Stahlbau

Bühnenkonstruktion
Bühnenkonstruktion

Die Stahlbaunachweise sind für polygonale Stabquerschnitte der Materialgüten S235 bis S450 nach EN 1993-1-1, Tabelle 3.1 sowie für Stahl mit freier Definition der Materialeigen- schaften anwendbar. Dazu werden die berechneten Lastfälle den Einwirkungen nach EN 1991, Teil 1, zugeordnet. In den gewünschten Nachweissituationen ermittelt das Programm unter Berücksichtigung der Sicherheits- und Kombinationsbeiwerte nach EN 1990 automatisch die maßgeblichen Bemessungsschnittgrößen.

Optionen für den Stahlbau:

  • Theorie 1. und 2. Ordnung, Seiltragwerke nach 3. Ordnung
  • Knick- und Beulfiguren mit Verzweigungslastfaktor
  • Berücksichtigung von spannungsfreien Vorverformungen
  • Untersuchung von Einzelstabversagen
  • Überlagerungen und Nachweise nach EN 1993-1-1 und DIN 18000
  • Elastisch-Elastisch, Elastisch-Plastisch und Plastisch-Plastisch
  • Automatische Klassifizierung der Querschnitte und Ermittlung der Ausnutzung für die Klassen 1-4
  • Querschnittsanalyse für beliebige Polygone (dick- und dünnwandig)
  • Federgelenke
  • Exzentrische Stabanschlüsse
  • Druck- und Zugstäbe
  • Umfangreiche Profilbibliothek
  • Benutzerdefinierte Anwenderdatenbank
  • Biegedrillknicknachweis
  • DXF-, DSTV- und IFC-Import/Export

Klassifizierung der Querschnitte

Für jeden Schnittkraftsatz wird automatisch die Querschnittsklasse nach EN 1993-1-1, Kapitel 5.5, ermittelt. Dazu wird die Spannungsverteilung für die gleichzeitige Beanspruchung aus zweiachsiger Biegung mit Normalkraft in der Mittellinie der Querschnittsteile betrachtet. Ein Querschnitt wird generell durch die ungünstigste Klasse seiner druckbeanspruchten Querschnittsteile klassifiziert.

Querschnittstragfähigkeit

Die elastische Querschnittstragfähigkeit wird für alle Querschnitte der Klassen 1 bis 4 untersucht. Querschnitte der Klasse 4 sind wie Klasse 3 nachweisbar, wenn das c/t-Verhältnis die mit dem Faktor nach Kapitel 5.5.2(9) erhöhten Grenzwerte für Klasse 3 nicht überschreitet. Anderenfalls wird der Nachweis mit effektiven Querschnittswerten nach EN 1993-1-5, Kapitel 4.3, geführt.
Die plastische Querschnittstragfähigkeit wird gemäß Benutzerauswahl für alle Querschnitte der Klassen 1 und 2 untersucht, sofern für den betrachteten Schnittkraftsatz die elastische Querschnittstragfähigkeit überschritten wird.

Querschnittsanalyse

Im Rahmen der Systemnachweise werden für alle verwendeten Querschnitte die folgenden Kenngrößen zur Verfügung gestellt:

  • Schwerpunktkoordinaten
  • Fläche des Querschnitts
  • Trägheitsmomente bzgl. der Koordinaten- und der Hauptachsen
  • Deviationsmoment
  • Winkel der Hauptachsen
  • Widerstandsmomente
  • Torsionsträgheitsmoment
  • Schubkennwerte τ für Qy, Qz und Mx und die Widerstandsmomente Wt, Wqy und Wqz.

Dabei wird für die Beanspruchung infolge St. Venant'scher Torsion die Differentialgleichung der Einheitsverwölbung und für die Beanspruchung infolge Querkraft die Differentialgleichung der Schubverwölbung gelöst. Die Analyse erfolgt für beliebige dick- oder dünnwandige Polygonquerschnitte und alle Bibliotheksquerschnitte.

Stabilitätsuntersuchungen

Zur Untersuchung von Stabilitätsproblemen stehen grundsätzlich 2 Methoden zur Verfügung:

  • Die Berechnung von Tragwerken nach Theorie 2. Ordnung.
  • Die Ermittlung von Knick- und Beuleigenformen mit den jeweiligen Verzweigungslastfaktoren.

Bei der Systemberechnung nach der Elastizitätstheorie 2. Ordnung (Gleichgewicht am verformten System) wird das Knicken und Kippen von Stäben sowie das Beulen von Flächenelementen nachgewiesen. Im Rahmen der Berechnung können weitere nichtlineare Effekte wie z.B. der Ausschluss von Zugspannungen bei der Bettung und der Lagerung, der Ausfall von Zug- oder Druckstäben sowie nichtlichtlineares Materialverhalten berücksichtigt werden.
Das Iterationsverfahren konvergiert i.d.R. bereits nach wenigen Schritten. Stabilitätsversagen wird dabei durch Singularität der Gesamtsteifigkeitsmatrix angezeigt.
Die Ermittlung von Knick- und Beuleigenformen ermöglicht eine direkte Bestimmung des Verzweigungslastfaktors. Mit der zugehörigen Versagensfigur kann die Konstruktion leicht beurteilt werden.

Biegedrillknicken

Das Biegedrillknickproblem wird für einfach- und doppelsymmetrische I- und U-Profile nach dem Ersatzstabverfahren gelöst. Durch die Vorgabe von Stabendschnittgrößen und einer Gleich- oder Einzellast in beiden Hauptrichtungen wird die Beanspruchung erzeugt. Die Berechnung des idealen Biegedrillknickmomentes MKi,y erfolgt durch Variation des elastischen Potentials. Das hieraus resultierende Eigenwertproblem liefert den kleinsten positiven Last-faktor und damit das gesuchte Biegedrillknickmoment. Dies bietet den Vorteil, dass der Benutzer keine Angaben zum Momentenbeiwert ζ machen muss. Lastexzentrizität und Drehbettung können vom Benutzer vorgegeben werden. Die Berechnung liefert ein ausführliches Ergebnisprotokoll mit Systemskizzen und allen für den Nachweis erforderlichen Formeln.

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Boverket, Karlskrona 2011.