sens.01 - Stabilitätsanalyse

Dieses Modul berechnet den globalen Knickfall (Eigenform) einer Struktur unter einer gegebenen Belastung. Außerdem wird das Verhältnis zwischen der Beullast und der angewendeten Last angegeben. Stabilitätsberechnungen geben Einblick in die Knickmechanismen einer Struktur, dienen der Berechnung der Knicklänge eines Bauteils für den Stahlnachweis und der Überprüfung, ob Berechnungen nach Theorie II. Ordnung erforderlich sind. Dieses Modul hilft bei der Bestimmung des globalen kritischen Knickfalls und der Beullast von Rahmenstrukturen und Oberflächenelementen (Platten und Schalenteilen).

Das Überlagerungsgesetz gilt nicht für Stabilitätsberechnungen. Die Kombinationen müssen zusammengesetzt werden, bevor die Berechnung gestartet wird. In SCIA Engineer erfolgt dies über die Definition von Stabilitäts-LFK. Eine Stabilitäts-LFK ist als Liste von Lastfällen definiert, wobei jeder Lastfall einen gegebenen Beiwert hat. Wie für die nichtlinearen Kombinationen angegeben, können die linearen Kombinationen als Stabilitäts-LFK importiert werden.

 Für die Berechnung gelten folgende Annahmen:

• Physikalische Linearität
• Die Elemente werden als ideal gerade und ohne jegliche Imperfektion angenommen.
• Die Lasten werden zu den Netzknoten geführt. Daher muss das FE-Netz verfeinert werden, um genaue Ergebnisse zu erzielen.
• Die Belastung ist statisch.
• Der Beiwert der kritischen Last ist je Eigenform der gleiche für die gesamte Struktur.
• Die Längskräfte und -momente zwischen den Netzknoten werden als konstant angenommen.

Hinweise

• Die erste Eigenform ist üblicherweise die wichtigste und entspricht dem niedrigsten Beiwert der kritischen Last. Ein mögliches Versagen der Struktur tritt üblicherweise für die erste Eigenform auf.
• Die Struktur wird für die ausgewählte Kombination unstabil, wenn die Belastung einen Wert erreicht, der der aktuellen Belastung multipliziert mit dem kritischen Lastfaktor entspricht.
• Ein kritischer Lastfaktor unter 1 bedeutet, dass die Struktur für die gegebene Belastung unstabil ist.
• Da die Berechnung Eigenwerte sucht, die näher bei null liegen, können die berechneten l-Werte positiv und negativ sein. Ein negativer kritischer Lastfaktor bedeutet, dass eine Zugspannung vorliegt. Die Belastung muss daher umgekehrt werden, damit ein Knicken auftritt. (Dies kann beispielsweise bei Windlasten der Fall sein.)
• Die Eigenformen sind dimensionslos. Nur die relativen Werte der Verformungen sind von Bedeutung. Die absoluten Werte haben keine Aussagekraft.
• Für Schalenteile wird die Längskraft nicht nur in einer Richtung berücksichtigt. Ein Schalenteil kann in einer Richtung Druck und gleichzeitig in der lotrechten Richtung Zug ausgesetzt sein. Das Element neigt also in einer Richtung zum Knicken, während es in die andere Richtung „steifer“ wird. Hierin liegt die hohe überkritische Tragfähigkeit solcher Strukturen begründet.
• Die anfängliche Spannung ist die einzige lokale Nichtlinearität, die in einer linearen Stabilitätsanalyse berücksichtigt wird.
• Berücksichtigen Sie, dass eine Stabilitätsberechnung nur das theoretische Knickverhalten einer Struktur untersucht. Daher muss weiterhin ein Stahlnachweis erbracht werden, um das Biegedrillknicken, die Querschnittnachweise, die Biegung mit Normalkraft usw. zu berücksichtigen.

Anwendungsbeispiel einer linearen Stabilitätsberechnung für eine als 1D-Rahmen modellierte Bogenbrücke

 

Anwendungsbeispiel einer linearen Stabilitätsberechnung für eine mit Schalenteilen modellierte Bogenbrücke

 

Stabilitätsanalyse: Stahlstruktur für Biomasse-Erhitzer und Service-Plattformen: Elblag, Polen; Bilfinger Babcock CZ s.r.o.

 

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Erforderliche Module:

• sen.00