmten Ergebnisses während einer Berechnung darstellen.
Die Belegung der vertikalen und horizontalen Achse des Berechnungsdiagramms können Sie frei definieren. Dadurch ist es Ihnen möglich, beispielsweise den Verlauf der Setzung eines bestimmten Knotens abhängig von der Belastung zu betrachten.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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