4.13 Querschnitte

Vor der Eingabe eines Stabes muss ein Querschnitt definiert werden. Die Querschnittskennwerte und die zugeordneten Materialeigenschaften bestimmen die Steifigkeit des Stabes.

Jedem Querschnitt ist eine Farbe zugeordnet, die im Modell zur Darstellung der unterschiedlichen Profile benutzt werden kann. Die Steuerung erfolgt im Zeigen-Navigator mit der Option Farben in Grafik nach (siehe Kapitel 11.1.9).

Nicht jeder Querschnitt, der definiert wird, muss auch im Modell verwendet werden. Bei der Modellierung kann somit ohne Löschen von Querschnitten experimentiert werden. Bitte beachten Sie jedoch, dass die Querschnitte nicht umnummeriert werden können.

Um einen gevouteten Träger abzubilden, sind für den Stab unterschiedliche Anfangs- und Endquerschnitte zu definieren. RFEM ermittelt automatisch die veränderlichen Steifigkeiten entlang des Stabes.

Die Querschnittskennwerte brauchen nicht manuell eingegeben werden. Es stehen eine umfangreiche, erweiterbare Querschnittsbibliothek sowie Importmöglichkeiten zur Verfügung.

Die Bezeichnung des Querschnitts kann frei gewählt werden. Wenn der eingegebene Name mit einem Eintrag der Querschnittsbibliothek übereinstimmt, liest RFEM die Profilkennwerte ein. Die Werte der Trägheitsmomente und Fläche Axial A sind in diesem Fall nicht änderbar. Bei benutzerdefinierten Querschnittsbezeichnungen können die Trägheitsmomente und die Querschnittsflächen manuell eingetragen werden.

Die Kennwerte parametrisierter Querschnitte werden ebenfalls automatisch eingelesen. Bei der Eingabe von z. B. „Rechteck 80/140“ erscheinen die Querschnittswerte dieses Profils. Die Auswahl von Querschnitten aus der Bibliothek ist weiter unten beschrieben.

Das Material des Querschnitts kann in der Liste der bereits definierten Materialien ausgewählt werden. Die Zuweisung wird durch die Materialfarben erleichtert, die standardmäßig für die gerenderte Darstellung benutzt werden.

Im Dialog Neuer Querschnitt befinden sich unterhalb der Liste drei Schaltflächen. Sie ermöglichen den Zugang zur Materialbibliothek, die Neudefinition oder die Bearbeitung eines Materials.

Im Kapitel 4.3 finden Sie ausführliche Hinweise zu den Materialien.

Die Option Hybrid ist nur bei parametrisierten Holzquerschnitten zugänglich. Damit können den Querschnittsteilen spezifische Materialeigenschaften zugewiesen werden, falls unterschiedliche Materialgüten vorliegen (z. B. Holz minderer Klasse für Stege).

Die Schaltfläche [Bearbeiten] öffnet den Dialog Hybrides Material bearbeiten.

Die Materialien sind gemäß Grafikschema den einzelnen Querschnittsteilen zuzuweisen. Sie können über die Liste ausgewählt werden. Eines dieser Materialien ist als Referenzmaterial für die Ermittlung der ideellen Querschnittswerte festzulegen.

Die Trägheitsmomente werden für die Querschnittssteifigkeit benötigt: Das Torsionsträgheitsmoment I_T beschreibt die Steifigkeit gegen Verdrehen um die Längsachse, die Flächenmomente 2. Grades I_y und I_z die Steifigkeiten gegen Biegung um die lokalen Achsen y und z. Die y-Achse ist als „starke“ Achse zu verstehen. In der Grafik des Dialogs Neuer Querschnitt werden die lokalen Querschnittsachsen dargestellt.

Bei unsymmetrischen Profilen werden die Trägheitsmomente um die Hauptachsen u und v des Querschnitts angegeben.

Die Trägheitsmomente und die Querschnittsflächen lassen sich im Register Modifizieren über Faktoren anpassen. In der Tabelle ist dieses Register über die Schaltfläche zugänglich, die nach einem Mausklick in die Zelle erscheint. Der Anpassungsfaktor für die Querschnittsfläche A übt dabei keinen Einfluss auf das Querschnittsgewicht aus.

Mit der Vorgabe in Bild 4.126 wird das Torsionsträgheitsmoment nur mit 5 % berücksichtigt.

Die Profilkennwerte der Querschnittsflächen untergliedern sich in die Gesamtfläche Axial A und die Schubflächen Schub A_y und Schub A_z.

Die Schubfläche A_y steht im Zusammenhang mit dem Trägheitsmoment I_z, die Schubfläche A_z entsprechend mit I_y. Zwischen den Schubflächen A_y und A_z sowie der Gesamtfläche A bestehen über einen Korrekturfaktor κ folgende Beziehungen:

$A_y=\frac{A}{{\kappa }_y} ; A_z=\frac{A}{{\kappa }_z}$

${\kappa }_{y/z}=\frac{A}{I_{z/y}^2}·{\iint }_A\frac{S_{z/y\left(x\right)}^2}{t_{\left(x\right)}^2} dA$

mit

• A : Gesamtfläche des Querschnitts
• I_z/y : Trägheitsmomente des Querschnitts
• S_z/y(x) : Statische Momente des Querschnitts an der Stelle x
• t_(x) : Breite des Querschnitts an der Stelle x

Die Schubflächen A_y und A_z beeinflussen die Schubverformung, die vor allem bei kurzen, massiven Stäben berücksichtigt werden sollte. Werden die Schubflächen zu null gesetzt, bleibt der Einfluss des Schubes unberücksichtigt. Die Steuerung kann auch im Dialog Berechnungsparameter, Register Globale Berechnungsparameter vorgenommen werden (siehe Bild 7.27). Falls extrem kleine Werte für die Schubflächen vorliegen, können numerische Probleme auftreten, denn die Schubflächen sind im Nenner von Gleichungen enthalten.

In folgendem Fachbeitrag finden Sie weitere Informationen zu den Schubflächen:
https://www.dlubal.com/de/support-und-schulungen/support/knowledge-base/000966

Die Hauptachsen sind bei symmetrischen Profilen als y und z, bei unsymmetrischen Profilen als u und v bezeichnet (siehe oben). Der Hauptachsendrehwinkel α beschreibt die Lage der Hauptachsen in Bezug auf das Standard-Hauptachsensystem symmetrischer Querschnitte. Bei unsymmetrischen Profilen ist dies der Winkel zwischen der Achse y und der Achse u (siehe Grafik auf vorheriger Seite am Rand). Dieser ist positiv im Uhrzeigersinn definiert. Bei symmetrischen Querschnitten gilt α = 0°. Die Hauptachsenneigung von Bibliotheksprofilen ist nicht editierbar.

Der Hauptachsendrehwinkel wird aus der folgenden Gleichung ermittelt:

$\tan 2\alpha =\frac{2 I_{yz}}{I_z-I_y}$

Der Drehwinkel α' beschreibt den Winkel, um den die Profile aller Stäbe gedreht werden, die diesen Querschnitt verwenden. Hier handelt es sich also um einen globalen Querschnittsdrehwinkel. Zusätzlich kann jeder Stab separat um einen Stabdrehwinkel β gedreht werden.

Im Dialogregister Drehung (siehe Bild 4.127) besteht zudem die Möglichkeit, unsymmetrische Querschnitte zu Spiegeln. Damit lässt sich z. B. ein L-Profil in die korrekte Lage versetzen.

Wird ein Profil aus der Querschnittsbibliothek oder aus DUENQ eingelesen, braucht man sich um den Winkel α' nicht kümmern. RFEM liest diesen Winkel wie die übrigen Querschnittswerte automatisch ein. Bei eigendefinierten Profilen jedoch muss der Hauptachsenwinkel selbst ermittelt und dann über die Querschnittsdrehung manuell angepasst werden.

Die Breite b und Höhe h des Querschnitts ist für Temperaturlasten von Bedeutung.

Eine Vielzahl von Querschnitten ist in einer Datenbank hinterlegt.

Der Dialog Neuer Querschnitt und die Tabelle 1.13 Querschnitte ermöglichen den direkten Zugriff auf häufig verwendete Profilreihen:

Die komplette Profilbibliothek ist über die Schaltfläche [Querschnittsbibliothek] zugänglich. In der Tabelle kann auch der Cursor in Spalte A platziert werden. Dadurch wird die Schaltfläche zugänglich, die - wie die Funktionstaste [F7] - die Querschnittsdatenbank öffnet.

Die Querschnittsbibliothek ist in mehrere Bereiche gegliedert. Diese sind auf den folgenden Seiten beschrieben.

Die tabellierten Werte vieler Walzprofile sind in einer Datenbank hinterlegt.

Mit einem Klick auf eine der zwölf Schaltflächen ist zunächst der Querschnittstyp festzulegen. Im nächsten Fenster kann dann die Reihe selektiert und in dieser der geeignete Querschnitt ausgewählt werden.

Im Abschnitt Filter ist es möglich, die Bibliothek nach den Kriterien Hersteller-/Norm-Gruppe, Hersteller/Norm, Querschnittsform und Anmerkung zu filtern. So wird das Angebot an Reihen und Profilen übersichtlicher. Die Anzeige lässt sich über die Spaltenüberschriften sortieren.

Sollten Querschnitte alter Normen benötigt werden, so können diese über das Kontrollfeld Inklusive ungültiger im Abschnitt Filter eingeblendet werden.

Bestimmte Querschnitte können als Favoriten gekennzeichnet werden. Der Dialog zum Anlegen bevorzugter Profile wird mit der Schaltfläche [Neue Favoritengruppe] unten im Abschnitt Filter aufgerufen. Ist der Name für die neue Gruppe festgelegt, erscheint der im folgenden Bild dargestellte Dialog.

Der Dialog ist wie die Profilbibliothek aufgebaut. Es stehen die oben beschriebenen Filtermöglichkeiten zur Verfügung. In den Abschnitten Favoriten auswählen können bevorzugte Reihen und Querschnitte mit einem Häkchen markiert werden.

Nach dem Schließen des Dialogs präsentiert sich die Querschnittsbibliothek in übersichtlicher Form, sobald das Kontrollfeld Favoriten-Gruppe aktiviert ist.

Auf diese Weise können verschiedene Gruppen von Favoriten erzeugt werden, die dann in der Liste unten im Abschnitt Filter zur Auswahl stehen.

Walzprofile können über die Angabe von Parametern zusammengefügt werden.

Die Schaltfläche [Sichern] speichert ein zusammengesetztes Profil. Es wird in der Kategorie Benutzerdefiniert mit seiner genauen Bezeichnung (z. B. im Bild oben 2IK HE B 300 + HE A 340) abgelegt und kann von dort wieder eingelesen werden.

In den Eingabefeldern können die Profilparameter eines aus Blechen zusammengesetzten Querschnitts frei definiert werden. Die Querschnittswerte werden nach der Theorie für dünnwandige Querschnitte ermittelt. Diese gilt nur für Profile, deren Elementdicke deutlich geringer ist als die jeweilige Elementlänge. Ist diese Voraussetzung nicht erfüllt, sollte der Querschnitt nach Möglichkeit in der Rubrik Massiv (siehe Bild 4.134) definiert werden.

Der Parameter a stellt das Wurzelmaß der Schweißnaht dar, nicht den Ausrundungsradius (siehe Bild 4.133). Die Schweißnahtdicken wirken sich nur auf die Längen der c/t-Teile aus. Sie fließen nicht in die Querschnittswerte ein.

Mit der links dargestellten Schaltfläche können die Parameter eines Walzprofils übernommen werden. Damit lassen sich gewisse Geometrieangaben voreinstellen.

Die Schaltfläche [Sichern] legt ein parametrisiertes Profil unter der genauen Bezeichnung ab, z. B. im Bild oben IS 330/160/8/12/0. Mit der Schaltfläche [Öffnen] lässt es sich wieder einlesen.

In den Eingabefeldern können die Parameter massiver Profile (z. B. Stahlbetonquerschnitte) frei definiert werden. Die Querschnittskennwerte werden nach der Theorie für dickwandige Querschnitte ermittelt, die Elemente mit ausgeprägten Wandstärken voraussetzt.

In den Eingabefeldern können die Parameter für Holzquerschnitte frei definiert werden. Die Querschnittskennwerte der massiven oder auch zusammengesetzten Profile werden nach der Theorie für dickwandige Querschnitte ermittelt.

Ist der Querschnitt durch Nachgiebige Verbindungen zusammengefügt, können die wirksamen Biegestab-Steifigkeiten gemäß EN 1995-1-1 Anhang B.2 verwendet werden. Hierzu sind die Abminderungsbeiwerte γ anzugeben. Für die Modellierung gelten die Einschränkungen nach Anhang B.1.2. Zusammengesetzte Druckstäbe gemäß Anhang C werden mit dieser Option nicht erfasst!

Liegt ein Material des Typs Hybrid vor, so können die Eigenschaften der Querschnittsteile über die Schaltfläche [Bearbeiten] zugewiesen werden (siehe Bild 4.125).

Im Dialog Genormte Holzquerschnitte stehen Standard-Rechteckprofile für Bretter, Bohlen, Kant- und Vollhölzer zur Auswahl. Dort sind auch genormte amerikanische Holzquerschnitte für die Nachweise nach AWC und CSA hinterlegt.

• Gespeicherten Querschnitt einlesen

Der Klick auf die Schaltfläche [Öffnen] ruft einen Dialog auf, in dem alle Profile erscheinen, die durch die Funktion Sichern erstellt wurden.

• Benutzerdefinierten Querschnitt anlegen

In einem Dialog können die Querschnittswerte frei eingegeben werden.

Es sind die Reihe, in der das Profil verwaltet werden soll, und der Name als Bezeichnung des neuen Querschnitts anzugeben. Dann können die Profilkennwerte eingetragen und die Knicklinien festgelegt werden.

Es lassen sich auch Profile aus den Dlubal-Querschnittsprogrammen DUENQ und DICKQ importieren.

Über die Schaltfläche links unten in der Bibliothek ist es möglich, eine ganze Profilreihe aus einer Datei einzulesen. Diese Datei muss im CSV-Format vorliegen, d. h. als Textdatei, deren Tabellenspalten jeweils durch ein Semikolon (;) getrennt sind. Jede Excel-Datei lässt sich in diesem Format speichern. Wichtig ist, dass die Syntax der ASCII-Reihe mit den Definitionsparametern der entsprechenden RFEM-Profilreihe übereinstimmt.

Beispiel: Doppelsymmetrische I-Profile sollen importiert werden.

Diese Profile werden als IS-Reihe verwaltet (vgl. Bild 4.133). Für IS-Profile werden folgende Parameter benötigt: h, b, s, t, a. Die Tabelle wird in Excel nach diesen Vorgaben aufgebaut:

Im Importdialog ist das Verzeichnis der CSV-Datei anzugeben und in der Liste auszuwählen, in welcher Querschnittsreihe die importierten Profile verwaltet werden sollen.

Die importierten Profile stehen anschließend in der Kategorie Benutzerdefinierte Querschnitte zur Verfügung (siehe Bild 4.137).

Beim Import werden die Querschnittswerte und Spannungspunkte berechnet, sodass auch Spannungsnachweise geführt werden können.