Ein Querschnitt wird benötigt, um die Eigenschaften eines Stabes zu beschreiben: Die Querschnittskennwerte und die zugeordneten Materialeigenschaften beeinflussen die Steifigkeit des Stabes.
Nicht jeder Querschnitt, der definiert wird, muss auch im Modell verwendet werden. So können Sie schnell Varianten modellieren, ohne Querschnitte zu löschen. Die Querschnitte können jedoch nicht umnummeriert werden.
Name
Sie können einen beliebigen Namen für den Querschnitt festlegen und die Querschnittswerte angeben. Wenn die Bezeichnung mit einem Eintrag der Bibliothek übereinstimmt, liest RFEM die hinterlegten Kennwerte ein. Um den Querschnitt in der Bibliothek auszuwählen, klicken Sie auf die Schaltfläche
am Ende der Eingabezeile. Die Übernahme von Querschnitten ist im Kapitel Querschnittsbibliothek beschrieben.
Bei Querschnitten aus der Bibliothek sind die Querschnittskennwerte fest eingestellt und nicht veränderbar. Eine Ausnahme bilden die Schubflächen und die Abmessungen für ungleichmäßige Temperaturlasten.
Bei einem benutzerdefinierten Querschnittsnamen sind alle Querschnittswerte manuell zu definieren. Sie können den Querschnitt dann für die Ermittlung der Schnittgrößen verwenden. Die Bemessung dieses Querschnitts ist jedoch nicht möglich, da keine Spannungspunkte definiert werden können.
Basis
Das Register Basis verwaltet die fundamentalen Querschnittsparameter.
Material
Jedem Querschnitt muss ein Material zugewiesen werden. Sie können dieses in der Liste der bereits definierten Materialien auswählen. Die Schaltflächen neben dem Eingabefeld bieten die Möglichkeit, ein Material aus der Bibliothek auszuwählen oder neu zu definieren (siehe Kapitel Materialien).
Kategorien
Querschnittstyp
Bei Querschnitten aus der Bibliothek ist der 'Querschnittstyp' nach den dort üblichen Klassifikationen voreingestellt (siehe Kapitel Querschnittsbibliothek). Benutzerdefinierte Querschnitte werden dem Typ 'Basis' zugeordnet.
Herstellungsart
Bei Bibliotheksquerschnitten wird die Herstellungsart des Profils angezeigt. Sie steuert bestimmte Bemessungsvorgaben, beispielsweise die Knicklinien kaltgefertigter Hohlprofile.
Optionen
Schubsteifigkeit deaktivieren
Die Berücksichtigung der Schubsteifigkeit führt zu einem Verformungszuwachs infolge der Querkräfte. Die Schubverformung spielt bei Walz- und Schweißprofilen eine untergeordnete Rolle. Bei massiven Querschnitten und Holzprofilen empfiehlt es sich aber, die Schubsteifigkeiten für die Verformungsberechnung zu berücksichtigen.
Wölbsteifigkeit deaktivieren
Das Kontrollfeld zur Berücksichtigung der Wölbsteifigkeit ist zugänglich, wenn bei den Basisangaben das Analyse-Add-On Wölbkrafttorsion aktiviert ist. In diesem Fall können Sie steuern, ob die Wölbsteifigkeit des Querschnitts bei der Berechnung mit sieben Freiheitsgraden angesetzt wird.
Querschnittsdrehung
Die Querschnittsdrehung beschreibt den Winkel, um den der Querschnitt rotiert wird. Sie können den Drehwinkel α' im Register Querschnittsdrehung definieren.
Bei unsymmetrischen Querschnitten bietet dieses Register auch Möglichkeiten, das Profil zu 'Spiegeln'. So können Sie beispielsweise ein L-Profil in die korrekte Lage bringen.
Wenn Sie einen Querschnitt aus der Bibliothek oder RSECTION importieren, brauchen Sie sich nicht um den Querschnittsdrehwinkel α' kümmern. RFEM liest den Winkel automatisch ein. Bei eigendefinierten Profilen jedoch müssen Sie den Hauptachsenwinkel selbst ermitteln und dann die Lage über die Querschnittsdrehung anpassen.
Hybrid
Die Option 'Hybrid' ist bei Querschnitten des Typs 'Parametrisch - Dickwandig II' zugänglich sowie bei RSECTION-Profilen, die aus mehreren Materialien bestehen. Im Register Hybrid können Sie dann beispielsweise den Komponenten zusammengesetzter Holzquerschnitte die Materialeigenschaften zuweisen.
Geben Sie das 'Referenzmaterial' – eines der Komponenten-Materialien – an, mit dem die ideellen Querschnittswerte des zusammengesetzten Profils bestimmt werden sollen. Die Steifigkeitsanteile der Komponenten werden unter Berücksichtigung der jeweiligen Materialeigenschaften bezogen auf das Referenzmaterial bestimmt. Die Wahl des Referenzmaterials an sich jedoch hat keine Auswirkung auf die Steifigkeit des Gesamtquerschnitts.
Dünnwandiges Modell
Mit dem Kontrollfeld 'Dünnwandiges Modell' können Sie bei Querschnitten des Typs 'Genormt - Stahl' und 'Parametrisch - Dünnwandige' steuern, nach welcher Theorie die Querschnittswerte ermittelt werden. Bei einem dickwandigen Querschnitt werden beispielsweise die Schubflächen und das Torsionsträgheitsmoment nach einem anderen Verfahren bestimmt, da die analytische Lösung nur für dünnwandige Querschnitte gilt.
US-Schreibweise für Querschnittswerte
Die Symbole der Querschnittswerte unterscheiden sich nach den europäischen und amerikanischen Konventionen. Mit dem Kontrollfeld können Sie steuern, ob beispielsweise die statischen Momente als S oder Q bezeichnet werden.
Spannungsglättung zur Vermeidung von Singularitäten
Die Spannungsglättung eignet sich in erster Linie für zusammengesetzte Holzquerschnitte, um Singularitäten in den Verbindungsbereichen zu vermeiden. Dort führen Scherspannungen oft zu Spannungsspitzen, die sich ungünstig auf die Bemessung auswirken. Mit dieser Funktion wird eine bessere Verteilung der Spannungen erreicht.
Querschnittswerte
In diesem Abschnitt sind die wichtigsten Querschnittswerte angegeben. Weitere Kennwerte finden Sie im Register Querschnittswerte.
Querschnittsflächen
Die Querschnittsflächen sind in die Gesamtfläche 'Axial A' und die Flächen für 'Schub Ay' und 'Schub Az' untergliedert. Die Schubfläche Ay steht im Zusammenhang mit dem Trägheitsmoment Iz, die Schubfläche Az entsprechend mit Iy.
In folgendem Fachbeitrag finden Sie Informationen zur Ermittlung der Schubflächen:
https://www.dlubal.com/de/support-und-schulungen/support/knowledge-base/000966
Die Schubflächen wirken sich auf die Schubverformung aus, die vor allem bei kurzen, massiven Stäben berücksichtigt werden sollte. Falls Sie die Schubflächen ändern, sollten Sie extrem kleine Werte vermeiden: Die Schubflächen sind im Nenner von Gleichungen enthalten, sodass numerische Probleme auftreten können.
Flächenträgheitsmomente
Die Trägheitsmomente definieren die Querschnittssteifigkeit hinsichtlich der Beanspruchung durch Momente: Das Torsionsträgheitsmoment IT beschreibt die Steifigkeit gegen Verdrehen um die Längsachse, die Flächenmomente 2. Grades Iy und Iz die Steifigkeiten gegen Biegung um die lokalen Achsen y und z. Die y-Achse ist als „starke“ Achse zu verstehen. Mit dem Wölbflächenmoment 2. Grades Iω wird der Widerstand gegen Verwölbung beschrieben.
Bei unsymmetrischen Profilen werden die Trägheitsmomente um die Hauptachsen u und v des Querschnitts angegeben. Die lokalen Querschnittsachsen sind in der Querschnittsgrafik dargestellt.
Sie können die Querschnittsflächen und Trägheitsmomente über Faktoren anpassen, die Sie als querschnittsspezifische 'Strukturmodifikation' definieren (siehe Kapitel Strukturmodifikationen).
Hauptachsenneigung
Die Hauptachsenneigung beschreibt die Lage der Hauptachsen bezogen auf das Standard-Hauptachsensystem symmetrischer Querschnitte. Bei unsymmetrischen Profilen ist dies der Winkel α zwischen der Achse y und der Achse u (positiv im Uhrzeigersinn). Die Hauptachsen werden bei symmetrischen Profilen als y und z, bei unsymmetrischen Profilen als u und v bezeichnet (siehe Bild Querschnittswerte und Achsen).
Die Hauptachsenneigung wird nach folgender Gleichung ermittelt:
| α | Hauptachsenwinkel |
| Iyz | Biaxiales Flächenträgheitsmoment |
| Iz | Trägheitsmoment um die z-Achse |
| Iy | Trägheitsmoment um die y-Achse |
Die Hauptachsenneigung von Bibliotheksprofilen ist nicht editierbar. Sie können den Querschnitt jedoch um einen benutzerdefinierten Winkel drehen: Aktivieren Sie hierzu im Abschnitt 'Optionen' das Kontrollfeld 'Querschnittsdrehung' (siehe Abschnitt Querschnittsdrehung).
Abmessungen (für ungleichmäßige Temperaturlasten)
Die Abmessungen hinsichtlich der Breite b und Höhe h des Querschnitts werden für die Berechnung von Temperaturlasten benötigt.
Querschnittswerte
Im Register Querschnittswerte sind die Kennwerte des Querschnitts im Detail aufgelistet.
Die Querschnittswerte parametrischer Profile werden mit RSECTION bestimmt.
Statistik
Das Register Statistik gibt eine Übersicht über die Stäbe im Modell, die den Querschnitt verwenden. Das 'Gesamtgewicht' können Sie beispielsweise für eine Stahlliste oder Kostenschätzung heranziehen.
Punkte
Die Geometrie des Querschnitts wird über Punkte definiert. Sie stellen auch die Grundlage für Linien dar.
Die Koordinaten der Definitionspunkte sind in einer Tabelle aufgelistet. Wenn Sie eine Zeile selektieren, wird dieser Punkt in der Querschnittsgrafik rot dargestellt. Bei dünnwandigen Querschnitten sind die Definitionspunkte auf den Mittellinien mit einem + Symbol gekennzeichnet. Generierte Kontrollpunkte für Bögen sind an einem Schloss-Symbol mit + zu erkennen. Die Punkte auf den Querschnittsrändern ergeben sich aus den Elementdicken.
Bei Bögen können Sie im Abschnitt 'Parameter' neben den Punktkoordinaten die Bogenparameter ablesen.
Linien
Die Punkte des Querschnitts werden durch Linien verbunden, sodass die Geometrie des Querschnitts über seinen Umriss festgelegt ist. Die Linien stellen auch die Grundlage für Teile dar.
Die Definitionspunkte der Linien sowie die Linientypen und -längen sind in einer Tabelle aufgelistet. Wenn Sie eine Zeile selektieren, wird diese Linie in der Querschnittsgrafik rot dargestellt.
Teile
Aus den Umrisslinien des Querschnitts wird ein oder mehrere Teile erzeugt.
Für jedes Querschnittsteil werden die Definitionslinien, das Material, die Querschnittsfläche und die längenbezogene Masse angegeben.
Spannungspunkte
Die Spannungspunkte werden für die Ermittlung der Spannungen am Querschnitt benötigt. Alle Bibliotheksquerschnitte sind mit Spannungspunkten an den bemessungsrelevanten Stellen der Profile versehen.
Das Register Spannungspunkte besteht aus bis zu vier Unterregistern. Dort können Sie die Koordinaten der Spannungspunkte, die statischen Momente und Wölbordinaten mit den zugehörigen Dicken (bei dünnwandigen Querschnitten) sowie die Einheitsspannungen berechnet mit dünnwandiger Theorie TWA (bei dünnwandigen Querschnitten) und mit Finite-Elemente-Methode FEM ablesen.
Sie können die Querschnittsverläufe und Spannungsverläufe in der Grafik des Querschnitts überprüfen: Klicken Sie in die Spalte des Wertes oder wählen in der Liste unterhalb der Grafik den Typ aus.
FE-Netz
Das letzte Register verwaltet die Einstellungen für das FE-Netz, auf dessen Grundlage die Querschnittswerte und Einheitsspannungen ermittelt werden.
Die beiden Eingabefelder bieten die Möglichkeit, die Diskretisierung zu beeinflussen. Mit einem Faktor kleiner 1 wird ein feineres Netz, mit einem Faktor größer 1 ein gröberes Netz erzeugt. In der Regel sind hier keine Anpassungen erforderlich.