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Im Kombinationsassistenten haben Sie die Möglichkeit, mehr als einen Anfangszustand zu berücksichtigen. RFEM und RSTAB erlauben Ihnen, in der Kombinatorik unterschiedliche Anfangszustände (Vorspannung, Formfindung, Dehnung, etc.) für die Zielkombinationen vorzugeben.
Damit können Sie z. B. Lastzustände auf Basis einer Formfindungsanalyse mit wechselnden Imperfektionen generieren.
Im Add-On "Stahlanschlüsse" haben Sie die Möglichkeit, in sämtlichen Komponenten die Vorspannung von Schrauben bei der Berechnung zu berücksichtigen. Die Vorspannung lässt sich einfach bei den Schraubenparametern mittels einer Checkbox aktivieren und hat Auswirkungen sowohl auf die Spannungs-Dehnungsberechnung als auch auf die Steifigkeitsanalyse.
Vorgespannte Schrauben sind spezielle Schrauben, die im Stahlbau verwendet werden, um eine hohe Klemmkraft zwischen den verbundenen Bauteilen zu erzeugen. Diese Klemmkraft bewirkt eine Reibung zwischen den Bauteilen, die die Übertragung von Kräften ermöglicht.
Funktionsweise Vorgespannte Schrauben werden mit einem bestimmten Drehmoment angezogen, wodurch sie sich dehnen und eine Zugkraft erzeugen. Diese Zugkraft wird auf die verbundenen Bauteile übertragen und führt zu einer hohen Klemmkraft. Die Klemmkraft verhindert ein Lösen der Verbindung und sorgt für eine sichere Kraftübertragung.
Vorteile
Hohe Tragfähigkeit: Vorgespannte Schrauben können hohe Kräfte übertragen.
Geringe Verformung: Sie minimieren die Verformung der Verbindung.
Ermüdungsfestigkeit: Sie sind widerstandsfähig gegen Ermüdung.
Einfache Montage: Sie sind relativ einfach zu montieren und demontieren.
Berechnung und Bemessung Die Berechnung von vorgespannten Schrauben erfolgt in RFEM mittels des durch das Add-On "Stahlanschlüsse" generierten Analyse-FE-Modells. Dabei werden Klemmkraft, Reibung zwischen den Bauteilen, Scherfestigkeit der Schrauben und Tragfähigkeit der Bauteile berücksichtigt. Die Bemessung erfolgt nach DIN EN 1993-1-8 (Eurocode 3) oder der US-Norm ANSI/AISC 360-16. Das erstellte Analysemodell inklusive Ergebnisse kann als eigenständiges RFEM-Modell gespeichert und verwendet werden.
Wenn Sie das Add-On Formfindung in den Basisangaben aktivieren, wird den Lastfällen mit der Lastfallkategorie „Vorspannung“ in Verbindung mit den Formfindungslasten aus dem Stab-, Flächen- und Volumenlastkatalog eine formgebende Wirkung zugewiesen. Dabei handelt es sich um einen Vorspannungslastfall. Dieser mutiert damit zu einer Formfindungsanalyse für das Gesamtmodell mit allen darin definierten Stab, Flächen- und Volumenelementen. Die Formgebung der relevanten Stab- und Membranelemente inmitten des Gesamtmodells erreichen Sie durch spezielle Formfindungslasten und reguläre Lastdefinitionen. Diese Formfindungslasten beschreiben hierbei den erwarteten Verformungs- bzw. Kraftzustand nach der Formfindung in den Elementen. Die regulären Lasten beschreiben die externe Belastung des Gesamtsystems.
Wissen Sie genau, wie eine Formfindung berechnet wird? Zunächst verschiebt der Formfindungsprozess der Lastfälle mit der Lastfallkategorie „Vorspannung“ die anfängliche Netzgeometrie mittels iterativen Berechnungsschleifen an eine Position, die optimal im Gleichgewicht steht. Für diese Aufgabe verwendet das Programm die Updated Reference Strategy (URS) Methode von Prof. Bletzinger und Prof. Ramm. Diese Technologie zeichnet sich durch Gleichgewichtsformen aus, die nach der Berechnung annähernd genau die initial vorgegebenen Formfindungsrandbedingungen (Durchhang, Kraft und Vorspannung) einhalten.
Durch den integralen Ansatz der URS wird Ihnen neben der reinen Beschreibung der zu erwartenden Kräfte oder Durchhänge auf den zu formenden Elementen auch eine Berücksichtigung von regulären Kräften ermöglicht. Das erlaubt Ihnen im gesamtheitlichen Prozess z. B. eine Beschreibung des Eigengewichts bzw. eines pneumatischen Drucks durch entsprechende Elementlasten.
Mit all diesen Optionen erhält der Berechnungskern das Potential, antiklastische und synklastische im Kräftegleichgewicht stehende Formen für flächige oder rotationssymmetrische Geometrien zu errechnen. Um beide Typen einzeln oder zusammen in einer Umgebung praxisnah umsetzen zu können, haben Sie in der Berechnung zwei Arten der Beschreibung von Formfindungskraftvektoren zur Auswahl:
Zugmethode – Beschreibung der Formfindungskraftvektoren im Raum für flächige Geometrien
Projektionsmethode – Beschreibung der Formfindungskraftvektoren auf einer Projektionsebene mit Fixierung der horizontalen Lage für konische Geometrien
Im „Vorspannungslastfall“ gibt Ihnen der Formfindungsprozess ein Strukturmodell mit eingeprägten Kräften aus. Dieser Lastfall zeigt in den Verformungsergebnissen die Verschiebung von der initialen Eingabeposition zur formgefundenen Geometrie. In den kraft- bzw. spannungsbasierten Ergebnissen (Stab- und Flächenschnittgrößen, Volumenspannungen, Gasdrücke, etc.) verdeutlicht er den Zustand zur Aufrechterhaltung der gefundenen Form. Für die Analyse der Formgeometrie bietet Ihnen das Programm einen flächigen Umrisslinienplot mit Ausgabe der absoluten Höhe und einen Neigungsplot zur Visualisierung der Gefällesituation an.
Nun kommt es zur Weiterrechnung und statischen Analyse des Gesamtmodells. Zu diesem Zweck transferiert das Programm die formgefundene Geometrie inklusive der elementweisen Dehnungen in einen universell einsetzbaren Anfangszustand. Nun kann sie in den Lastfällen und Lastkombinationen von Ihnen genutzt werden.
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
Die Formfindungsfunktion wird im Dialog Basisangaben, Register Optionen aktiviert. Vorspannungen (oder geometrische Anforderungen für Stäbe) lassen sich in den Parametern für Flächen und Stäbe definieren. Der Formfindungsprozess wird durch die Berechnung des Falls RF-FORMFINDUNG durchgeführt.
Arbeitsschritte:
Erstellung des Modells in RFEM (Flächen, Träger, Seile. Lager, Materialdefinition etc.)
Festlegung der erforderlichen Vorspannung für Membranen und Kraft oder Länge/Durchhang für Stäbe (z. B. Seile)
Optionale Berücksichtigung anderer Lasten für den Formfindungsprozess in speziellen Formfindungslastfällen (Eigengewicht, Druck, Stahlknotengewicht etc.)
Festlegung von Lasten und Lastkombinationen für weitere statische Berechnungen
Mit Berechnungsstart führt das Programm eine Formfindung am Gesamtsystem durch. Die Berechnung berücksichtigt die Interaktion zwischen den Formfindungselementen (Membranen, Seile etc.) und der Tragkonstruktion.
Der Formfindungsprozess wird iterativ als eine spezielle nichtlineare Analyse, inspiriert von URS (Updated Reference Strategy) von Prof. Bletzinger / Prof. Ramm, realisiert. Dadurch erhält man Formen, die sich im Gleichgewicht befinden unter Berücksichtigung der definierten Vorspannung.
Weiterhin besteht mit dieser Variante die Möglichkeit, bei der Formfindung individuelle Lasten wie Eigengewicht oder den Innendruck für pneumatische Modelle zu berücksichtigen. Die Vorspannung für Flächen (z. B. Membranen) kann auf zwei verschiedene Arten definiert werden:
Standardmethode - Vorschreiben der erforderlichen Vorspannung in einer Fläche
Projektionsmethode - Vorschreiben der erforderlichen Vorspannung in der Projektion einer Fläche, Stabilisierung vor allem für konische Formen
Zunächst ist ein Lastfall oder eine Lastkombination auszuwählen, deren Normalkräfte für die Stabilitätsberechnung verwendet werden. Es kann ein weiterer Lastfall festgelegt werden, um z. B. eine Anfangsvorspannung zu berücksichtigen.
Es ist anzugeben, ob eine lineare oder eine nichtlineare Analyse erfolgen soll. Je nach Anwendungsfall kann eine direkte Berechnungsmethode wie z. B. nach Lanczos oder aber die ICG-Iterationsmethode ausgewählt werden. Stäbe, die nicht in Flächen integriert sind, werden in der Regel als Stabelemente mit zwei FE-Knoten abgebildet. Mit solchen Elementen kann das lokale Knicken des Einzelstabes nicht erfasst werden. Deshalb besteht die Möglichkeit, Stäbe automatisch teilen zu lassen.
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.
In RF-TENDON erfolgt automatisch die Berechnung der Ersatzlasten aus Vorspannung. Diese Ersatzlasten werden an RFEM übergeben und dort in Form von Einzellasten am Modell angesetzt. In RFEM erfolgt dann die rechnerische Ermittlung der Schnittgrößen, die dann wieder an RF-TENDON übergeben werden.
In RF-TENDON ist eine komplette Berechnung von RF-TENDON Design im Hintergrund möglich, wenn z. B. nächträglich in RF-TENDON Änderungen der Spanngliedeigenschaften oder der Spanngliedgeometrie vorgenommen werden.
Der Querschnitt lässt sich frei über polygonal begrenzte Flächen mit Aussparungen und Punktflächen (Bewehrungen) modellieren. Alternativ wird die DXF-Schnittstelle zum Import der Geometrie genutzt. Eine umfangreiche Materialbibliothek erleichtert die Modellierung von Verbundquerschnitten.
Durch die Vorgabe von Grenzdurchmessern und Prioritäten wird eine Staffelung der Bewehrung ermöglicht. Dabei kann neben den jeweiligen Betondeckungen eine Vorspannung berücksichtigt werden.
Wenn in RFEM das Modell mit den Lastfällen (Lastfall Vorspannung ohne Belastung) und Lastkombinationen erstellt ist, können in RF-TENDON die Spannglieder definiert werden. Hierfür steht in der Datenbank eine Vielzahl von Spannstählen zur Verfügung, die sich auch modifizieren lassen. In den Dialogen wird beispielsweise abgefragt, wieviel Litzen verwendet werden, von welcher Seite vorgespannt wird und wie groß der Schlupf ist.
Es können in vertikaler und horizontaler Ebene gerade und parabelförmige Spannglieder automatisch und manuell definiert werden. Die Lastfälle bzw. Lastkombinationen sind dann den Bauphasen zuzuordnen. Außerdem ist die Lage der Bemessungsschnitte festzulegen.