Plastische Gelenke in Stahltragwerken - Scia-Software GbR

esas.07 Zug- und Druckstäbe
Nichtlineare Berechnung von Strukturen mit der Möglichkeit, Stäbe zu defi nieren, die allein
Zug- oder Druckkräfte bzw. eine bestimmte Zug- oder Druckkraft aufnehmen können. Eine
typische Praxisanwendung ist die Eliminierung der Druckaufnahme in Windverbänden.
esas.08 Reine Druckaufl ager/Baugrund
Tragwerksanalyse mit der Möglichkeit, reine Druckaufl ager für Knoten oder Tragglieder zu
defi nieren.
esas.09 Nicht-lineare Federn, Spalt-Elemente
Analyse der Struktur mit der Möglichkeit, nichtlineare Federn in Aufl agern oder Innenknoten
(z. B. halbstarren Verbindungen) und Lückenelementen (z. B. Teile, die Kräften nur bis zu
einer gewissen Dehnung widerstehen) zu defi nieren.
esas.10 Geometrische Nichtlinearität
Strukturberechnung nach Th.II.O. Tragwerksberechnung auch im verformten Zustand
unter Berücksichtigung von P-Delta (Vorverformungen und Stab-Imperfektionen) sowie der
Einwirkung von Normalkräften auf die Steifi gkeit. Bemessungsverfahren Timoshenko (für
Strukturen mit konstanter N-Kraft während der Berechnung) und Newton-Raphson mit stufenweiser
Anwendung der Lasten (für größere Verformungen und variable N-Kräfte während
der Berechnung).
esas.11 Geometrisch nichtlineare 2D-Analyse
Berechnung nach Th.II.O. von Flächentragwerken unter Berücksichtigung der verformten
Bedingung (geometrische Imperfektionen und Vorverformungen).
esas.12 Seilwerksanalyse
Berechnung der Struktur unter Berücksichtigung von Seilwerk mit möglicher Vorspannung.
Möglichkeit zum Eingeben eines durchhängenden Anfangszustandes des Seils. Die endgültige
Krümmung des Seils wird anhand des Gleichgewichts mit Lasten und Vorspannung
berechnet.
esas.13 Stabilitätsnachweise von Rahmen
Ermittlung der Gesamt-Knickfi gur und -Knicklast von Stabwerken. Abhängig von der Größe
der ermittelten Knicklast kann entschieden werden, ob die Fortsetzung der Berechnung
nach der Theorie II. Ordnung erforderlich ist. Die kritische Knickform kann als Imperfektion
der Tragwerksform für die geometrisch nichtlineare Berechnung eingesetzt werden (Modul
esas.10).
esas.14 Stabilität von Flächentragwerken
Ermittlung der Gesamt-Knickfi gur und -Knicklast. Die kritische Knickform kann als
Imperfektion der Tragwerksform für die geometrisch nichtlineare Berechnung eingesetzt
werden (Modul esas.11).
esas.15 Plastische Gelenke in Stahltragwerken
Berechnung von plastischen Gelenken für Stahltragwerke gemäß EC, DIN, NEN, ÖNORM
oder CSN.
esas.34 Nichtlineare Stabilitätsanalyse
Modul zur Ermittlung der Gesamtknickform und Gesamtknicklast von Stabtragwerken, das
nichtlineare Effekte berücksichtigt wie Zug- und Druckstäbe, nichtlineare Elastizität des
Materials usw. Abhängig von der Größe der ermittelten Knicklast kann entschieden werden,
ob die Fortsetzung der Berechnung nach der Theorie II. Ordnung erforderlich ist. Die kritische
Knickform kann als Imperfektion der Tragwerksform für die geometrisch nichtlineare
Berechnung eingesetzt werden (Modul esas.11; Erweiterungsmodul esas.13)
esas.37 Membranelemente
Modul für Einbeziehung von fi niten Elementen, die allein Membrankräfte (Scheibenkräfte)
aufnehmen können, in die FEM-Berechnung von Schalentragwerken.
Datasheet Scia Engineer
esas.07 / esas.08 / esas.09 / esas.10 / esas.11 /
esas.12 / esas.13 / esas.14 / esas.15 / esas.34 / esas.37
Scia Group nv • Industrieweg 1007 • B-3540 Herk-de-Stad • Tel: +32 13 55 17 75 • Fax: +32 13 55 41 75 • info@scia-online.com
Scia Software GmbH • Emil-Figge-Strasse 76-80 • D-44227 Dortmund • Tel: +49 231/9742586 • Fax: +49 231/9742587 • info@scia.de
Scia Datenservice Ges.m.b.H • Dresdnerstrasse 68/2/6/9 • A-1200 Wien • Tel: +43 1 7433232-11 • Fax: +43 1 7433232-20 • info@scia.at
www.scia-online.com

Reine Zugglieder / Reine Druckglieder / Aufl ager / Bettung mit
Zugausschluss / Nichtlineare Federn - Schlupf / Geometrisch
nichtlineare Analyse / Seilanalyse / Stabilitätsanalyse /
Plastizitätsanalyse von Stahltragwerken
Weiterführende Berechnungen
Scia Engineer bietet Erweiterungen zur gewöhnlichen
linearen Berechnung, um kompliziertere,
aber auch realistischere Modelle von Tragwerken
erfassen und berechnen zu können. Mit diesen
Rechenmethoden hat der Benutzer ein Werkzeug
zur Hand, um mit den modernen Trends im
Entwurf von Stahlkonstruktionen Schritt zu halten.
Die Ausnutzung dieser Funktionalität ist in die
Umgebung von Scia Engineer vollständig integriert
und sie ist einfach anzuwenden.
Reine Zugstäbe
Dieses Modul ermöglicht die Berechnung von
Modellen mit den folgenden physikalischen
Nichtlinearitäten:
• Reine Zugstäbe;
• Reine Druckstäbe;
• Stäbe mit begrenztem Zug / Druck.
Reine Zugstäbe spielen nur dann eine Rolle, wenn
die angesetzte Last ihre Verlängerung und folglich
Zug verursacht. Der Benutzer kann auch Stäbe
als Reine Druckstäbe verwenden: In diesem Fall
wird der Stab im Tragwerk nur dann aktiv, wenn er
Highlights
► Einfache Modellierung von Sondertypen der
Strukturteile.
► Unkomplizierter Einsatz von Sondertypen
der Analyse.
► Berechnungen nach Th.II.O. und Th.III.O.
und Stabilitätsanalyse.
What’s New UPDATED
► Möglichkeit einer Stappelverarbeitung
der Berechnungen (linear, nichtlinear,
Eigenwertanalyse).
► FE Netzverfeinerung in Knoten.
einer Druckkraft ausgesetzt wird.
Im Allgemeinen wird der Wirkungsbereich des
nichtlinearen Stabes durch einen Grenzkraftwert
kontrolliert.
Aufl ager / Bettung mit Zugausschluss
Kontaktprobleme können mittels einseitig beanspruchbarer
Aufl ager gelöst werden, die nur dann
aktiv werden, wenn das Tragwerk Druck auf sie
ausübt. Die komplementäre Wirkungsrichtung ist
freigesetzt.
Durch Verwendung lokaler Knoten- und Stab-
Koordinatensysteme können allerdings einseitige
Aufl ager dieser Art in jede Richtung eingestellt werden.
Diese Eigenschaft ist auch für Linienaufl ager
verfügbar.
Nichtlineare Federn / Schlupf
Dieses Modul ermöglicht die Berechnung
von Modellen mit folgenden physikalischen
Nichtlinearitäten:
• Nichtlineare Federn, welche den Aufl agern und
inneren Gelenken zugewiesen werden können;
• Schlupfelemente, z.B. Elemente, die eine
auf sie einwirkende Normalkraft erst nach
einer Verschiebung (Schlupf) von 10 mm
aufnehmen.
Geometrisch nichtlineare Analyse
Der Algorithmus der geometrisch nichtlinearen
Analyse (Theorie II. Ordnung) ist implementiert,
insbesondere:
• Berechnung des Tragwerks im verformten
Zustand, wo Sekundäreffekte der Verformungen
berücksichtigt werden. Infolge der Vergrößerung
des Krafthebels der Axialkraft durch (horizontale)
Stabauslenkungen erzeugen die aufgebrachten
vertikalen Lasten zusätzlich zu Querlasten
(z.B. Windlasten) zusätzliche Momente. Diese
sog. Effekte zweiter Ordnung bestehen aus
einem lokalen oder stabeigenen Effekt zweiter
Ordnung, der als P-d-Effekt bezeichnet wird,
und einem globalen Effekt zweiter Ordnung,
der mit P-D-Effekt unterschieden wird
• Einfl uss der Normalkraft auf die effektive
Stabsteifi gkeit (“tension stiffening”);
• Geometrische Imperfektionen (Anfangsverformungen
und Stabimperfektionen).
Zwei geometrisch nichtlineare Lösungsalgorithmen
sind implementiert, um eine optimale
esas.07, esas.08, esas.10, esas.11 Enthalten in C P E esas.09, esas.13, esas.14, esas.15 Enthalten in P E esas.12, esas.34, esas.37 Enthalten in E
esas.07 / esas.08 / esas.09 / esas.10 / esas.11 / esas.12 / esas.13 / esas.14 / esas.15 / esas.34 / esas.37
Benötigte Moduln: esas.00, esas.01.

Lösung für jede Aufgabe des fortschrittlichen
Ingenieurhochbaus zu gewährleisten:
• Methode nach Timoshenko, optimal für
Tragwerke des Hochbaus mit kleinen horizontalen
Auslenkungen, wo die Normalkraft in den
Elementen während des Rechenprozesses
nach Theorie II. Ordnung konstant bleibt;
• Methode nach Newton-Raphson mit schrittweisem
Aufbringen der Lasten. Diese Methode ist
optimal für Tragwerke mit großen Verformungen,
wo die Normalkraft in den Stabelementen sich
während des Rechenganges verändert.
Seilanalyse
Das implementierte Seilelement bereitet die
Möglichkeit einer präziseren Seilanalyse.
Diese Eigenschaft ermöglicht die Eingabe
einer gekrümmten Anfangsform des Seiles. Die
Seilkrümmung folgt dem Gesetz der Kettenlinie,
die mit der Aufl ast und Anfangsspannung einen
Gleichgewichtszustand bildet.
Membrananalyse
Das neue fi nite Membranelement bietet die
Möglichkeit, den Schalenmodellen fi nite
Flächenelemente zuzuweisen, die nur über eine
Membransteifi gkeit verfügen.
Stabilität
Dieses Modul ermittelt die globalen Knickformen
und Knicklasten des Tragwerks. Der Benutzer
wählt die Anzahl der (untersten) of Knickformen,
die berechnet werden sollen. Die Knicklast wird mit
der Methode der Unterraum-Projektion (Subspace
Iteration Method) angenähert. Die Vollständigkeit
der Ergebnisse wird mit der Methodik der
Reine Zugglieder / Reine Druckglieder / Aufl ager / Bettung mit
Zugausschluss / Nichtlineare Federn - Schlupf / Geometrisch
nichtlineare Analyse / Seilanalyse / Stabilitätsanalyse /
Plastizitätsanalyse von Stahltragwerken
Sturm’schen Folge nachgewiesen.
Die nichtlineare Stabilitätsanalyse ermittelt die
Strukturmodellstabilität in zwei Schritten: Im ersten
Schritt wird die Last so lange gesteigert, bis der
Stabilitätsverlust eintritt. Alle nichtlinearen Effekte
werden bereits während des ersten Schrittes in
Betracht gezogen. Im darauf folgenden zweiten
Schritt werden die Knick- bzw. Beulform und die
Knick- bzw. Beullasten mit hoher Genauigkeit
bestimmt.
Die Kenntnis über die Knicklast ermöglicht dem
Ingenieur, für jedes Tragwerk zu bestimmen, ob
eine Berechnung zweiter Ordnung erforderlich
ist. Das Kriterium des Höchstverhältnisses der
realen Last zur Knicklast zur Einschätzung der
Zulässigkeit der alleinigen Berechnung nach der
Theorie I. Ordnung ist in einigen Baunormen
enthalten.
Von der globalen Knickkurve des Tragwerks
wird die kritische Anfangsverformung für die
Berechnung nach Theorie II. Ordnung abgeleitet.
Plastische Analyse von
Stahltragwerken
Die Analyse von Stahltragwerken mit plastischen
Gelenken (Analyse plastisch – plastisch)
wird durchgeführt. Die Interaktionsformeln zwischen
Schubkraft und plastischem Moment sind
gemäß Eurocode 3, DIN 18800 und NEN 6770
implementiert.
Wenn das plastische Moment des Querschnitts
in einem Punkt des Tragwerks erreicht ist, wird
ein plastisches Gelenk in diese Position eingefügt.
Der implementierte Algorithmus ist für die
Berechnung großer Tragwerke optimiert. In jedem
Iterationsschritt werden alle Stabglieder auf einmal
bearbeitet. Die Stäbe, welche die Bedingungen im
vorherigen Iterationsschritt erfüllt haben, können
in deren Anfangszustand zurückversetzt werden,
wenn das Konvergenzverhalten des Tragwerks
es in weiteren Iterationsschritten erfordert. Die
Prozedur ist iterativ und konvergiert zur genauen
Lösung.
esas.07 / esas.08 / esas.09 / esas.10 / esas.11 / esas.12 / esas.13 / esas.14 / esas.15 / esas.34 / esas.37