Einführung
Notfallsituationen können mitunter herausfordernde Arbeitsbedingungen für Arbeiter und Helfer bei Rettungseinsätzen im städtischen Umfeld (Urban Search and Rescue - USaR) mit sich bringen. Ein wichtiges Ziel ist es, eine deutliche Zeitverkürzung in Bezug auf die USaR-Phase zu erreichen, indem Beschlüsse auf den Weg gebracht werden, die großflächig auf die Situation aufmerksam machen, und darauf abzielen, das Auffinden und Lokalisieren von eingeklemmten und verschütteten Personen zu verbessern, unter Zuhilfenahme von Simulationsprogrammen zur Vorhersage von Tragwerksausfällen; darüber hinaus braucht es einen ganzheitlichen Mechanismus zur Entscheidungsunterstützung, der die Arbeitsabläufe und Ressourcen der maßgeblichen Beteiligten einbezieht.
Mit dem Ansatz "Extreme Loading for Structures" (ELS) können Statiker den fortschreitenden Zusammenbruch, der durch extreme Belastungssituationen wie Erdbeben, starken Wind, Explosion, dynamische Lasten sowie Stoßbelastung und Anprall verursacht wird, korrekt simulieren, analysieren und visualisieren. Sie können auch die Anfälligkeit eines Tragwerks gegenüber einem fortschreitenden Zusammenbruch abschätzen, indem sie das Versagen verschiedener Komponenten simulieren und bestimmen, ob der resultierende Einsturz teilweise oder vollständig ist. Modellverstärkungen, Stahlquerschnitte und Spannglieder, die üblicherweise vorausgesetzt oder ausgeklammert werden, können einfach zum ELS-Modell hinzugefügt werden, wodurch das Modell und seine Ergebnisse erheblich verbessert werden. Im Laufe der Zeit auftretende Korrosionseffekte können mithilfe automatischer Rissbildung, plastischer Gelenke und der Berücksichtigung von Versagensmechanismen implementiert werden.
Die anzusetzenden Lasten sind im Grunde grenzenlos und können in einem Multi-Hazard-Ansatz, der möglichst viele Gefahren erfasst, mit gestuften Belastungen sequenziert werden, um wiederholte Ereignisse bzw. eine Folge von Ereignissen wie Erdbeben, Brand, Explosion, Anprall, Tsunami, starker Wind und allmählicher Einsturz zu simulieren. ELS kann eine präzise Simulation und Analyse von geplanten Abrisskonzepten mittels Sprengstoffen, einer Abrissbirne, Schub- oder Ziehkräften sowie Abbrucharbeiten von Hand ermöglichen.
Eine neue Analysemethode, die Applied Element Method (AEM), kombiniert Elemente der Discrete Element Method (DEM) mit der Finite-Elemente-Methode (FEM). Einfach ausgedrückt ist AEM in der Lage, die Modellierung vom Auseinanderfall der Bauteile bis zum Einsturz automatisch durchzuführen sowie eine Vorhersage zu treffen, ab wann die Struktur in Trümmern liegt. FEM kann dagegen nur bis zum Versagen des Tragwerks genau sein, und DEM kann beim Auseinanderfallen der Elemente verwendet werden. In mehr als zwei Jahrzehnten kontinuierlicher Forschung und Entwicklung hat sich gezeigt, dass AEM die einzige Methodik ist, die das strukturelle Einsturzverhalten über alle Laststufen hinweg verfolgen kann, einschließlich elastischem Materialverhalten, Rissbildung und -ausbreitung in zugschwachen Materialien, Nachgiebigkeit von Verstärkungen, Auseinanderfall von Bauteilen, Kollision von Elementen (Kontakt) und Aufprall auf dem Boden sowie Zusammenstoß mit benachbarten Strukturteilen [1].
Der Einsatz von RFEM 6 und Blender mit dem Bullet Constraints Builder Add-on zielt darauf ab, den Einsturz eines Modells auf der Grundlage echter physikalischer Eigenschaftsdaten grafisch darzustellen. RFEM 6 dient dabei als Geometrie- und Simulationsdatenquelle. Der Beitrag ist ein weiteres Beispiel dafür, warum es wichtig ist, unsere Programme als sogenanntes BIM Open zu pflegen, um eine Zusammenarbeit über viele Softwarebereiche hinweg zu erreichen.
Implementierung
Schritt 1: Modellierung in RFEM
Das vorliegende RFEM 6-Modell (eine
3D-Stahlsilokonstruktion
) wird als Fallbeispiel für die Einsturzsimulation herangezogen. Im aktuellen Abschnitt sind die Strukturgeometrie sowie die Materialkennwerte und Randbedingungen (Auflager) festzulegen, die in Bild 1 dargestellt sind.
For the next stage, the IFC format needs to be exported from RFEM and imported to Blender (Image 2).
Schritt 2: Modellierung in BCB Blender
- Download and install Blender Software Version 3.5 und Blender Software Version 2.79 .
- Download and install Bullet Constraints Builder für Blender Version 2.79 (Image 3).
- Download and install the BlenderBIM Add-on herunter und installieren Sie es, um den Import des .IFC-Formats in Blender Version 3.5 (Image 3). The option to import IFC model format is available only after activating the BIM add-on in Blender's settings (Image 4).
- Export the model as .OBJ format from Blender v. 3.5 und importieren Sie es in Blender Version 2.79 (Image 6).
- Classification of the elements of models into "groups" and dividing them by type – beams, plates, foundations, and so on. For these groups, you can add properties in the table and element group list (Image 7). In order to set the parameters for individual groups, preset values for basic types of materials in the table can also be used, such as for reinforced concrete and steel structures (Image 8).
- To set up the groups, it is important that the groups in the table are named the same as the groups created in the Blender model (Image 9).
- Here is the information for beams set up in Image 10.
- The surface information is shown in Image 11.
- The assumed boundary condition (support) and foundation information are shown in Image 12.
- Here, the information about the circular part is shown in Image 13.
- Also, the general settings information is illustrated in Image 14.
- Herunterladen Earthquake Time History Pattern and introduce to BCB Blender 2.79 as shown in Image 15.
- The Minimum Size Limit value is defined as 1.50 in the discrete section (Image 16).
- To make sure that the Pre-processing Tools are included in the automatic mode, ensure that the box labeled "Run On Automatic Mode" in the header of the Pre-processing Tools is ticked. This will make the Pre-processing Tools part of the automatic mode (Image 17).
- It is recommended that you save the element configuration before moving on from this stage, as shown in Image 8. Every time the Blend file is opened, it will now be possible to reload the settings (Image 18).
- The simulation's progress can be monitored via the system console window (Image 19), which should be kept open at all times. The system monitor can also be used to gather helpful data while troubleshooting, and then Press the "A" key on your keyboard to pick the complete model.
- After that, you need to press Build (Image 20), which will automatically run the Pre-processing tools before running the simulation.
- And finally collapsed model is shown in Image 21. Zum finalen Rendern können Sie wieder die neueste Version von Blender verwenden. Unter diesem Beitrag finden Sie unsere endgültige Datei mit einer Demonstration des Zusammenbruchs in Blender 2.79 sowie eine Datei mit den Einstellungen für das finale Animations-Rendering in Blender 3.5.
Fazit
Im aktuellen Fachbeitrag wurde beschrieben, wie der Einsatz von RFEM 6 und Blender mit dem Bullet Constraints Builder Add-on darauf abzielt, den Einsturz eines Modells auf der Grundlage echter physikalischer Eigenschaftsdaten grafisch darzustellen. RFEM 6 dient dabei als Geometrie- und Simulationsdatenquelle. Der Beitrag ist ein weiteres Beispiel dafür, warum es wichtig ist, unsere Programme als sogenanntes BIM Open zu pflegen, um eine Zusammenarbeit über viele Softwarebereiche hinweg zu erreichen.
