Fassung Februar 2005
Programm
RF-STAHL Flächen Spannungsanalyse für Flächenelemente
ProgrammBeschreibung
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Programm RFSTAHL-Flächen © by Ingenieur-Software Dlubal GmbH
Inhalt Inhalt
Seite
1.
Einleitung
5
1.1
Über RF-STAHL Flächen
5
1.2
Das Team
5
1.3
Systemanforderungen
5
1.4
Installation
5
2.
Arbeit mit RF-STAHL Flächen
6
2.1
RF-STAHL Flächen starten
6
2.2
Masken
6
2.3
Eingabemasken
7
2.3.1
Maske 1.1 Basisangaben
7
2.3.2
Maske 1.2 Materialien der Flächen und Details der Flächen
8
2.4
Berechnung
9
2.5
Ergebnismasken
11
2.5.1
Maske 2.1 Maximale Spannungen in den Flächen
11
Maske 2.2 Spannungen in den Rasterpunkten
12
2.6
Menüs
12
2.6.1
Datei
12
2.6.2
Hilfe
13
3.
Ergebnisse
14
3.1
Bildschirmanzeige
14
3.2
Ausdrucken
15
A:
Literatur
16
2.5.2
Programm RFSTAHL-Flächen © by Ingenieur-Software Dlubal GmbH
Inhalt
Seite
3
1.1 Über RF-STAHL Flächen
1. Einleitung 1.1
Über RF-STAHL Flächen
Dieses Zusatzmodul dient zum Spannungsnachweis von Flächenelementen. Der Spannungsnachweis für Stabelemente kann mit dem Modul RF-STAHL-Stäbe durchgeführt werden. Der Nachweis erfolgt nach dem Verfahren Elastisch – Elastisch. Dem Benutzer steht eine Grenzspannungsbibliothek mit allen gängigen Stahlsorten zur Verfügung. Diese Bibliothek enthält die Spannungen nach DIN 18000, EN 10025 (für die Berechnung nach Eurocode) und nach Önorm B4300-1. Natürlich kann die Bibliothek durch eigene Materialien erweitert werden. Das Zusatzmodul ist ein integrierter Bestandteil von RFEM. Dadurch können viele Bereiche gemeinsam genutzt werden. Das gemeinsame Ausdruckprotokoll, die gemeinsamen Bibliotheken und die leistungsfähige grafische Darstellung sind nur einige Punkte. Nicht zuletzt wird durch den einheitlichen Aufbau aller Module der Lernaufwand für die Bedienung erheblich gesenkt.
1.2
Das Team
Folgende Personen waren an der Entwicklung von RF-STAHL-Flächen beteiligt:
Programmkoordinierung: • Dipl.-Ing. Georg Dlubal
Programmierung: • Dr.-Ing. Jaroslav Lain • Ing. Zdenek Kosacek
Programmkontrolle, Handbuch und Hilfesystem: • Dipl.-Ing. Frank Faulstich • Dipl.-Ing. Henning Fredersdorf
1.3
Systemanforderungen
Die Systemanforderungen unterscheiden sich nicht von den allgemeinen Anforderungen von RFEM. Deswegen wird hier auf das RFEM-Handbuch verwiesen.
1.4
Installation
Das Zusatzmodul RF-STAHL Flächen ist kein separates Programm sondern ein in RFEM integriertes Zusatzmodul. Deswegen muss bei einem Neuerwerb dieses Zusatzmoduls die normale RFEM-Installation gestartet werden. Bei der Installation ist unbedingt darauf zu achten, dass die neue Autorisierungsdiskette verwendet wird. Durch die Datei auf dieser Diskette wird entschieden, welche Module freigeschaltet werden. Der genaue Ablauf der Installation ist im RFEM-Handbuch beschrieben.
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2.1 RF-STAHL Flächen starten
2. Arbeit mit RF-STAHL Flächen 2.1
RF-STAHL Flächen starten
Das Modul kann entweder aus dem Pulldownmenü Zusatzmodule → Bemessung aufgerufen werden oder über den entsprechenden Eintrag unter Zusatzmodule im Daten-Navigator.
2.2
Masken
Nach dem Start von RF-STAHL wird das folgende Fenster geöffnet.
Bild 2.1
Sowohl die Eingaben zur Definition der RF-STAHL-Fälle als auch die nummerische Ausgabe der Ergebnisse auf dem Bildschirm geschehen in Masken. Im rechten Teil des RF-STAHLFensters werden je nach Maske zusätzliche Grafiken angezeigt. Auf der linken Seite stellt der Navigator in einer Liste alle verfügbaren Masken dar. Darüber befindet sich eine Liste mit den eventuell bereits vorhandenen Bemessungsfällen. Die Ansteuerung aller Masken kann wahlweise durch Anklicken des entsprechenden Eintrages im Navigator oder sequentielles Durchblättern geschehen. Geblättert werden kann entweder mit den Tasten [F2] und [F3] oder durch Anklicken der Schaltflächen [<<] und [>>]. Mit der Schaltfläche [Berechnung] wird nach Abschluss aller Eingaben die Berechung gestartet. Mit der Schaltfläche [Grafik] kann in die grafische Ergebnisanzeige gewechselt werden. Es wird automatisch der aktuelle RF-STAHL-Fall eingestellt. Weitere Informationen zum Thema Ergebnisanzeige und -ausgabe finden Sie RFEM-Handbuch.
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2.3 Eingabemasken
[OK] sichert vor dem Verlassen von RF-STAHL die Eingaben und Ergebnisse, während [Abbruch] RF- STAHL verlässt, ohne zuvor die Daten zu sichern. [Hilfe] beziehungsweise die Taste [F1] aktivieren die Online-Hilfe.
2.3
Eingabemasken
Alle für die Bemessung erforderlichen Daten und Parameter werden in den Eingabemasken festgelegt.
2.3.1
Maske 1.1 Basisangaben
Nach dem Aufruf von RF-STAHL wird das RF-STAHL-Fenster mit der Maske 1.1 Basisangaben eingeblendet.
Bild 2.2
Zunächst kann festgelegt werden, welche Flächen bemessen werden sollen. Standardmäßig wird die Spannungsanalyse für alle Flächen durchgeführt. Wenn das nicht so sein soll, dann muss das Kontrollfeld Alle deaktiviert werden. Dadurch wird die Eingabezeile freigegeben. In dieser Eingabezeile können durch Kommas getrennt die Nummern der zu bemessenden Stäbe aufgelistet werden. Die Schaltfläche [Pick] gestattet die grafische Auswahl. In dieser Maske befinden sich weiterhin Listen der Existierende Lastfälle, der LF-Gruppen und Kombinationen. Die Lastfälle bzw. die LF-Gruppen, nach denen die Bemessung erfolgen soll, werden zunächst durch Anklicken markiert und mit [>] in die rechte Liste gebracht. [>>] überträgt alle Einträge in die rechte Liste. Analog dazu können mit [<] einzelne oder mit [<<] alle Einträge aus der rechten Liste entfernt werden. Im Textfeld Kommentar kann jeder Bemessungsfall mit Anmerkungen versehen werden. In [Details] können eine Vielzahl von Parametern für die Bemessung festgelegt werden.
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2.3 Eingabemasken
Bild 2.3
Im Abschnitt Zusätzlich berechnen kann festgelegt werden, ob zusätzlich zu den Spannungen an der Ober- und Unterseite oder auch in der Mittelfläche und die Membranspannungen aus den Normalkräften ermittelt werden soll. Eine genaue Erläuterung der Spannungshypothese sind im Kapitel 2.4 Berechnung (S. 9) zu finden. Der Abschnitt Berechnungsart der Schubspannung ist nur aktiv, wenn das Kontrollfeld Spannungen in den Flächen-Mitten aktiviert ist.
2.3.2
Maske 1.2 Materialien der Flächen und Details der Flächen
In dieser zweiteiligen Maske werden im oberen Abschnitt die charakteristischen Spannungen und der Teilsicherheitsbeiwert γM eingegeben.
Bild 2.4
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2.4 Berechnung
Für eine Vielzahl von Materialien sind die entsprechenden Werte bereits in der Materialbibliothek gespeichert und werden automatisch von RF-STAHL übernommen. Sie können aber auch jederzeit die in Maske 1.2.1 Matereialien und Flächen aufgeführten Werte manuell ändern oder durch Datensätze aus der Bibliothek ersetzen. Die Materialbibliothek kann mit der entsprechenden Schaltfläche aufgerufen werden. Nähere Erläuterungen zur Materialbibliothek sind im RFEM-Handbuch zu finden. Der untere Maskenabschnitt 1.2.2 Flächen listet alle zu bemessenden Flächen mit Angabe der Material-Nr. und der Dicke auf. Die Dicke der Fläche kann hier gegenüber RFEM verändert werden. Es muss aber unbedingt beachtet werden, dann bei einer Änderung der Dicke die Schnittgrößen nicht neu ermittelt werden.
2.4
Berechnung
Nach dem Start der [Berechnung] sucht RF-STAHL nach den Ergebnissen der zur Analyse heranzuziehenden Lastfälle, Lastfall-Gruppen und Lastfall-Kombinationen. Werden diese nicht gefunden, so startet zunächst automatisch die RFEM-Berechnung und ermittelt die für die Bemessung notwendigen Schnittgrößen. Bei der automatischen Ermittlung der Schnittgrößen aus RF-STAHL heraus wird auf die Einstellungen der Berechnungsparameter von RFEM zurückgegriffen. Die Berechnung der Spannungen erfolgt in der Regel in drei Lagen: • Obere Flächenseite • Mittelfläche • Untere Flächenseite Wenn die Spannung in der Mittelfläche nicht berechnet werden soll, dann kann dies im Dialog Details deaktiviert werden. Zur Bemessung können vier Spannungen herangezogen werden: • • • •
Sigma-max Tau-max Sigma-v Membranspannung
Die Spannungen werden nach folgenden Formeln berechnet:
Sigma-max σ max = max (σ1 , σ 2 ,0 ) Formel 2.1
σ min = min(σ1 , σ 2 ,0 ) Formel 2.2
σ1 , σ 2 =
σx + σy 2
⎛ σx − σy ± ⎜⎜ 2 ⎝
2
⎞ ⎟ + σ 2xy ⎟ ⎠
Formel 2.3
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2.4 Berechnung
σx =
6 ⋅ mx d
2
+
nx d
+
nx d
Formel 2.4
σy =
6⋅ my 2
d
Formel 2.5
σ xy =
6 ⋅ m xy d
2
+
n xy d
Formel 2.6
Tau-max τ max =
σ max − σ min 2
Formel 2.7
Sigma-v
( )
σ v = σ 2x + σ 2y − σ x ⋅ σ y + 3 ⋅ σ 2xy Formel 2.8
nach Mindlin
τ x = 1,0 ⋅
vx d
Formel 2.9
τ y = 1,0 ⋅
vy d
Formel 2.10
nach Krichhoff
τ x = 1,5 ⋅
vx d
Formel 2.11
τ y = 1,5 ⋅
vy d
Formel 2.12
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2.5 Ergebnismasken
2.5
Ergebnismasken
2.5.1
Maske 2.1 Maximale Spannungen in den Flächen
Bild 2.5
In der Maske 2.1 werden die maximalen Spannungen jeder Fläche ausgegeben. Maximal werden die Spannungen • Sigma • Tau und • Sigma-v ausgegeben. Die Spannungen werden an der • Oberseite • Unterseite und in der • Mittelfläche ermittelt. Wenn im Details-Dialog andere Einstellungen getroffen wurden, dann können auch weniger Spannungen oder die Spannungen nur an den Ober- und Unterseiten ausgegeben werden. Die Erläuterungen der Spannungen und des Details-Dialog sind im Kapitel 2.4 Berechnung (S. 9) zu finden. In den Spalten G und H werden die vorhandenen Spannungen den Grenzspannungen gegenübergestellt. Die Ausnutzung (vorhandene Spannung / Grenzspannung) in der Spalte I gestattet eine schnelle Beurteilung der Wirtschaftlichkeit.
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2.6 Menüs
2.5.2
Maske 2.2 Spannungen in den Rasterpunkten
Bild 2.6
In dieser Maske werden die Spannungen an jedem Rasterpunkt einer Fläche ausgegeben. Ansonsten entspricht die Tabelle der Maske 2.1.
2.6
Menüs
Die Pulldownmenüs enthalten alle notwendigen Funktionen zum Handling der Bemessungsfälle und –resultate. Sie aktivieren ein Pulldownmenü durch Anklicken des Menünamens oder Drücken von [Alt] gefolgt von der Taste des im Menütitels unterstrichenen Buchstabens. Im Falle des Pulldownmenüs Datei wäre dies also die Tastenfolge [Alt+D]. Die im Pulldownmenü enthaltenen Funktionen rufen Sie dann analog dazu auf, indem Sie wiederum die Taste des im Funktionsnamen unterstrichenen Buchstaben drücken.
2.6.1
Datei
Neu Legt einen neuen Bemessungsfall an.
Bild 2.7
Dazu muss für den neuen Bemessungsfall eine Nummer und eine Bezeichnung vergeben werden. In der Liste befinden sich alle bereits verwendeten Bezeichnungen.
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2.6 Menüs
Umbenennen Mit dieser Funktion kann der aktuelle Bemessungsfall umbenannt werden. Dazu muss die Bezeichnung geändert und eventuell auch eine andere Nr. gewählt werden.
Bild 2.8
Löschen
Bild 2.9
In der Liste kann der zu löschende Fall markiert werden. Nach dem Beenden des Dialoges mit [OK] wird der Fall gelöscht. Wenn mehrere Fälle markiert werden sollen, dann muss beim Klicken die [Strg]-Taste gedrückt gehalten werden.
2.6.2
Hilfe
Öffnet die Online-Hilfe.
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3.1 Bildschirmanzeige
3. Ergebnisse 3.1
Bildschirmanzeige
Nach erfolgter Berechnung können Sie mit [Grafik] in die grafische Ergebnisanzeige wechseln, wo dann automatisch der aktuelle RF-STAHL-Fall eingestellt ist. Es wird ein veränderter Ergebnis-Navigator angezeigt.
Bild 3.1
Wenn bereits vor dem Aufruf von RF-STAHL die Anzeige der Ergebnisse aktiviert war, sehen Sie sofort den Spannungsverlauf der Struktur. Ansonsten können die Verläufe durch die Schaltfläche Ergebnisse sichtbar gemacht werden. Im Navigator kann eingestellt werden, ob die wirklichen Spannungen oder die prozentuale Ausnutzung angezeigt werden soll. Außerdem kann die anzuzeigende Spannung gewählt werden. Je nach dem, welche Spannungen berechnet wurden, ändert sich die Anzahl der darstellbaren Spannungen. Im Navigator werden die Spannungen angezeigt, die im Modul RF-STAHL unter Details ausgewählt wurden. Mit [Drucken] können Sie die Ergebnisgrafik entweder direkt ausdrucken oder in das Ausdruckprotokoll integrieren.
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3.2 Ausdrucken
3.2
Ausdrucken
Um die nummerischen Ergebnisse auszudrucken, muss zuerst zu RFEM zurückgekehrt werden, um dort das Ausdruckprotokoll aufzurufen. Im Ausdruckprotokoll sind sämtliche Bearbeitungs- und Gestaltungsmöglichkeiten, wie bereits ausführlich im RFEM-Handbuch beschrieben, vorhanden. In der Selektion stehen zusätzliche Selektionsregister zur Verfügung. Um die Register anzuzeigen muss in der linken Liste Programm RF-STAHL Flächen aktiviert werden.
Bild 3.2
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A: Literatur
A: Literatur [1] ZIENKIEWICZ, O. C., CHEUNG, Y.K.: The Finite Element Method in Structural and Continuum Mechanics, McGraw-Hill, New York, London, 1967 [2] KOLÁR, V. et al.: Berechnung von Flächen- und Raumtragwerken nach den Methode der finiten Elemente (tschechisch), SMTL Prag, 1972 [3] KOLÁR, V. et al.: Berechnung von Flächen- und Raumtragwerken nach den Methode der finiten Elemente, Springer-Verlag Wien, New York, 1975 [4] KOLÁR, V., NEMEC, I.: Modeling of Soil-Structure Interaction, Elsevier Science Publishers, Amsterdam, co-published with Academica Prague, 1989, second revised edition [5] STIGLAT, K. WIPPEL, H.: Massive Platten. In: Betonkalender 1989/I, S.281 ff, Ernst und Sohn, Berlin, 1989 [6] CZERNY, F.: Tafeln für Rechteckplatten. In: Betonkalender 1990/I, S.309 ff, Ernst und Sohn, Berlin, 1990 [7] WUNDERLICH, W. et al.: Modellierung und Berechnung von Deckenplatten mit Unterzügen. In: Bauingenieur 69, Heft 10, S.381-389, Springer-Verlag, 1994 [8] PASTERNAK, P.L.: Grundlagen einer neuen Methode der Berechnung von Fundamenten mittels zwei Bettungskoeffizienten, Gos. Isd. Stroj. i Arch., Moskau, 1954 (russisch) [9] KOLÁR, V. et al.: Kurs für Statiker von Gründungsbauwerken und Erdkörpern, S.146 ff. Haus der Technik, Ostrau, 1983 (tschechisch) [10] TIMOSHENKO, S.P. und WOINOWSKI-KRIEGER, S.: Theory of Plates and Shells, 2.Auflage, McGraw-Hill, New York, 1959 [11] GRASSER, E. und THIELEN, G.: Heft 240 DAfSt, Ernst und Sohn, Berlin-MünchenDüsseldorf, 1978, 2. überarbeitete Auflage [12] GRASSER, E., KORDINA, K., QUAST, U.: Bemessung von Beton- und Stahlbetonbauteilen nach DIN 1045, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 220, Ernst & Sohn, Berlin 1979 [13] KOLÁR, V. - NEMEC, I.: Contact Stress and Settlement in the Structure-Soil Interface. Studie der tschechoslowakischen Akademie der Wissenschaften Nr. 16. Academia Prag 1991, 160 Seiten (englisch) [14] PETERSEN, Chr.: Stahlbau, Verlag Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig/Wiesbaden 1988. [15] Handbuch Platte, Dlubal GmbH [16] Handbuch PLDIM1, Dlubal GmbH [17] KOLÁR, NEMEC, KANICKÝ: FEM – Principy a praxe [18] KOLÁR, V. et al.: Kurs für Statiker von Gründungsbauwerken und Erdkörpern,, Haus der Technik, Ostrau, 1983 (tschechisch) [19] KOLÁR, V. et al.: Bemessung von Zwei- und dreidimensionalen Strukturen mit FEM. SPRINGER, New York - Wien, 1975, 425 ff. Kapitel 1 (1D - Element) und 6 (Variationsprinzip).
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A: Literatur
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A: Literatur
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