Gängige Methoden
Jeder Tragwerksplaner ist es gewohnt, die Streckgrenze als Grenzwert des Normnachweises zu verwenden, da grundsätzlich jede Norm und jeder Bemessungscode auf diesem Ansatz basiert.
Dies gilt jedoch für das rein elastische Verhalten des Werkstoffs. Dies kann zu einer konservativen Bemessung und manchmal zu einer unnötigen Überdimensionierung der Struktur führen, was einen höheren Materialverbrauch zur Folge hat.
Das tatsächliche Verhalten von Stahl ist jedoch anders, und es ist zulässig, das plastische Verhalten des Werkstoffs nach Überschreiten der Streckgrenze anzunehmen.
IDEA StatiCa und die CBFEM-Methode
Die Component Based Finite Element Method (CBFEM) ist eine Synergie aus der Komponentenmethode und der Methode der finiten Elemente.
Der Normnachweis eines Knotens in der standardmäßigen komponentenbasierten Methode und in der in IDEA StatiCa Connection verwendeten CBFEM basiert auf dem Nachweis aller Teile des Knotens – der Komponenten. Komponenten können Schrauben, Anker, Schweißnähte, Bleche und Beton am Fundament sein.
CBFEM unterteilt den gesamten Knoten in die oben genannten einzelnen Komponenten. Anschließend wird das Analysemodell automatisch von der Software aus jeder Komponente erstellt.
Alle Stahlbleche, wie Gurte oder Stege von Querschnitten, Steifen, Rippen, Vouten usw., werden durch finite Elemente modelliert. Die Methode der finiten Elemente ist im Tragwerksbau weit verbreitet und liefert sehr gute und zuverlässige Ergebnisse.
Die Bleche werden mit einem elastisch-plastischen Werkstoff mit einer nominellen Fließplateauneigung gemäß EN 1993-1-5, Abschn. C.6, (2), tan-1 (E/1000) modelliert.
Das Werkstoffverhalten basiert auf dem von Mises-Fließkriterium. Es wird als elastisch angenommen, bevor der Bemessungswert der Streckgrenze fyd erreicht wird.
Das Grenzzustandskriterium für Bereiche, die nicht anfällig für Beulen sind, ist das Erreichen des Grenzwerts der maßgebenden Membrandehnung. Ein Wert von 5 % wird empfohlen (z. B. EN 1993-1-5, Anhang C, Abschn. C.8, Anmerkung 1).
Weitere Informationen zur Methode finden Sie im Artikel CBFEM – Funktionsweise, Normkonformität, Validierung und Verifikation.
Die wesentlichen Informationen zur Theorie finden Sie in unserem Theoretischen Hintergrund.
Validierung und Verifikation
Die CBFEM-Methode mit all ihren Annahmen und Ansätzen, wie dem 5%-Grenzwert der plastischen Dehnung, wurde ordnungsgemäß validiert und verifiziert. Was bedeuten Validierung und Verifikation genau? Der Validierungs- und Verifikationsprozess bestätigt, dass die Ergebnisse der Software korrekt sind.
Auf Basis der Ergebnisse lässt sich sagen, dass es sich um eine absolut zuverlässige, bewährte und sichere Methode handelt.
In unserem Support Center finden Sie zahlreiche Verifikationsstudien sowie Vergleiche mit Laborversuchen. Nutzen Sie den nachstehenden Link, um diese zu finden.
Die wichtigsten Verifikations- und Validierungsbeispiele wurden in dem Buch „Component-based finite element design of steel connections" veröffentlicht.
Fazit
Auf Basis der Validierung der Ergebnisse mit 3D-Volumenmodellen in anderer wissenschaftlicher Software, realen Versuchen und nicht zuletzt unter Berücksichtigung der Empfehlungen des Eurocodes wurde 5 % plastische Dehnung als Grenzwert für den Normnachweis festgelegt.
Dieser Wert ist ausreichend, um das tatsächliche Verhalten der Struktur abzubilden, eine wirtschaftliche Bemessung zu erzielen und auf der sicheren Seite der Bemessung zu bleiben.
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