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Wenn windinduzierte Flächendruckwerte auf einem Gebäude vorhanden sind, können sie auf ein Tragwerksmodell in RFEM 6 angesetzt, von RWIND 2 verarbeitet und als Windlasten bei der Statikanalyse in RFEM 6 verwendet werden.
Mit RWIND 2 und RFEM 6 ist es nun möglich, Windlasten aus experimentell gemessenen Winddruckwerten auf Oberflächen zu berechnen. Grundsätzlich stehen zwei Interpolationsverfahren zur Verfügung, um punktuell gemessene Drücke auf den Flächen zu verteilen. Durch entsprechende Methoden- und Parametereinstellungen kann die gewünschte Druckverteilung erreicht werden.
CFD-Berechnungen sind im Allgemeinen sehr komplex. Die genaue Berechnung von Windströmungen um komplizierte Strukturen herum ist sehr rechen- und zeitintensiv. In vielen bautechnischen Anwendungen wird eine hohe Genauigkeit nicht benötigt; in solchen Fällen ermöglicht es unser CFD-Programm RWIND 2, das Modell der Struktur zu vereinfachen und so die Kosten erheblich zu reduzieren. In diesem Beitrag werden einige Fragen zur Vereinfachung beantwortet.
Großmaßstäbliche Modelle sind Modelle, die eine mehrdimensionale Skalierung enthalten und daher eine erhöhte Rechenleistung erfordern. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Sie die Berechnung solcher Modelle vereinfachen und im Hinblick auf die gewünschten Ergebnisse optimieren können.
In diesem Beitrag wurde ein neuartiger Ansatz zur Generierung von CFD-Modellen auf Gemeindeebene durch die Integration von Building Information Modeling (BIM) und geografischen Informationssystemen (GIS) entwickelt, um die Generierung eines hochauflösenden 3D-Gemeindemodells zu automatisieren als Eingabe für einen digitalen Windkanal mit RWIND verwendet werden.
Das eigenständig lauffähige Programm RSECTION steht Ihnen zur Verfügung, um die Querschnittswerte dünnwandiger Strukturen und dickwandiger Querschnitte zu ermitteln und ihre Spannungsnachweise durchzuführen. Das Programm kann sowohl an RFEM als auch an RSTAB angeschlossen werden, so dass die Querschnitte aus RSECTION auch in der RFEM- und RSTAB-Bibliothek verfügbar sind. Die Schnittgrößen können ebenso aus RFEM und RSTAB in RSECTION importiert werden.
Mit dem eigenständig lauffähigen Programm RSECTION können die Querschnittswerte für beliebige dünnwandige und massive Querschnitte ermittelt sowie ein Spannungsnachweis durchgeführt werden. Im vorherigen Fachbeitrag "Grafische/Tabellarische Erstellung Benutzerdefinierter Querschnitte in RSECTION 1" wurden die Grundlagen der Querschnittsdefinition im Programm erläutert. In diesem Beitrag wird hingegen zusammengefasst, wie die Querschnittswerte ermittelt und ein Spannungsnachweis durchgeführt werden.
RSECTION 1 ist ein eigenständig lauffähiges Programm zur Ermittlung der Querschnittswerte dünnwandiger und massiver Querschnitte sowie zur Durchführung von Spannungsnachweisen. Zudem lässt sich das Programm sowohl an RFEM als auch an RSTAB anbinden: In den RFEM/RSTAB-Bibliotheken stehen Querschnitte aus RSECTION zur Verfügung und es können Schnittgrößen aus RFEM/RSTAB in RSECTION eingelesen werden.
RWIND 2 ist ein Programm zur Generierung von Windlasten auf Basis von CFD (Computational Fluid Dynamics). Die numerische Simulation von Windströmungen wird um Gebäude jeglicher Art generiert, auch solche die eine unregelmäßige oder einzigartige Geometrie aufweisen, um die Windlasten auf Flächen und Stäben zu bestimmen. RWIND 2 lässt sich bei der statischen Berechnung in RFEM/RSTAB integrieren oder als eigenständiges Programm verwenden.
Die Anzahl der Nationalen Anhänge zum Eurocode 2 zur Bemessung von Stahlbetonquerschnitten wurde seit DICKQ 6.54 erweitert. Damit stehen folgende NAs zur EN 1992-1-1:2004 + AC:2010 zur Verfügung:
Die Wirkung der Schiene als "statisch mittragend" oder "statisch nicht mittragend" wird in KRANBAHN über die Auswahlmöglichkeiten "Schiene-Flanschverbindung" in den Details festgelegt. Diese Einstellung steuert die Berechnung der Lasteinleitungslänge nach EN 1993-6, Tab. 5.1.
Bei der Umnutzung oder Erweiterung von Hallen wünscht der Bauherr den Betrieb eines zweiten oder dritten Kranes auf einer bestehenden Kranbahn. Da die ursprüngliche Bemessung meist keine weiteren Krane berücksichtigt hat, ist eine häufige Lösung, zwischen den Kranen einen Mindestabstand einzuplanen. Dies erfolgt über eine Steuerung in der Krantechnik.
Allgemeine dünnwandige Querschnitte weisen oft unsymmetrische Geometrien auf. Die Hauptachsen solcher Profile liegen dann nicht parallel zu den horizontal und vertikal ausgerichteten Achsen Y und Z. Bei der Ermittlung der Querschnittswerte wird neben den hauptachsenbezogenen Trägheitsmomenten der Winkel α zwischen der Schwerpunktachse y und der Hauptachse u bestimmt.
Mit dem Querschnittsprogramm DUENQ können beliebige dünnwandige Querschnitte erstellt und anschließend auch in RFEM oder RSTAB als Stabquerschnitt verwendet werden. Dabei kann DUENQ von beliebigen Querschnitten alle relevanten Querschnittswerte für eine Bemessung und Spannungsanalyse ausgeben.
Bei Hängekranen wird der Untergurt des Kranbahnträgers zusätzlich zur globalen Haupttragwirkung durch die Radlasten auf lokale Flanschbiegung beansprucht. Der Untergurt verhält sich infolge dieser lokalen Biegespannungen plattenartig und weist einen zweiachsigen Spannungszustand auf [1].
Zum Abschluss der Thematik über die Bemessung von Schweißnähten an Kranbahnträgern folgt nun - nach den Beiträgen zur Schienenschweißnaht im Grenzzustand der Tragfähigkeit und im Grenzzustand der Ermüdung - ein Beitrag zur Bemessung der Steghalsnähte. Dabei sollen sowohl der Grenzzustand der Tragfähigkeit als auch der Grenzzustand der Ermüdung betrachtet werden.
Das eigenständige Programm DUENQ ermittelt die Kennwerte und Spannungen für beliebige dünnwandige Querschnitte. Grafische Tools und Funktionen ermöglichen die Modellierung von komplexen Querschnittsformen. Neben der grafischen Eingabe ist auch eine tabellarische Eingabe möglich. Alternativ kann eine DXF-Datei eingelesen und als Basis für die weitere Modellierung genutzt werden. Ebenfalls kann jeder Querschnitt aus der Dlubal-Querschnittsbibliothek eingegeben und als Teil mit den vom Benutzer definierten Elementen kombiniert werden.
Mit DUENQ lassen sich Querschnittswerte und Spannungen von beliebigen Profilen berechnen. Sind Flansch oder Steg durch Schraubenlöcher geschwächt, kann dies durch die Verwendung von Nullelementen abgebildet werden. Die Spannungen werden im Anschluss mit den abgeminderten Querschnittswerten neu berechnet. Ein besonderes Augenmerk ist hierfür auf die Schubspannungen zu legen. Diese werden standardmäßig im Bereich der Nullelemente zu Null gesetzt. Berechnet man die Schubspannungen mit den abgeminderten Querschnittswerten und ohne weitere Anpassung erneut, stellt sich heraus, dass das Integral der Schubspannungen nicht mehr gleich der angesetzten Querkraft ist. Wie sich daher die Schubspannung im Detail berechnet, soll im folgenden Beispiel aufgezeigt werden.
Die Kehlnaht ist die im Stahlhochbau am weitaus häufigsten vorkommende Nahtform. Gemäß EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1] dürfen Kehlnähte für die Verbindung von Bauteilen verwendet werden, wenn die Flanken einen Öffnungswinkel von 60° bis 120° bilden.
Aufbauend auf den Beitrag zur Bemessung der Schienenschweißnähte im Grenzzustand der Tragfähigkeit sollen sich die folgenden Erläuterungen auf die Nachweisführung der Ermüdungsnachweise der Schienenschweißnähte beziehen. Speziell die Auswirkungen der Berücksichtigung des exzentrischen Radlastangriffes von ¼ der Schienenkopfbreite soll näher betrachtet und erläutert werden.
Der exzentrische Radlastangriff von 1/4 der Schienenkopfbreite muss laut DIN EN 1993-6 nur für den Ermüdungsnachweis ab einer Schadensklasse S3 berücksichtigt werden. Durch eine zusätzliche Eingabeoption in den Detaileinstellungen kann jedoch diese Exzentrizität ebenfalls für den Schweißnahtnachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit berücksichtigt werden. Mit der Auswahl dieser Option wird der Nachweis unter exzentrischer Radlast unabhängig der Schadensklasse immer berücksichtigt.
Neben Bögen und Kreisen können in DUENQ 8.xx folgende gekrümmte Querschnittsteile modelliert werden:EllipsenElliptische BögenParabelnHyperbelnSplinesNURBS (non-uniform rational B-Spline)
Im Querschnittsprogramm DUENQ besteht die Möglichkeit, Querschnittsteile in einem "Profil" zusammenzufassen und dessen Querschnittskennwerte abzulesen. Damit lassen sich beispielsweise bei Verbundprofilen die Kennwerte der Komponenten bestimmen.
Mit dem Querschnittsprogramm DUENQ lassen sich die Eckbereiche von Profilen detailgetreu modellieren:Die Funktion "Ecke glätten" füllt die Ecke mit einem Element und verbindet es automatisch durch ein Nullelement. Hierzu ist lediglich der Eckbereich anzuklicken.Mit der Funktion "Ecke abrunden oder abwinkeln" kann die Ecke abgerundet oder abgewinkelt werden. Hierzu sind der Abrundungsradius anzugeben und die beiden Elemente anzuklicken.
In KRANBAHN wird für den Ermüdungsnachweis der Schweißnähte sowie des Kranbahnträgers bei Verwendung des Nationalen Anhanges von Deutschland und ab einer Schadensklasse von S3 der exzentrische Radlastangriff von 1/4 der Schienenkopfbreite verwendet.
Für die Bemessung von Querschnitten werden in der Regel viele verschiedene Querschnittswerte benötigt. In RFEM und RSTAB sind alle dazu benötigten Werte für normierte Querschnitte in der Querschnittsdatenbank vorhanden und man kann diese zur direkten Bemessung heranziehen. Handelt es sich dagegen um nicht normgerechte Querschnitte, so gibt es mit DUENQ die Möglichkeit, auch diese Querschnitte zu verwenden. Über eine einfache Geometrieeingabe können alle benötigten Querschnittswerte ermittelt werden. In folgendem Beispiel wird die Berechnung der Schubfläche anhand eines konkreten Beispiels durchgeführt.
Sofern Kranbahnträger mit Flachstahlschienen konzipiert werden, ist auch immer die Verschweißung dieser Schienen ein Detail für die Bemessung beziehungsweise Auslegung. Generell kann hierfür zwischen durchlaufenden oder nicht durchlaufenden Kehlnähten als Befestigung gewählt werden. Der folgende Beitrag soll einen Überblick über die Nachweisführungen und deren Besonderheiten geben, speziell bei Verwendung der DIN EN 1993-6.
Das Querschnittsprogramm DUENQ ermittelt die wirksamen Querschnittswerte dünnwandiger Profile gemäß Eurocode 3 und Eurocode 9. Alternativ sind im Programm plastische Untersuchungen für allgemeine Querschnitte nach der Simplex-Methode möglich. Bei diesem Verfahren werden die plastischen Querschnittsreserven für elastisch ermittelte Schnittgrößen iterativ bestimmt.Folgendes Beispiel beschreibt die wirksamen Querschnittswerte im Bereich einer Ausklinkung eines I-förmigen Walzprofils. Anschließend werden die Ergebnisse mit einer plastischen Analyse verglichen.
Beulnachweise von ausgesteiften Platten stellen eine besondere Aufgabenstellung dar. DIN EN 1993-1-5 stellt für diese Herausforderung drei Berechnungsverfahren zur Verfügung:Methode der wirksamen Querschnitte, [1], Kap. 4-7Methode der reduzierten Spannungen, [1], Kap. 10Berechnungen mit der Finite-Element-Methode (FEM), [1], Anhang C