Tragstruktur eines Förderbandes, Deutschland
Monath ist ein mittelständisches Ingenieurbüro, das in allen Bereichen des Hochbaus tätig ist. Bei Stahlprojekten findet der Großteil ihrer Arbeit in Industrie- und Lagerhallen statt. Aber auch kleinere Stahlbauprojekte mit komplexen Tragwerkssystemen sind eine Herausforderung.
Motivation
Oft müssen wir mit nicht standardmäßigen Verbindungen (Topologie, Querschnitte) arbeiten und einen gründlichen Normnachweis durchführen. In der Vergangenheit beschränkten wir uns auf einfache Programme zur Verbindungsbemessung oder händische Berechnungen. Dies schränkte unsere Fähigkeit ein, die Konstruktion richtig zu bewerten.
Die größten Probleme treten bei Verbindungen auf, die mehrachsigen Belastungen ausgesetzt sind und bei denen eine 3D Simulation erforderlich ist. Hier stößt die grundlegende Software zur Verbindungsbemessung an ihre Grenzen, da nur eine zweidimensionale Modellierung möglich ist. Ein weiteres Problemfeld sind Verbindungen mit sehr komplexen Topologien. Unsere bisherige Software zur Anschlussbemessung beschränkte sich auf vorgegebene Anschlussarten (Trägertopologie, Profile, Querschnitte, Aussteifungsbleche).
Da diese Probleme in unserer täglichen Ingenieurpraxis auftreten, haben wir uns für die Zusammenarbeit mit IDEA StatiCa Connection entschieden.
Vorteile
IDEA StatiCa Connection hat eine sehr einfache und übersichtliche Arbeitsoberfläche. In kurzer Zeit finden Sie sich im Programm zurecht und erledigen Ihre Arbeit schnell.
Die bei Monath verwendete CAE-Software ist SCIA Engineer. IDEA StatiCa Connection verfügt über eine BIM-Schnittstelle, die ausgewählte Knoten (Verbindungen) aus SCIA Engineer importieren kann (einschließlich Querschnittsparameter und Schnittgrößen). Diese Schnittstelle funktioniert sehr gut. Alle wichtigen Werte (Geometrie und Belastungen) werden schnell und zuverlässig übertragen, was zusätzlichen Aufwand, Zeit und Aufwand spart. Selbstverständlich ist eine separate Eingabe der Geometrie und der Belastungen möglich, so dass einzelne Nachweise unabhängig von anderen Programmen durchgeführt werden können.
Ein weiterer Vorteil sind die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten. Es ist möglich, den Anschluss projektspezifisch anzupassen und so ein sehr realitätsnahes Modell zu visualisieren. Es stehen zahlreiche Fertigungsoperationen zur Verfügung, wie z.B. Verbindungen mit Stirnplatten, Verbindungsplatten, Winkelplatten und viele mehr. Der größte Vorteil besteht darin, dass ein Knoten mit mehreren unterschiedlichen Verbindungstypen modelliert und sofort in 3D dargestellt werden kann. Auf diese Weise kann fast jede Verbindung konstruiert und überprüft werden, egal wie einzigartig sie ist.
Bei vielen Konstruktionen werden mehrachsige Kräfte auf die Verbindungen ausgeübt. In den meisten Programmen ist jedoch nur eine 2D Berechnung möglich. So muss die Verbindung nur noch aufwendig von Hand bewertet werden – und mehrachsige Einflüsse werden einfach vernachlässigt. IDEA StatiCa Connection ermöglicht die Krafteinleitung sowohl am Anschlussteil als auch am angeschlossenen Bauteil. Dadurch ist eine realistische Abbildung möglich und die Ergebnisse sind genauer als mit herkömmlichen Berechnungsprogrammen. Dies ermöglicht eine beispiellose Optimierung aller Verbindungseigenschaften (Dicke der Bleche oder Schweißnähte etc.).
Wir verwenden Verbindungsnachweise nach Eurocode 3, die sofort angezeigt werden. Darüber hinaus erhalten wir auch Eigenspannungen und -kräfte, lokale Beulergebnisse und Steifigkeitsanalysen (alles basierend auf einem automatisch erstellten FE-Modell).
Nachteile
Neben den vielen Vorteilen von IDEA StatiCa Connections sind uns auch einige Nachteile aufgefallen.
Durch die Aufteilung in mehrere Lastfälle kann die Berechnung einige Zeit in Anspruch nehmen (bei komplexen Anschlüssen sogar mehrere Minuten). Dies macht sich besonders bemerkbar, wenn die konstruierten Verbindungen steif sind, da in diesem Fall viele Iterationsschritte durchgeführt werden müssen. Die Bemessung von steifen Verbindungen erfordert unserer Meinung nach generell etwas erfahrenere Nutzer. Auch bei der Ausgabe sehen wir Verbesserungspotential. Zum Beispiel ist die Position von Blechen, Schweißnähten oder Schrauben aufgrund fehlender Maße schwerer zu erkennen
Beispiele
Um unsere Einsatzgebiete von IDEA StatiCa Connection aufzuzeigen, werden im Folgenden zwei Beispiele aus unseren Projekten vorgestellt und erläutert.
Beispiel 1: Plakatstruktur
Das erste vorgestellte Projekt ist eine Plakatstruktur. Aufgabe war hier neben diversen Verbindungen von Hohlprofilen, die Verankerung des Fundaments nachzuprüfen.
Windlasten, Momente und Querkräfte beeinflussten die Struktur in zwei Richtungen. Das Fundament war daher ein komplexer Zusammenhang, da andere Programme Momente um die X- oder Y-Achse nicht berücksichtigen. Über den BIM-Link der CAE-Software SCIA Engineer wurden die Querschnittsparameter sowie die Schnittgrößen am Knoten an IDEA StatiCa Connection übergeben. Anschließend konnte die Verankerung inklusive Schweißnähte modelliert und überprüft werden, wie unten gezeigt.
Ein weiteres Problem bei diesem Projekt war die Anbindung der Hauptträger an die Stütze. Mit herkömmlichen Berechnungsprogrammen musste ein solches statisches System zu einem zweidimensionalen Problem vereinfacht werden.
Nachdem der Anschluss mit allen vier Hauptträgern mit IDEA StatiCa Connection ausgelegt wurde, stellte sich heraus, dass die Platte der Stütze hohen Belastungen ausgesetzt ist. Daher wurde das System, wie unten gezeigt, durch Rippen über und unter den HEA-Profilen ausgesteift und die Verbindung konnte genauer ausgeführt werden.
Beispiel 2: Tragkonstruktion eines Förderbandes
Bei diesem Projekt wurde eine tragende Konstruktion entworfen und überprüft. Dabei entstanden mehrere Knoten, an denen durch Schraub- und Schweißverbindungen gelenkige und starre Verbindungen unterschiedlicher Profile verwendet wurden. Bei der unten gezeigten Verbindung wurden zwei Träger miteinander verbunden und zusätzlich zu der Stütze, auf der sie aufliegen.
Bei dieser Verbindung ging es um die Verbindung der drei Profile, die auftretenden Kräfte in allen Bauteilen sowie das Hinzufügen von Steifen und Rippen. Daher ist die Prüfung der Verbindung relativ aufwendig und ohne FEM nicht vollständig reproduzierbar.
Mit IDEA StatiCa Connection konnte der Anschluss wie geplant modelliert und überprüft werden. Unten sehen Sie Bilder der Verbindung, wie sie vom Fertiger hergestellt wurden.
Fazit
Mit IDEA StatiCa Connection ist es möglich, sowohl einfache als auch komplexe Stahlverbindungen mit Finite-Elemente-Methoden zu überprüfen. Die Anschlussnachweise sind durch hohe Flexibilität nahezu unbegrenzt. Die Eingabe der Anschlussgeometrie und Lasten ist im Vergleich zu den meisten allgemeinen Finite-Elemente-Programmen einfach und alle Eingaben werden übersichtlich in einer 3D-Ansicht der Verbindung dargestellt. Nach Berechnung der Verbindung können neben Spannungen, Dehnungen und Auslastung auch Nachweise nach DIN EN 1993 durchgeführt werden.
Da unser Unternehmen SCIA Engineer als CAE-Programm verwendet, ist IDEA StatiCa Connection ein sehr gutes Ergänzungsmodul für den Stahlbau. Es ergänzt das globale SCIA-Modell hervorragend, da die BIM-Funktionen eine schnelle Übergabe der Knoten an IDEA StatiCa Connection ermöglichen. Durch die einfache und übersichtliche Benutzeroberfläche der Software ist der Einstieg in IDEA StatiCa Connection mit vertretbarem Aufwand möglich und es werden schnelle Ergebnisse erzielt.
