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Globales Beulen vs. lokales Beulen. Was bedeutet das?

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Globales Beulen vs. lokales Beulen. Was bedeutet das?

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Klären wir globales und lokales Beulen. Was ist der Unterschied? Was sind die entscheidenden Faktoren? Wie lassen sich potenziell gefährliche, stabilitätsempfindliche Konstruktionen vermeiden?

Die Bemessungsnorm besagt, dass eine Berechnung nach der Theorie I. Ordnung für die Struktur verwendet werden darf, wenn die Zunahme der relevanten Schnittgrößen oder Momente oder jede andere Änderung des Tragverhaltens infolge von Verformungen vernachlässigt werden kann.

Um zu beurteilen, ob diese Zunahme vernachlässigt werden kann oder nicht, kann der ideale Verzweigungslastfaktor α cr herangezogen werden. Wir können das globale Knicken für Bauteile (einschließlich der Verbindung) in Fällen vernachlässigen, in denen der Verzweigungslastfaktor höher als 15 ist (bei plastischer Bemessung) bzw. höher als 10 (wenn sich die Spannung an den Blechen im elastischen Bereich befindet).

Lokales Beulen betrifft einzelne Bleche (Steifen, Stützenstege), und die entsprechenden Grenzwerte des Verzweigungslastfaktors werden gemäß Bemessungsnormen und Forschungsversuchen festgelegt. Die Auswirkungen des lokalen Beulens gelten als vernachlässigbar, wenn der Verzweigungslastfaktor:

$\geq 2 - bei einem an 4 Seiten gestützten Blech$
$\geq 3 - bei einem an 3 Seiten gestützten Blech$
$\geq 4 - bei einem an 2 (benachbarten) Seiten gestützten Blech$
$\geq 15 - bei einem an 2 (gegenüberliegenden) Seiten gestützten Blech$

Im Video sehen Sie verschiedene Arten von Knick- bzw. Beulversagen und wie damit unter Berücksichtigung der Verzweigungslastfaktoren und Beul-/Knickformen umzugehen ist.

Für eine umfassendere Erläuterung, welche Arten von Beul- bzw. Knickversagen im untersuchten Bauteil zu erwarten sind, lesen Sie unseren Artikel über Lineare Beulanalyse (LBA) .

Wie werden die Beul-/Knickergebnisse in bestimmten Fällen bewertet?

Zunächst muss mittels Beulanalyse der minimale Lastfaktor bestimmt werden, um die ideale Verzweigungslast α cr zu erreichen. IDEA StatiCa liefert die Verzweigungslastfaktoren in Ergebnistabellen, und die zugehörigen Beul-/Knickformen können für jeden Faktor in der 3D-Ansicht dargestellt werden.

Der Grenzwert für die globale Analyse ist in EN 1993-1-1:2005 Kap. 5.2.1 zu finden.

Beispiel 1

Im ersten Beispiel wird die Druckkraft auf den Träger aufgebracht, der über ein Anschlussblech angeschlossen ist.

Es werden die Ergebnisse aus der geometrisch linearen Berechnung angegeben, und der erste Faktor beträgt 8,76. Gemäß EN 1993-1-1:2005 Kap. 5.2.1 beträgt der Grenzwert 15, da dieser Knoten für die Stabilität des Trägers selbst maßgebend ist, und die Schlussfolgerung lautet, dass die Verbindung die Beulanalyse nicht bestanden hat. Zudem ist dieses einseitige Anschlussblech in dieser Aussteifung bei Druckbeanspruchung gefährlich.

Hier weiterlesen zur Berechnung der Beulfestigkeit eines Knotenblechs.

Beispiel 2

Andererseits kann bei den meisten Blechen in Verbindungen lokales Beulen auftreten, und der maximale Wert des idealen Verzweigungslastfaktors α cr, der eine eingehende Analyse erfordert, ist üblicherweise kleiner. Es wurde nachgewiesen, dass bei Steifen und Stützenfeldern unter Schub das Beulen nicht berücksichtigt werden muss, wenn der Verzweigungslastfaktor höher als 3 ist.

Wir müssen für jede Komponente den richtigen Grenzwert bestimmen und entsprechend entscheiden. Dieses Beispiel zeigt, dass die erste Beulform die einer Steife mit dem Faktor α cr = 8,76 >> 3 ist. In diesem Beispiel ist diese erste Beulform nicht gefährlich.

Bei der Durchführung der Beulanalyse und der Auswertung der Ergebnisse ist ingenieurmäßiges Urteilsvermögen erforderlich. Die Frage ist, wann globale oder lokale Grenzwerte des Verzweigungslastfaktors anzuwenden sind, und für die richtige Antwort ist die Kenntnis der Topologie und des Tragsystems der zu bemessenden Struktur entscheidend. IDEA StatiCa ist zwar in der Lage, Beul-/Knickformen und den idealen Faktor für jeden Teil des Knotens zu liefern, bietet jedoch keinen normgerechten Beulnachweis.

Wenn die Ergebnisse der Beul-/Knickformen negative Werte ergeben, bedeutet das nicht, dass die Berechnung nicht erfolgreich war oder das Ergebnis falsch ist. Was in diesen Fällen genau passiert, wird in diesem Wissensdatenbank-Artikel erläutert.

Ein praktisches Beispiel für die Auswertung der Bauteil-Beulanalyse wurde in diesem Webinar-Video vorgestellt:

Theoretischer Hintergrund

Für ein tieferes Verständnis des Themas Beulen/Knicken und der IDEA StatiCa Lösung lesen Sie die wesentlichen Informationen zur Beulanalyse in unseren Artikeln zum theoretischen Hintergrund.

IDEA StatiCa Connection - Tragwerksplanung von Stahlanschlüssen

IDEA StatiCa Member - Bauteilstabilität

Tutorials

Wir haben Schritt-für-Schritt-Tutorials erstellt, um das Modell aufzubauen und die Analyse durchzuführen. Die entsprechenden Links finden Sie unten:

Tragwerksplanung eines Stahl-Querträgers unter Berücksichtigung von Biegedrillknicken (EN)

Tragwerksplanung und Normnachweis eines Stahlrahmens (EN)

Beulanalyse eines Stahlanschlusses (EN)

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