Stability definiert globale Imperfektionen und Bauteilimperfektionen getrennt. Globale Imperfektionen werden entweder als einfache Neigung in X und Y oder als skalierte Knickform aus der LBA eingegeben. Bauteilimperfektionen werden nur als skalierte Knickform aus der LBA mit zusätzlichen Randbedingungen eingegeben. Beide werden in der GMNIA verwendet.
Der typische Arbeitsablauf ist:
- Führen Sie MNA und LBA durch. Die Ergebnisse der LBA werden nicht benötigt, wenn nur die einfache Neigung verwendet wird.
- Prüfen Sie die Knickformen und wählen Sie die für die Imperfektionen relevanten aus.
- Bestimmen Sie die Imperfektionsamplituden gemäß der Bemessungsnorm.
- Geben Sie die Imperfektionen im Property Grid auf der Registerkarte LBA+IMP der Registerkarte CHECK ein.
- Führen Sie die GMNIA unter Berücksichtigung beider Vorzeichen der Imperfektionen durch und verwenden Sie das ungünstigste Ergebnis als maßgebend.
Arten von Imperfektionen und ihre Definitionen
Grundsätzlich sollten in der GMNIA drei Arten von Imperfektionen angesetzt werden.
A. Globale Imperfektionen (Schiefstellung) der Struktur
Eine globale Imperfektion berücksichtigt, dass die Struktur als Ganzes nie vollkommen lotrecht ist. Stützen werden geringfügig außer Lot errichtet und Auflager sind nicht perfekt horizontal, sodass der gesamte untersuchte Teil von vornherein leicht geneigt ist. Diese Imperfektion ist vor allem für verschiebliche Strukturen relevant, bei denen die horizontale Verschiebung der gesamten Struktur die Schnittgrößen erhöht. Sie kann auf zwei Arten definiert werden:
Definition globaler Imperfektionen - Methode "Einfache Neigung"
Die einfache Neigung setzt die globale Schiefstellung als Anfangsneigung der gesamten Struktur an, ohne LBA-Ergebnisse oder Knickformen. Sie wird auf der Registerkarte LBA+IMP unter Globale Imperfektion der Struktur durch die Neigungen Dx und Dy in mm/m definiert, d. h. durch die horizontale Verschiebung in globaler X- und Y-Richtung je Meter Höhe. Jeder Knoten wird linear mit seiner Höhe über dem Nullniveau [m] verschoben. Dieses wird typischerweise auf die Oberkante der Fundamente oder die Stützenfüße gesetzt, wo die Verschiebung null ist.
Definition globaler Imperfektionen - Methode "Knickform"
Die Methode Knickform setzt die globale Imperfektion als skalierte Kombination von Knickformen an, die aus der LBA mit den auf der Registerkarte MODEL definierten Randbedingungen ermittelt werden. Sie wird auf der Registerkarte LBA+IMP unter Globale Imperfektion der Struktur definiert, wobei Methode auf Knickform gesetzt wird, sowie durch die Imperfektionsamplitude der Knickform [mm], d. h. die maximale Abweichung der imperfekten Geometrie.
Die Tabelle listet die Formen für jede Lastkombination mit folgenden Angaben auf:
- Faktor ist der kritische Lastfaktor αcr , um den die Bemessungslastkombination erhöht werden müsste, damit die Struktur in der jeweiligen Knickform elastisch versagt.
- Relevanz [%] ist ein Maß dafür, wie leicht sich die Struktur in einer bestimmten Knickform verformt. Sie vergleicht die Größe des verformten Teils der Struktur mit der elastischen Energie, die die Verformung benötigt. Eine Form, bei der sich ein großer Teil der Struktur mit wenig Energie verformt, erhält einen hohen Relevanzwert. Eine Form, die nur einen kleinen Teil der Struktur verformt oder viel Energie benötigt, erhält einen niedrigen Wert.
- Gewichtung [-1, 1] ist ein Faktor, der eine Knickform in die Imperfektion einbezieht und ihre Richtung festlegt. Jeder Wert ungleich null zwischen −1 und 1 aktiviert die Form, und das Vorzeichen des Werts bestimmt die Richtung der Verformung. Die Gewichtung multipliziert die eingegebene Imperfektionsamplitude der Knickform [mm], sodass die Form mit der Amplitude Gewichtung × Amplitude angesetzt wird. Eine leere Zelle oder null bedeutet, dass die Form nicht verwendet wird.
Wählen Sie die Formen aus, bei denen die gesamte Struktur seitlich ausweicht, typischerweise diejenigen mit dem niedrigsten Faktor und hoher Relevanz, und führen Sie die GMNIA unter Berücksichtigung beider Vorzeichen der Gewichtungen durch.
B. Bauteilimperfektionen
Eine Bauteilimperfektion berücksichtigt die anfängliche Vorkrümmung oder Verdrehung eines einzelnen Bauteils zusammen mit der Wirkung von Eigenspannungen aus Walzen oder Schweißen. Sie wird in der Form der maßgebenden Knickeigenform des Bauteils aus der LBA angesetzt (Biegeknicken, Drillknicken, Biegedrillknicken oder Biegedrillknicken mit seitlicher Verschiebung). Bei verschieblichen Strukturen werden Bauteilimperfektionen mit der globalen Imperfektion kombiniert und nicht anstelle von ihr verwendet.
Definition von Bauteilimperfektionen
Bauteilimperfektionen werden als skalierte Kombination von Knickformen angesetzt, die aus der LBA mit zusätzlichen Randbedingungen ermittelt werden: An den Enden aller zugehörigen Bauteile, die an die CBFEM-Bauteile angeschlossen und mit 1D-Trägerelementen modelliert sind, werden Lagerungen in X- und Y-Richtung hinzugefügt. Diese Lagerungen verhindern globale Knickformen, sodass die Knickformen das Knicken der einzelnen Bauteile zwischen ihren Verbindungspunkten darstellen. Sie werden auf der Registerkarte LBA+IMP unter Bauteilimperfektion durch die Imperfektionsamplitude der Knickform [mm] definiert.
Die Tabelle unter Bauteilimperfektion funktioniert genauso wie die oben beschriebene Tabelle für globale Imperfektionen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Knickformen aus der LBA mit zusätzlichen Randbedingungen stammen. Für jede Lastkombination (Lasten) listet sie die Knickformen (Form) mit ihrem kritischen Lastfaktor (Faktor, αcr) und der Relevanz [%] auf. Eine Gewichtung zwischen −1 und 1 bezieht eine Form in die Imperfektion ein und multipliziert die Imperfektionsamplitude der Knickform [mm]. Ihr Vorzeichen legt die Richtung fest.
Wählen Sie die Formen aus, die Biegeknicken, Drillknicken, Biegedrillknicken oder Kippen der untersuchten Bauteile zeigen, und führen Sie die GMNIA unter Berücksichtigung beider Vorzeichen der Gewichtungen durch.
C. Blechimperfektionen
Eine Blechimperfektion berücksichtigt die anfängliche Unebenheit einzelner Bleche, wie Stege, Flansche oder Steifen. Sie wird in der Form der maßgebenden lokalen Beulform aus der LBA angesetzt.
Definition von Blechimperfektionen
Blechimperfektionen werden in derselben Tabelle wie die Bauteilimperfektion definiert; dafür gibt es keine separate Eingabe. Wenn die Tabelle Formen enthält, die lokales Beulen von Flanschen oder Stegen darstellen, beziehen Sie diese in die Imperfektion ein, indem Sie für diese Formen eine Gewichtung ungleich null festlegen.
Darstellung von Imperfektionen
Die Gruppe Imperfektion auf der Registerkarte CHECK bietet drei Möglichkeiten, die Imperfektionen in der 3D-Szene darzustellen:
- LB-Form zeigt die Knickform aus der Tabelle und der Zeile an, die aktuell den Fokus haben.
- Teilweise zeigt die Imperfektion des Typs an, dessen Tabelle aktuell den Fokus hat: global oder Bauteil.
- Gesamt zeigt die Summe aller Imperfektionen unabhängig vom Fokus an. Dies ist die imperfekte Geometrie, die in die GMNIA eingeht.
Imperfektionsamplituden gemäß den Bemessungsnormen
Für jede Norm gibt es Richtlinien zur Bestimmung der Imperfektionen, die Sie in Stability für die GMNIA-Berechnung eingeben. Nachfolgend sind die im Eurocode beschriebenen Definitionen aufgeführt.
Globale Imperfektionen (Schiefstellung)
Globale Imperfektionen der Struktur sind in EN 1993-1-1, Abschn. 5.3.2 (3) beschrieben. Die Struktur sollte gemäß der folgenden Abbbildung als äquivalente Schiefstellung geneigt werden.
Äquivalente Schiefstellung (aus EN 1993-1-1 – Bild 5.2)
Der Winkel der Imperfektion beträgt:
mit:
- ϕ0 = 1/200 – Grundwert der Imperfektion
- – Abminderungsfaktor für die Höhe h für Stützen
- h – Höhe der Struktur in Metern
- – Abminderungsfaktor für die Anzahl der Stützen in einer Reihe
- m – Anzahl der Stützen in einer Reihe, wobei nur Stützen berücksichtigt werden, die eine Vertikallast NEd von mindestens 50 % des Durchschnittswerts der Stütze in der betrachteten Vertikalebene tragen
Bauteilimperfektionen
Lokale Imperfektionen von Bauteilen sind in EN 1993-1-1, Abschn. 5.3.2 (3) beschrieben. Die Imperfektionsamplitude e0 wird nach Tabelle 5.1 berechnet, wobei die plastische Berechnung verwendet werden sollte.
Um die Knicklinie in der Registerkarte zu bestimmen, müssen Sie anhand der angezeigten Knickform in der LBA-Analyse in Member entscheiden, ob:
- das Bauteil überwiegend druckbeansprucht ist und Biegeknicken, Drillknicken oder Biegetorsionsknicken zu erwarten ist, und Tabelle 6.2 verwenden,
- oder ob das Bauteil überwiegend biegebeansprucht ist und die maßgebende Versagensart Biegedrillknicken ist, und Tabelle 6.4 verwenden.
Lokale Blechimperfektionen
Die Amplituden folgen EN 1993-1-5, Abschn. C.5. Für schlanke Bleche beträgt die lokale Imperfektion 1/200 der kürzeren Spannweite des Blechfelds. Bei schlanken Querschnitten (Klasse 4) sind mindestens zwei Knickformen zu kombinieren, damit lokales Beulen und Bauteilknicken zusammenwirken können.
Richtung der Imperfektionen
Jede Imperfektion sollte sowohl in positiver als auch in negativer Richtung angesetzt werden, wobei das ungünstigere Ergebnis maßgebend ist. Wenn mehrere Imperfektionen kombiniert werden, sollten alle Kombinationen ihrer Richtungen berechnet werden.