Bemessungsobjekte
Zweck
Im Massivbau werden Berechnungsmodelle verwendet, die aus einer
Kombination von Stab- und Flächenelementen oder seltener,
Volumenelementen aufgebaut sind. Diese Modelle erlauben z.B. die
Abbildung von Bauzuständen und liefern ein detailliertes Bild der
Beanspruchung des Tragwerkes. Sie können jedoch nicht direkt für
Stahl- bzw. Spannbetonnachweise benutzt werden. Die Ursache hierfür
liegt darin, dass die Nachweise in aller Regel querschnittsbezogen
sind. Zum Beispiel müssten für die Nachweise im Grenzzustand der
Tragfähigkeit mehrere Elemente bezüglich ihrer Geometrie und
Spannungen zu einer Einheit zusammengefasst werden. Dies ermöglichen
die sogenannten „Bemessungsobjekte".
Definition
Ein Bemessungsobjekt ist ein lineares Element mit einem Anfangs-
und Endpunkt. Die Verbindung zwischen Anfangs- und Endpunkt bildet
die Elementachse und gleichzeitig die lokale x-Achse. Die lokale
z-Achse stimmt normalerweise mit der globalen z-Achse überein, kann
aber auch mit einem Drehwinkel anderweitig festgelegt werden. Längs
der Elementachse können an beliebiger Stelle Querschnitte definiert
werden. Die Querschnitte stehen senkrecht zur Achse. Am Ort eines
jeden Querschnittes werden vom FE-Programm die Spannungen und
Schnittgrößen der Elemente integriert, die in dem umschließenden
Rechteck des Querschnitts liegen. Für die Orientierung der
Schnittgrößen ist das Koordinatensystem des Bemessungsobjektes
maßgebend.

Bemessungsobjekt
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Umschließendes Rechteck
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Beispiel
Die folgende Abbildung zeigt den Querschnitt einer einfachen
2-feldrigen Brücke, aufgebaut mit Fertigteilen und nachträglich
aufgebrachter Ortbetonplatte.

Ein mögliches Tragwerksmodell zeigt die nächste
Abbildung. Die Fertigteile werden durch Stabelemente und die
Fahrbahnplatte durch exzentrisch gekoppelte Faltwerkselemente
modelliert.

Dieses System liefert die Schnittgrößen in den
Fertigteilen und der Ortbetonplatte. Es sollen nun die Schnittgrößen
zur Bemessung des mittleren Verbundträgers ermittelt werden. Im
diesem Bereich wird dazu ein Bemessungsobjekt definiert.

Die folgenden Abbildungen zeigen einige
Schnittgrößen im Bereich des mittleren Trägers.

nx in den Faltwerkselementen über dem mittleren Träger [kN/m]

My in den Stabelementen des mittleren Trägers [kNm]

My in den Bemessungsobjekten [kNm]
Eingabe
Die Eingabefunktion wird aus dem FEM-Menü (’Bemessungsobjekte’)
gestartet. Nach der Festlegung von Anfangs- und Endpunkt erscheint
folgendes Dialogfeld zur Eingabe der zusätzlichen
Objekteigenschaften. Der Drehwinkel bedeutet eine zusätzliche
Verdrehung des Objektes um seine Längsachse gegenüber der
Standardausrichtung. In der Standardausrichtung verläuft die lokale
y-Achse parallel zur globalen XY-Ebene.

Bearbeitung
Zur Bearbeitung wird ein Bemessungsobjekt markiert und über das
Kontextmenü das folgende Dialogfeld gestartet.
Die Lage der Querschnitte wird mit
dem Einfügepunkt, beschrieben durch xi (0 bis 1), y, z
sowie einer optionalen anschließenden Drehung um die Objektachse
festgelegt. Eine graphische Funktion zur Manipulation der
Querschnittslage ist über ’FEM.Bemessungsobjekte.Querschnitt
bewegen’ erreichbar.
Integration
Bei der Integration der Schnittgrößen bzw. Spannungen an dem Ort
eines Querschnitts werden folgende Elemente berücksichtigt:
- Stäbe deren Achse innerhalb des umschließenden Rechtecks des
Querschnitts liegen
- Flächenelemente deren Schnittlinie mit der Querschnittsebene
komplett innerhalb des umschließenden Rechtecks des Querschnitts
liegen
- Volumenelemente deren Schnittfläche mit der Querschnittsebene
komplett innerhalb des umschließenden Rechtecks des Querschnitts
liegen

Behandlung der Flächen- und Volumenelemente bei der
Integration. Die Elemente Fn und Vn bleiben unberücksichtigt.
Entwicklungsstand
Gegenwärtig können für die Bemessungsobjekte die
Schnittgrößenermittlung, die Kombinationen und alle Stahlbeton- und
Spannbetonnachweise geführt werden.
Für einen Verbundquerschnitt, der aus mehreren Teilquerschnitten mit
unterschiedlichem Material, z.B. auch Baustahl besteht, können die
Schnittgrößenermittlung, die Kombinationen sowie eine
Einzelbemessung durchgeführt werden.
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