Stability definiert globale Imperfektionen und Bauteilimperfektionen getrennt. Globale Imperfektionen werden entweder als einfache Neigung in X und Y oder als skalierte Beulform aus der LBA eingegeben. Bauteilimperfektionen werden nur als skalierte Beulform aus der LBA mit zusätzlichen Randbedingungen eingegeben. Beide werden in der GMNIA verwendet.
Der typische Arbeitsablauf ist:
- Führen Sie MNA und LBA durch. Die Ergebnisse der LBA werden nicht benötigt, wenn nur die einfache Neigung verwendet wird.
- Prüfen Sie die Beulformen und wählen Sie diejenigen aus, die für die Imperfektionen relevant sind.
- Bestimmen Sie die Amplituden der Imperfektionen gemäß der Bemessungsnorm.
- Geben Sie die Imperfektionen im Eigenschaftenraster auf der Registerkarte LBA+IMP innerhalb der Registerkarte CHECK ein.
- Führen Sie die GMNIA unter Berücksichtigung beider Vorzeichen der Imperfektionen durch und verwenden Sie das ungünstigste Ergebnis als maßgebend.
Arten von Imperfektionen und ihre Definitionen
Im Allgemeinen sollten in der GMNIA drei Arten von Imperfektionen angesetzt werden.
A. Globale Imperfektionen (Schiefstellung) der Struktur
Eine globale Imperfektion bildet die Tatsache ab, dass die Struktur als Ganzes nie perfekt lotrecht ist. Stützen werden geringfügig nicht lotrecht errichtet und Auflager sind nicht perfekt eben, sodass der gesamte untersuchte Teil bereits leicht geneigt ist. Diese Imperfektion ist vor allem bei verschieblichen Strukturen von Bedeutung, bei denen die horizontale Verschiebung der gesamten Struktur die Schnittgrößen erhöht. Sie kann auf zwei Arten definiert werden:
Definition globaler Imperfektionen – Methode „Simple inclination“
Die einfache Neigung setzt die globale Imperfektion der Schiefstellung als Anfangsneigung der gesamten Struktur an, ohne LBA-Ergebnisse oder Beulformen. Sie wird auf der Registerkarte LBA+IMP unter Global imperfection of the structure durch die Neigungen Dx und Dy in mm/m definiert, d. h. durch die horizontale Verschiebung in globaler X- und Y-Richtung pro Meter Höhe. Jeder Knoten wird linear mit seiner Höhe über dem Zero level [m] verschoben. Dieses wird typischerweise auf die Oberkante der Fundamente oder die Stützenfüße gesetzt, wo die Verschiebung null ist.
Definition globaler Imperfektionen – Methode „Buckling shape“
Die Methode Buckling shape setzt die globale Imperfektion als skalierte Kombination von Beulformen aus der LBA an, die mit den auf der Registerkarte MODEL definierten Randbedingungen berechnet wurde. Sie wird auf der Registerkarte LBA+IMP unter Global imperfection of the structure definiert, wobei Method auf Buckling shape gesetzt wird, sowie durch die Buckling shape imperfection amplitude [mm], d. h. die maximale Abweichung der imperfekten Geometrie.
Die Tabelle listet die Formen für jede Lastkombination mit den folgenden Angaben auf:
- Factor ist der kritische Lastfaktor αcr , um den die Bemessungslastkombination erhöht werden müsste, um elastisches Knicken der Struktur in der jeweiligen Beulform zu verursachen.
- Relevance [%] ist ein Maß dafür, wie leicht sich die Struktur in der jeweiligen Beulform verformt. Es vergleicht die Größe des verformten Teils der Struktur mit der elastischen Energie, die für die Verformung erforderlich ist. Eine Form, bei der sich ein großer Teil der Struktur mit wenig Energie verformt, erhält einen hohen Relevanzwert. Eine Form, die nur einen kleinen Teil der Struktur verformt oder viel Energie benötigt, erhält einen niedrigen Wert.
- Weight [-1, 1] ist ein Faktor, der eine Beulform in die Imperfektion einbezieht und deren Richtung festlegt. Jeder von null verschiedene Wert zwischen −1 und 1 aktiviert die Form, und das Vorzeichen des Werts bestimmt die Richtung der Verformung. Das Gewicht multipliziert die eingegebene Buckling shape imperfection amplitude [mm], sodass die Form mit der Amplitude Gewicht × Amplitude angesetzt wird. Eine leere Zelle oder null bedeutet, dass die Form nicht verwendet wird.
Wählen Sie die Formen aus, in denen die gesamte Struktur seitlich ausweicht, typischerweise diejenigen mit dem niedrigsten Faktor und hoher Relevanz, und führen Sie die GMNIA unter Berücksichtigung beider Vorzeichen der Gewichte durch.
B. Bauteilimperfektionen
Eine Bauteilimperfektion bildet die anfängliche Vorkrümmung oder Verdrehung eines einzelnen Bauteils ab, zusammen mit der Wirkung von Eigenspannungen aus dem Walzen oder Schweißen. Sie wird in der Form der maßgebenden Knickform des Bauteils aus der LBA angesetzt (Biegeknicken, Drillknicken, Biegetorsionsknicken oder Biegedrillknicken). Bei verschieblichen Strukturen werden Bauteilimperfektionen mit der globalen Imperfektion kombiniert und nicht anstelle von ihr verwendet.
Definition von Bauteilimperfektionen
Bauteilimperfektionen werden als skalierte Kombination von Beulformen aus der LBA mit zusätzlichen Randbedingungen angesetzt: Auflager in X- und Y-Richtung werden an den Enden aller zugehörigen Bauteile hinzugefügt, die an die CBFEM-Bauteile angeschlossen sind und durch 1D-Trägerelemente modelliert werden. Diese Auflager verhindern globale Beulformen, sodass die Beulformen das Knicken der einzelnen Bauteile zwischen ihren Anschlusspunkten darstellen. Sie werden auf der Registerkarte LBA+IMP unter Member imperfection durch die Buckling shape imperfection amplitude [mm] definiert.
Die Tabelle unter Member imperfection funktioniert genauso wie die oben beschriebene Tabelle für globale Imperfektionen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Beulformen aus der LBA mit zusätzlichen Randbedingungen stammen. Für jede Lastkombination (Loads) listet sie die Beulformen (Shape) mit ihrem kritischen Lastfaktor (Factor, αcr) und der Relevance [%] auf. Ein Weight zwischen −1 und 1 bezieht eine Form in die Imperfektion ein und multipliziert die Buckling shape imperfection amplitude [mm]. Sein Vorzeichen legt die Richtung fest.
Wählen Sie die Formen aus, die Biegeknicken, Drillknicken, Biegetorsionsknicken oder Biegedrillknicken der untersuchten Bauteile zeigen, und führen Sie die GMNIA unter Berücksichtigung beider Vorzeichen der Gewichte durch.
C. Plattenimperfektionen
Eine Plattenimperfektion bildet die anfängliche Unebenheit einzelner Bleche ab, etwa von Stegen, Flanschen oder Steifen. Sie wird in der Form der maßgebenden lokalen Beulform aus der LBA angesetzt.
Definition von Plattenimperfektionen
Plattenimperfektionen werden in derselben Tabelle wie die Member imperfection definiert. Eine separate Eingabe dafür gibt es nicht. Wenn die Tabelle Beulformen enthält, die lokales Beulen von Flanschen oder Stegen darstellen, beziehen Sie diese in die Imperfektion ein, indem Sie für diese Formen ein von null verschiedenes Weight festlegen.
Darstellung der Imperfektionen
Die Gruppe Imperfection auf der Registerkarte CHECK bietet drei Möglichkeiten, die Imperfektionen in der 3D-Szene darzustellen:
- LB shape zeigt die Beulform aus der Tabelle und Zeile an, die aktuell den Fokus haben.
- Partial zeigt die Imperfektion des Typs an, dessen Tabelle aktuell den Fokus hat: global oder Bauteil.
- Total zeigt die Summe aller Imperfektionen unabhängig vom Fokus an. Dies ist die imperfekte Geometrie, die in die GMNIA eingeht.
Amplituden der Imperfektionen gemäß den Bemessungsnormen
Für jede Norm gibt es Richtlinien zur Bestimmung der Imperfektionen, die Sie in Stability für die GMNIA-Berechnung eingeben. Nachfolgend sind die im Eurocode beschriebenen Definitionen aufgeführt.
Globale Imperfektionen (Schiefstellung)
Globale Imperfektionen der Struktur sind in EN 1993-1-1, Abschnitt 5.3.2 (3) beschrieben. Die Struktur sollte in Form einer äquivalenten Schiefstellung gemäß der folgenden Abbildung geneigt werden.
Äquivalente Schiefstellung (aus EN 1993-1-1 – Bild 5.2)
Der Winkel der Imperfektion beträgt:
mit:
- ϕ0 = 1/200 – Grundwert der Imperfektion
- – Abminderungsfaktor für die Höhe h bei Stützen
- h – Höhe der Struktur in Metern
- – Abminderungsfaktor für die Anzahl der Stützen in einer Reihe
- m – Anzahl der Stützen in einer Reihe, wobei nur diejenigen Stützen berücksichtigt werden, die eine vertikale Last NEd tragen, die nicht kleiner als 50 % des Durchschnittswerts der Stütze in der betrachteten vertikalen Ebene ist
Bauteilimperfektionen
Lokale Imperfektionen von Bauteilen sind in EN 1993-1-1, Abschnitt 5.3.2 (3) beschrieben. Die Imperfektionsamplitude e0 wird nach Tabelle 5.1 berechnet, wobei die plastische Berechnung angewendet werden sollte.
Um die Knicklinie auf der Registerkarte zu bestimmen, müssen Sie anhand der angezeigten Beulform in der LBA-Berechnung in Member entscheiden, ob:
- das Bauteil überwiegend auf Druck beansprucht wird, wobei Biegeknicken, Drillknicken oder Biegetorsionsknicken zu erwarten ist, und Tabelle 6.2 verwendet wird,
- oder ob das Bauteil überwiegend auf Biegung beansprucht wird und die maßgebende Versagensform Biegedrillknicken ist, und Tabelle 6.4 verwendet wird.
Lokale Plattenimperfektionen
Die Amplituden folgen EN 1993-1-5, Abschnitt C.5. Bei schlanken Blechen beträgt die lokale Imperfektion 1/200 der kürzeren Spannweite des Blechfelds. Bei schlanken Querschnitten (Klasse 4) sind mindestens zwei Beulformen zu kombinieren, damit lokales Beulen und Bauteilknicken interagieren können.
Richtung der Imperfektionen
Jede Imperfektion sollte sowohl in positiver als auch in negativer Richtung angesetzt werden, wobei das ungünstigere Ergebnis maßgebend ist. Wenn mehrere Imperfektionen kombiniert werden, sollten alle Kombinationen ihrer Richtungen berechnet werden.
