Lasten

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Die Lasten eines Bauteils des Analysemodells werden an die Enden der Bauteilabschnitte übertragen. Exzentrizitäten, verursacht durch die Anschluss-Bemessung, werden bei der Übertragung berücksichtigt.

Das mittels CBFEM erzeugte Analysemodell entspricht dem realen Anschluss sehr genau, wohingegen die Berechnung der Schnittkräfte an einem idealisierten 3D-FEM Stabmodell durchgeführt wird, bei dem einzelnen Träger durch Mittellinien und Verbindungen durch immaterielle Knoten modelliert werden.

Anschluss einer vertikalen Stütze und eines horizontalen Trägers

In 3D Modellen werden Schnittgrößen mittels 1D Elementen berechnet. Ein Beispiel der Verläufe der Schnittgrößen ist im folgenden Bild zu sehen:

Verlauf der Schnittgrößen am horizontalen Träger. M und V sind die Endkräfte des Anschlusses

Die durch das Bauteil auf den Anschluss verursachten Wirkungen sind für die Bemessung des Anschlusses (Verbindung) wichtig. Die Wirkungen werden im folgenden Bild dargestellt:

Auswirkungen des Bauteils auf den Anschluss. Das CBFEM Modell ist dunkelblau gekennzeichnet

Im theoretischen Anschluss wirken das Moment M und die Schubkraft V. Der Punkt des theoretischen Anschlusses existiert im CBFEM-Modell nicht, weshalb die Last hier nicht angewendet werden kann.  Das Modell muss mit M und V belastet werden, welche mit der Distanz r an das Abschnittsende übertragen werden müssen.

Mc = MVr

Vc = V

Im CBFEM Modell wird der Endabschnitt durch das Moment Mc und die Kraft Vc belastet.

Bei der Bemessung des Anschlusses muss stets seine tatsächliche Position, bezogen auf seinen theoretischen Anschlusspunkt, bestimmt und berücksichtigt werden. Die Schnittgrößen an der Position des realen Anschlusses sind in der Regel unterschiedlich zu den Schnittgrößen im theoretischen Anschlusspunkt. Dank des genauen CBFEM-Modells wird die Bemessung mit reduzierten Kräften durchgeführt – siehe Moment Mr im folgenden Bild:

Verlauf des Biegemoments am CBFEM Modell. Der Pfeil zeigt zur realen Position des Anschlusses

Beim Belasten der Verbindung ist darauf zu achten, dass das Lösen des realen Anschlusses dem theoretischen Modell entspricht, dass für die Berechnung der Schnittgrößen verwendet wird.  Für steife Anschlüsse ist dies erfüllt, für gelenkige kann diese Situation hingegen völlig anders aussehen.

Position des Gelenks im theoretischen 3D-FEM Modell und in der realen Konstruktion

Im vorherigen Bild ist dargestellt, dass die Position des Drehpunktes im theoretischen 1D-Elementmodell von der wirklichen Position in der Konstruktion abweicht; das theoretische Modell entspricht nicht der Realität. Beim Anwenden der berechneten Schnittgrößen wird ein großes Biegemoment auf den Anschluss angewendet und der bemessene Anschluss ist zu groß bzw. kann nicht konstruiert werden. Die Lösung ist einfach – beide Modelle müssen berücksichtigt werden. Entweder muss das Gelenk im 1D-Elementmodell an der korrekten Stelle definiert werden oder die Verläufe der Schnittgrößen müssen verschoben werden, um das Nullmoment in der Position des Drehpunktes zu erhalten.

Verschobener Verlauf des Biegemoments am Träger. Das Nullmoment befindet sich an der Position des Gelenks

Die Lage des Nullmoments kann in der Tabelle der Schnittgrößen festgelegt werden und hat einen großen Einfluss auf die korrekte Verbindungsbemessung.

Dem Anwender stehen dabei die folgenden drei Optionen zur Auswahl - Knoten/Schrauben/Position:

Beachten Sie, dass die Kräfte beim Auswählen der Option „Knoten“ am Ende des ausgewählten Bauteils angewendet werden, das sich normalerweise am theoretischen Knoten befindet, es sei denn, in der Geometrie ist ein Versatz des ausgewählten Bauteils festgelegt.

Import von Lasten aus FEA Programmen

IDEA StatiCa ermöglicht den Import von Lasten aus FEA-Programmen.
IDEA StatiCa Connection löst Stahlanschlüsse nichtlinear (elastisch-plastisches Materialmodell) und sucht in allen Kombinationen an allen Bauteilen, die mit dem Anschluss verbunden sind, nach den Extremwerten der Lasten (N, Vy, Vz, Mx, My, Mz). Bei jedem Extremwert werden die restlichen Schnittgrößen der jeweiligen Kombination in allen übrigen Bauteilen mit übernommen. Das Programm bestimmt für jede Komponente (Blech, Schweißnaht, Schraube, ...) der Verbindung die ungünstigste Kombination.

Der Anwender kann diese Liste der Lastfälle bearbeiten. Er kann mit Kombinationen im Assistenten (oder BIM) arbeiten oder Lastfälle direkt in IDEA Connection löschen.

Warnung!

Beim Import sind unausgeglichene Schnittkräfte zu berücksichtigen. Dies kann in folgenden Fällen passieren:

  • Die Knotenkraft wurde auf die Position des untersuchten Knotens angewendet. Das Programm kann nicht erkennen, welches Bauteil diese Knotenkraft übertragen soll, weshalb die betroffene Kraft im Analysemodell nicht berücksichtigt wird. Lösung: Verwenden Sie bei der globalen Analyse keine Knotenkräfte. Bei Bedarf muss die Kraft als Normal- oder Schubkraft manuell hinzugefügt werden.
  • Ein belastetes, nicht aus Stahl bestehendes (Holz oder Beton) Bauteil ist mit dem untersuchten Knoten verbunden. Dieses Bauteil wird bei der Analyse nicht berücksichtigt und dessen Schnittgrößen werden bei der Analyse ignoriert. Lösung: Ersetzen Sie das Betonbauteil durch einen Betonblock und eine Verankerung.
  • Der Knoten ist ein Teil einer Platte oder Wand (in der Regel aus Beton). Die Platte oder Wand ist nicht Bestandteil des Modells und die entsprechenden Schnittgrößen werden ignoriert. Lösung: Ersetzen Sie die Betonplatte oder -wand durch einen Betonblock und eine Verankerung.
  • Einige Bauteile sind mit dem untersuchten Knoten mittels starrer Verbindungen verbunden. Diese Bauteile werden nicht in das Modell mit einbezogen und ihre Schnittgrößen werden ignoriert. Lösung: Fügen Sie diese Bauteile der Liste mit verbundenen Bauteilen manuell hinzu.
  • Im Programm werden Seismische Lastfälle berechnet. Die meisten FEA-Programme bieten für das Lösen von Seismizität eine Modalanalyse an. Die Ergebnisse der Schnittkräfte von seismischen Lastfällen liefern in den Abschnitten normalerweise nur umhüllende Schnittkräfte. Aufgrund der Auswertungsmethode (Quadratwurzel der Summe der Quadrate – SRSS) sind alle Schnittkräfte positiv und es ist nicht möglich, die zum ausgewählten Extremwert passenden Kräfte zu finden. Es ist nicht möglich, ein Gleichgewicht der Schnittkräfte zu erreichen. Lösung: Ändern Sie das positive Vorzeichen einiger Schnittgrößen manuell.
  • Anpassung an den ausgewählten Extremwert. Es ist nicht möglich, ein Gleichgewicht der Schnittkräfte zu erreichen. Lösung: Ändern Sie das positive Vorzeichen einiger Schnittkräfte manuell.

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