Die Bemessungsnorm besagt, dass für die Struktur eine Berechnung nach Theorie erster Ordnung verwendet werden darf, wenn die Zunahme der maßgebenden Schnittgrößen oder Momente oder jede andere durch Verformungen verursachte Änderung des Tragverhaltens vernachlässigt werden kann.
Um zu beurteilen, ob diese Zunahme vernachlässigt werden kann oder nicht, kann der kritische Verzweigungslastfaktor αcr herangezogen werden. Das globale Knicken von Bauteilen (einschließlich der Verbindung) kann vernachlässigt werden, wenn der Knickfaktor größer als 15 (bei plastischer Bemessung) oder größer als 10 (wenn die Spannung in den Blechen im elastischen Bereich liegt) ist.
Lokales Beulen betrifft einzelne Bleche (Steifen, Stützensteg). Die zugehörigen Grenzwerte des Beulfaktors werden gemäß Bemessungsnormen und Forschungsversuchen festgelegt. Die Auswirkungen des lokalen Beulens gelten als vernachlässigbar, wenn der Beulfaktor:
- ≥ 2 - bei einem vierseitig gelagerten Blech
- ≥ 3 - bei einem dreiseitig gelagerten Blech
- ≥ 4 - bei einem zweiseitig (benachbart) gelagerten Blech
- ≥ 15 - bei einem zweiseitig (gegenüberliegend) gelagerten Blech
Im Video sehen Sie verschiedene Arten des Knickens und Beulens und erfahren, wie Sie unter Berücksichtigung der Knickfaktoren und Knickformen damit umgehen.
Eine ausführlichere Erläuterung, welche Arten von Knicken und Beulen im analysierten Bauteil zu erwarten sind, finden Sie in unserem Artikel über Lineare Knick- und Beulanalyse (LBA).
Wie werden die Ergebnisse der Knick- und Beulanalyse in bestimmten Fällen bewertet?
Zunächst müssen wir mithilfe der Knick- und Beulanalyse den minimalen Laststeigerungsfaktor αcr ermitteln, bei dem die elastische kritische Last erreicht wird. IDEA StatiCa stellt die Knickfaktoren in Ergebnistabellen bereit, und die Knickformen zu jedem Faktor können in einer 3D-Ansicht dargestellt werden.
Der Grenzwert für die globale Analyse ist in EN 1993-1-1:2005, Abschnitt 5.2.1 angegeben.
Beispiel 1
Im ersten Beispiel wird die Druckkraft auf den Träger aufgebracht, der durch ein Anschlussblech angeschlossen ist.
Die Ergebnisse der geometrisch linearen Berechnung liegen vor, und der erste Faktor beträgt 8,76. Gemäß EN 1993-1-1:2005, Abschnitt 5.2.1 beträgt der Grenzwert 15, da diese Verbindung für die Stabilität des Trägers selbst maßgebend ist. Die Verbindung hat die Knickanalyse somit nicht bestanden. Hinzu kommt, dass dieses einseitige Anschlussblech in dieser Aussteifung bei Druckbeanspruchung gefährlich ist.
Weitere Informationen finden Sie hier zur Berechnung des Beulwiderstands eines Knotenblechs.
Beispiel 2
Bei den meisten Blechen in Verbindungen kann dagegen lokales Beulen auftreten, und der maximale Wert des kritischen Beulfaktors αcr, bei dem eine genauere Analyse erforderlich ist, ist in der Regel kleiner. Es wurde nachgewiesen, dass bei Steifen und querkraftbeanspruchten Stützenstegfeldern das Beulen nicht berücksichtigt werden muss, wenn der kritische Beulfaktor größer als 3 ist.
Wir müssen für jedes Bauteil den richtigen Grenzwert bestimmen und darauf basierend entscheiden. Dieses Beispiel zeigt, dass die erste Beulform diejenige einer Steife mit dem Faktor αcr = 8,76 >> 3 ist. In diesem Beispiel ist diese erste Beulform nicht kritisch.
Bei der Durchführung der Beulanalyse und der Auswertung der Ergebnisse ist ingenieurmäßiges Urteilsvermögen gefragt. Die Frage ist, wann globale oder lokale Grenzwerte des kritischen Beulfaktors anzuwenden sind. Für die richtige Antwort ist die Kenntnis der Topologie und des Tragsystems der bemessenen Struktur entscheidend. IDEA StatiCa kann zwar Beulformen und kritische Faktoren für jeden Teil der Verbindung liefern, führt jedoch keinen Normnachweis des Beulens gemäß Norm durch.
Wenn die Ergebnisse der Beulformen negative Werte liefern, bedeutet das nicht, dass die Berechnung fehlgeschlagen oder das Ergebnis falsch ist. Was in diesen Fällen genau passiert, wird in diesem Wissensdatenbank-Artikel erläutert.
Ein praktisches Beispiel für die Auswertung der Knickanalyse eines Bauteils wurde in diesem Webinar-Video vorgestellt:
Theoretischer Hintergrund
Für ein tieferes Verständnis des Themas Knicken und Beulen und der Lösung von IDEA StatiCa lesen Sie die grundlegenden Informationen zur Knick- und Beulanalyse in unseren Artikeln zum theoretischen Hintergrund.
IDEA StatiCa Connection - Tragwerksbemessung von Stahlanschlüssen
IDEA StatiCa Member - Bauteilstabilität
Tutorials
Wir haben Schritt-für-Schritt-Tutorials zur Modellerstellung und zur Durchführung der Analyse erstellt. Die Links dazu finden Sie unten:
Bemessung eines Stahl-Kreuzträgers unter Einfluss von Biegedrillknicken (EN)
Bemessung und Normnachweis eines Stahltragwerks (EN)
Knick- und Beulanalyse eines Stahlanschlusses (EN)
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