Das Register Basis verwaltet die elementaren Stabparameter. Wenn Sie im Abschnitt 'Optionen' ein Kontrollfeld anhaken, wird in der Regel ein weiteres Dialogregister ergänzt. Dort können Sie jeweils die Details festlegen.
Stabtyp
Der Stabtyp steuert, in welcher Weise Schnittgrößen aufgenommen werden können oder welche Eigenschaften für den Stab vorausgesetzt werden. In der Liste stehen verschiedene Stabtypen zur Auswahl.
Balkenstab
Ein Balken ist ein biegesteifer Stab, der alle Schnittgrößen übertragen kann. Ein Balkenstab besitzt keine Gelenke an seinen Stabenden. Dieser Stabtyp kann durch alle Lastarten belastet werden.
Starrstab
Ein Starrstab koppelt die Verschiebungen zweier Knoten durch eine starre Verbindung. Er entspricht daher prinzipiell einer Kopplung. Damit lassen sich Stäbe mit sehr großer Steifigkeit unter Berücksichtigung von Gelenken definieren, die auch Federkonstanten und Nichtlinearitäten aufweisen können. Es treten kaum numerische Probleme auf, da die Steifigkeiten dem System angepasst sind.
Für Starrstäbe werden Schnittgrößen ausgegeben, wenn Sie im Navigator - Ergebnisse unten in der Kategorie 'Stäbe' die Ergebnisse für Kopplungen aktivieren.
Rippenstab
Mit Rippen können Plattenbalken (Unterzüge) abgebildet werden. Bei diesem Stabtyp werden die Exzentrizitäten und mitwirkenden Plattenbreiten im FEM-Modell berücksichtigt.
Rippen eignen sich in erster Linie für Stahlbetonstäbe, da die Rippenschnittgrößen und -querschnitte in die Betonbemessung einfließen. Ein Stahlblech mit aufgeschweißter „Rippe“ sollte als Fläche mit einem exzentrisch angeschlossenen Stab modelliert werden.
Zur 'Rippenanordnung' bietet die Liste mehrere Auswahlmöglichkeiten.
Eine Rippe ist im Regelfall ein exzentrisch angeordneter Stab. Die Exzentrizität wird automatisch aus der halben Flächendicke und der halben Stabhöhe ermittelt. Sie kann aber auch manuell definiert werden. Durch die Exzentrizität der Rippe wird die Steifigkeit des Modells erhöht. Bei einer zentrischen Anordnung liegt die Schwerachse der Rippe in der Flächenmitte.
Die mitwirkenden Breiten der Rippe sind im Abschnitt 'Flanschabmessungen' für die linke und rechte Seite zu definieren. Meist kann die Einstellung 'Automatisch finden' beibehalten werden, mit der das Programm die beiden Flächen ermittelt. Wenn an der Linie des Rippenstabes mehr als zwei Flächen zusammentreffen, müssen die maßgebenden Flächen manuell festgelegt werden.
Zur Eingabe der Integrationsbreiten b-y,int und b+y,int bestehen verschiedene Möglichkeiten (siehe Bild Neue Rippe): Die Breiten können direkt eingegeben oder mit den Optionen Lref / 6 und Lref / 8 automatisch aus der Stablänge ermittelt werden. Sie lassen sich auch gemäß der Vorgaben einer Norm bestimmen, beispielsweise nach 'EC2' Abschnitt 5.3.2.1.
Die by,int-Werte definieren die Breite der Fläche bzw. des Einzugsbereichs, aus dem die Schnittgrößen aufintegriert werden sollen. Die by,eff-Werte repräsentieren die Querschnittsbreite des Rippenflansches vom Stegmittelpunkt zum jeweiligen Rand. Per Voreinstellung sind by,int und by,eff gleichgesetzt. Sie können sie aber nach einem Klick auf die Schaltfläche
separat definieren.
Falls Knoten des Typs 'Knoten auf Stab' definiert wurden, kann die Rippe abschnittsweise für die einzelnen Segmente definiert werden. Sind mehrere Segmente definiert lassen sich die verspringenden Breitenbereiche über die Tabellenspalte 'Linear Verteilung' linearisiert miteinander verbinden um große Steifigkeitssprünge im Rippenstab zu verhindern.
Bei 3D-Modellen haben die mitwirkenden Breiten keinen Einfluss auf die Steifigkeit, da die erhöhte Steifigkeit durch den exzentrischen Stab berücksichtigt wird. Die mitwirkenden Breiten wirken sich jedoch auf die Verteilung der Stab- und Flächenschnittgrößen aus.
Fachwerkstab
Ein Fachwerkstab entspricht einem Balkenstab mit Momentengelenken an beiden Enden. Zusätzlich wird die Verdrehung um die Längsachse am Stabanfang durch ein Gelenk φx freigegeben. Bei diesem Stabtyp werden Biege- und Torsionsmomente aus den Lasten des Stabes ausgegeben.
Fachwerkstab (nur N)
Dieser Typ Fachwerkstab mit der Steifigkeit E ⋅ A ist in der Lage, Normalkräfte in Form von Zug und Druck aufzunehmen. Es werden nur Knotenschnittgrößen ausgegeben. Der Stab weist einen linearen Schnittgrößenverlauf auf, sofern keine Einzellast am Stab wirkt. Es wird kein Momentenverlauf ausgegeben, der sich infolge Eigengewicht oder einer Linienlast einstellen könnte. Die Knotenkräfte werden jedoch aus den Stablasten errechnet, wodurch die korrekte Weiterleitung gewährleistet ist.
Zugstab
Ein Zugstab kann nur Zugkräfte aufnehmen. Der Stabtyp entspricht einem 'Fachwerkstab (nur N)', der bei einer Druckkraft ausfällt.
Die Berechnung eines Stabwerks mit Zugstäben erfolgt iterativ: Im ersten Schritt werden die Schnittgrößen aller Stäbe ermittelt. Erhalten Zugstäbe eine negative Normalkraft (Druck), startet ein weiterer Iterationsschritt. Die Steifigkeitsanteile dieser Stäbe werden nicht mehr berücksichtigt – sie sind ausgefallen. Dieser Prozess wird so lange fortgeführt, bis kein Zugstab mehr ausfällt. Ein System kann durch den Ausfall von Zugstäben instabil werden.
Druckstab
Ein Druckstab kann nur Druckkräfte aufnehmen. Der Stabtyp entspricht einem 'Fachwerkstab (nur N)', der bei einer Zugkraft ausfällt. Ausfallende Druckstäbe können zu einem instabilen System führen.
Knickstab
Ein Knickstab entspricht einem 'Fachwerkstab (nur N)', der unbegrenzt Zugkräfte aufnimmt, Druckkräfte jedoch nur bis zum Erreichen der kritischen Kraft. Für den Euler-Fall 2 bestimmt sich diese Kraft wie folgt:
Mit diesem Stabtyp lassen sich oft Instabilitäten umgehen, die bei einer nichtlinearen Berechnung nach Theorie II. oder III. Ordnung durch das Knicken von Fachwerkstäben entstehen. Ersetzt man diese (realitätsgetreu) durch Knickstäbe, wird in vielen Fällen die kritische Last erhöht.
Seilstab
Ein Seil ist nur auf Zug beanspruchbar. Damit lassen sich Seilketten durch eine iterative Berechnung nach Theorie III. Ordnung unter Berücksichtigung von Longitudinal- und Transversalkräften erfassen.
Seile eignen sich für Modelle, bei denen große Verformungen mit entsprechenden Änderungen der Schnittgrößen auftreten können. Für einfache Abspannungen wie bei einem Vordach sind Zugstäbe völlig ausreichend.
Ergebnisstab
Der Ergebnisstab eignet sich, um Flächen-, Volumen- oder Stabergebnisse in einem fiktiven Stab zu integrieren. Damit lassen sich beispielsweise die resultierenden Querkräfte einer Fläche für den Mauerwerksnachweis ablesen.
Die Linie eines Ergebnisstabes kann beliebig im Modell platziert werden. Der Ergebnisstab benötigt weder eine Lagerung noch eine Verbindung zum Modell. Es ist jedoch ein Querschnitt zuzuweisen, um eine Bemessung zu ermöglichen. Auf einen Ergebnisstab können keine Lasten aufgebracht werden.
Wählen Sie im Abschnitt 'Spannungen und Kräfte integrieren' den Typ des Ergebnisstabes aus, um die geometrische Form des Integrationsbereichs festzulegen. Im Abschnitt 'Parameter' können Sie dann die Abmessungen definieren. Sie sind auf die Linie des Stabes in seinem Schwerpunkt bezogen.
Legen Sie im Abschnitt 'Objekte einschließen' die Flächen, Flächenzellen, Volumenkörper und Stäbe fest, deren Ergebnisse bei der Integration berücksichtigt werden sollen. Alternativ wählen Sie 'Alle' Objekte aus und klammern dann im Abschnitt 'Ausgenommen von inklusiven Objekten' bestimmte Elemente aus.
Virtueller Träger
Dieser Stabtyp ermöglicht es, die Querschnittseigenschaften für Open Web Steel Joists anzusetzen, die das Steel Joist Institute in sogenannten "Virtual Joist"-Tabellen hinterlegt hat. Diese Virtual Joist-Profile repräsentieren äquivalente Breitflanschträger, die der Trägergurtfläche, dem effektiven Trägheitsmoment und dem Gewicht sehr nahe kommen. Der Träger wird damit durch einen Stab mit einem virtuellen Querschnitt ersetzt. So lassen sich komplexe Trageinheiten wie beispielsweise ein Fachwerkträger im Gesamtsystem simulieren.
Wählen Sie in der Liste die 'Reihe' des virtuellen Trägers aus.
In der Liste 'Virtueller Träger' können Sie dann den genauen Typ festlegen.
Die Schaltfläche
im Abschnitt 'Querschnitt und Material' ermöglicht es, den virtuellen Träger aus der Querschnittbibliothek zu importieren.
Flächenmodell
Dieser Stabtyp eignet sich in erster Linie, um Loch- und Wabenträger oder Querschnittsschwächungen wie Durchbrüche für Versorgungsleitungen im Stabmodell abzubilden. Dabei wird der Stab in ein Flächenmodell konvertiert, in dem die Staböffnungen nach Benutzervorgabe angeordnet sind. Der Stab bleibt jedoch erhalten. Folgende Voraussetzungen müssen erfüllt sein:
- Der Querschnitt stellt ein genormtes oder parametrisiertes dünnwandiges Profil mit einem Steg dar.
- Das Material des Querschnitts basiert auf einem isotrop linear-elastischen Materialmodell.
Beim Stabtyp 'Flächenmodell' liegt der Stab sowohl als Stab- als auch als Flächenobjekt vor. Die geometrischen Eigenschaften sind identisch; beide Modelle haben denselben Schwerpunkt. Die Darstellung wird im Navigator - Anzeige über den Eintrag Modell → Basisobjekte → Stäbe → Flächenmodell oder die Schaltfläche
in der Symbolleiste gesteuert.
Das FE-Netz des Flächenmodells wird automatisch erzeugt, es kann derzeit nicht beeinflusst werden. Bei der statischen Berechnung wird das Flächenmodell verwendet. Zur Auswertung stehen dann sowohl die Stabergebnisse zur Verfügung (wie bei einem Ergebnisstab, bei dem die Spannungen der Stab-Teilflächen zu Stabschnittgrößen integriert werden) als auch die Flächenergebnisse. Die Steuerung lässt sich auch hier über den Navigator - Anzeige oder die Schaltfläche
vornehmen.
Die Bemessung eines Flächenmodell-Stabes in den Add-Ons erfolgt mit den Stabschnittgrößen und dem Stabquerschnitt.
Wie im Bild oben zu sehen, entstehen an den Stabenden eines Flächenmodell-Stabes mehrere Starrstäbe. Sie verbinden das Flächenmodell mit den Endknoten der anschließenden Stäbe. Damit ist die korrekte Übertragung der Schnittgrößen zu den 1D-Objekten gewährleistet. Falls mehrere Flächenmodell-Stäbe aneinander anschließen, werden diese Koppelstäbe für jeden Stab erzeugt.
Definieren Sie in diesem Fall für die Stablast eine Kraftexzentrizität am Querschnitt. Die Last wird so realitätsgetreu am Querschnittsrand angesetzt und bleibt auch im Flächenmodell erhalten.
Steifigkeit
Mit diesem Stabtyp können Sie einen Stab mit benutzerdefinierten Steifigkeiten verwenden. Die Steifigkeitskennwerte sind im Dialog 'Neue Stabsteifigkeit' zu definieren (siehe Kapitel Stabsteifigkeiten).
Kopplung
Ein Kopplungsstab ist ein virtueller, sehr steifer Stab mit starren oder gelenkigen Stabenden. Es stehen vier Möglichkeiten zur Auswahl, um die Freiheitsgrade der Anfangs- und Endknoten 'Fest' oder über ein 'Gelenk' zu koppeln. Mit Kopplungen lassen sich spezielle Situationen für Kraft- und Momentenübertragungen modellieren. Dabei werden die Normal- und Querkräfte bzw. Torsions- und Biegemomente direkt von Knoten zu Knoten übertragen.
Feder
Ein Federstab bietet die Möglichkeit, lineare oder auch nichtlineare Federeigenschaften mit definierbaren Wirkbereichen abzubilden. Für einen Federstab brauchen Sie im Register 'Querschnitt' nur die Stablänge Lz festlegen, keinen Querschnitt: Die Steifigkeit des Stabes ergibt sich aus den Federparametern, die Sie im Dialog 'Neue Stabfeder' definieren (siehe Kapitel Stabfedern).
Dämpfer
Ein Dämpfer entspricht im Prinzip einem Federstab mit der Zusatzeigenschaft 'Dämpfungskoeffizient'. Dieser Stabtyp erweitert die Möglichkeiten für dynamische Analysen nach dem Zeitverlaufsverfahren.
Wie bei einem Federstab brauchen Sie im Register 'Querschnitt' nur die Stablänge Lz festlegen, keinen Querschnitt. Die Steifigkeit des Stabes ergibt sich aus den Federparametern, die Sie im Dialog 'Neue Stabfeder' definieren (siehe Kapitel Stabfedern). Die Dämpfungseigenschaften können Sie über den Dämpfungskoeffizienten X steuern.
Optionen
In diesem Abschnitt können Sie über die Kontrollfelder weitere Stabeigenschaften festlegen.
Knoten auf Stab
Mit einem oder mehreren Knoten am Stab können Sie den Stab in Segmente gliedern, ohne den Stab zu teilen (siehe Kapitel Knoten ).
Gelenke
Sie können an einem Stab Gelenke anordnen, um die Übertragung von Schnittgrößen an den Endknoten zu steuern (siehe Kapitel Stabendgelenke). Für bestimmte Stabtypen ist die Eingabe gesperrt, da bereits interne Gelenke vorliegen. Sie können dem 'Stabanfang i' und dem 'Stabende j' separat Gelenke zuweisen.
Exzentrizitäten
Exzentrizitäten bieten die Möglichkeiten, den Stab an den Endknoten außermittig anzuschließen (siehe Kapitel Stabexzentrizitäten). Sie können dem 'Stabanfang i' und dem 'Stabende j' separat Exzentrizitäten zuweisen.
Lager
Sie können dem Stab eine Lagerung zuweisen, die auf seiner ganzen Länge wirksam ist. Die Freiheitsgrade und Federsteifigkeiten sind bei den Lagerbedingungen zu definieren (siehe Kapitel Stablager).
Quersteifen
Quersteifen am Stab haben einen Einfluss auf die Wölbsteifigkeit des Stabes. Sie wirken sich auf die Berechnung mit Wölbkrafttorsion unter Berücksichtigung von sieben Freiheitsgraden aus (siehe Kapitel Stabquersteifen).
Staböffnungen
Staböffnungen wirken sich auf die Querschnittswerte und den Schnittgrößenverlauf aus. Sie sind beim Stabtyp 'Flächenmodell' relevant. Im Kapitel Staböffnungen ist beschrieben, wie Sie den Typ und die Lage der Öffnungen definieren können.
Nichtlinearität
Sie können dem Stab eine Nichtlinearität zuweisen. Die nichtlinearen Eigenschaften sind als Stabnichtlinearitäten zu definieren (siehe Kapitel Stabnichtlinearitäten).
Ergebniszwischenpunkte
Mit Ergebniszwischenpunkten können Sie die Tabellenausgabe der Ergebnisse entlang des Stabes steuern. Die Teilungspunkte sind im Dialog 'Neuer Stabergebniszwischenpunkt' zu definieren (siehe Kapitel Stabergebniszwischenpunkte).
Endmodifikationen
Mit Endmodifikationen können Sie die Geometrie des Stabes an seinen Enden grafisch anpassen. So lassen sich Überstände, Verkürzungen oder Abschrägungen für die gerenderte Darstellung aufbereiten.
'Verlängerung': Sie können für den Stabanfang und das Stabende jeweils eine 'Verlängerung' definieren. Ein negativer Wert Δ wirkt sich als Verkürzung aus.
'Neigung': Mit einer Neigung können Sie jedes Stabende abschrägen. Es sind Neigungswinkel um die beiden Stabachsen y und z möglich. Ein positiver Winkel bewirkt eine Drehung im Uhrzeigersinn um die jeweilige positive Achse.
Für die Berechnung deaktivieren
Wenn Sie dieses Kontrollfeld anhaken, wird der Stab einschließlich Belastung in der Berechnung nicht berücksichtigt. So können Sie untersuchen, wie sich das Tragverhalten des Modells ändert, wenn bestimmte Stäbe nicht wirksam sind. Die Stäbe brauchen nicht gelöscht werden; die Lasten bleiben ebenfalls erhalten.