Workflow und Ziele
Das Ziel der Bewehrungsbemessungswerkzeuge in der CSFM ist es, Anwendern zu helfen, die Lage und die erforderliche Menge an Bewehrungsstäben effizient zu bestimmen. Die folgenden Werkzeuge stehen zur Verfügung, um den Benutzer bei diesem Prozess zu unterstützen/anzuleiten: lineare Berechnung und Topologieoptimierung.
Die Bewehrungsbemessungswerkzeuge verwenden vereinfachtere Stoffgesetze als die Modelle, die für die abschließende Überprüfung der Struktur verwendet werden. Daher sollte die Definition der Bewehrung in diesem Schritt als Vorbemessung betrachtet werden, die im finalen Verifizierungsschritt bestätigt/verfeinert werden muss. Die Anwendung der verschiedenen Bewehrungsbemessungswerkzeuge wird anhand des in Abb. 3 gezeigten Modells dargestellt, das aus einem Ende eines einfach gelagerten Trägers mit veränderlicher Höhe unter einer gleichmäßig verteilten Last besteht.
Lineare Analyse
Die lineare Analyse berücksichtigt linear-elastische Materialeigenschaften und vernachlässigt die Bewehrung im Betonbereich. Es handelt sich daher um eine sehr schnelle Berechnung, die einen ersten Einblick in die Lage der Zug- und Druckbereiche liefert. Ein Beispiel für eine solche Berechnung ist in Abb. 4 dargestellt.
Topologieoptimierung
Die Topologieoptimierung ist eine Methode, die darauf abzielt, die optimale Materialverteilung in einem gegebenen Volumen für eine bestimmte Lastkonfiguration zu finden. Die in Idea StatiCa Detail implementierte Topologieoptimierung verwendet ein lineares Finite-Elemente-Modell. Jedes finite Element kann eine relative Dichte von 0 bis 100 % aufweisen, die die relative Menge des verwendeten Materials darstellt. Diese Elementdichten sind die Optimierungsparameter im Optimierungsproblem. Die resultierende Materialverteilung gilt für den gegebenen Lastsatz als optimal, wenn sie die gesamte Verzerrungsenergie des Systems minimiert. Per Definition ist die optimale Verteilung auch die Geometrie mit der größtmöglichen Steifigkeit für die gegebenen Lasten.
Der iterative Optimierungsprozess beginnt mit einer homogenen Dichteverteilung. Die Berechnung wird für mehrere Gesamtvolumenanteile (20 %, 40 %, 60 % und 80 %) durchgeführt, sodass der Benutzer das praktischste Ergebnis auswählen kann. Die resultierende Form besteht aus Fachwerken mit Streben und Zugbändern und stellt die optimale Form für die gegebenen Lastfälle dar (Abb. 5).
