Über IDEA Connection

Tragwerksplaner konstruieren üblicherweise Stahlverbindungen, die vorgeschriebene Bauvorschriften auf der Basis empirischer Laborversuche, rechnerischer Modellverifikationen  und technische Beurteilung befolgen. In vielen Projekten gibt es jedoch Situationen, in denen der Verbindungstyp mithilfe einer technischen Beurteilung geprüft oder  eine umfassendere Verbindungsanalyse durchgeführt werden muss.

 

Diese Praktiken haben mehrere Herausforderungen:

Erstens: wenn nicht-typische Verbindungen entworfen werden, die nicht explizit durch die Bauvorschriften abgedeckt sind, verfügt der Ingenieur möglicherweise nicht über die Erfahrung, um eine technische Beurteilung zu geben, ohne eine zeitintinsive Simulation mit komplexen Berechnungen zu führen.

Zweitens: kann die Erstellung solcher Berechnungsmodelle zur Untersuchung und Prüfung des Verbindungsverhaltens viel Zeit in Projekten verbrauchen und sich auf die Rentabilität auswirken.

Drittens: kann die Zuverlässigkeit von Stahlverbindungsentwürfen von Projekt zu Projekt variieren. In der Tat kann das tatsächliche Verbindungsverhalten ganz anders als erwartet ablaufen, wenn Abweichungen bei der Herstellung und Montage auftreten. Daher suchen Ingenieure nach einer präziseren, projektspezifischen Art und Weise, das Verbindungsverhalten zu studieren, um ihre Verbindungsentwürfe besser zu verstehen, während sie dies produktiv tun.



Verbesserung der täglichen Arbeit von Ingenieuren

IDEA Connection kann Stahlverbindungen mit beliebiger Geometrie und beliebigen Lasten in allen Richtungen berechnen. Der gesamte Analyseprozess wird innerhalb von Minuten durchgeführt, was die Produktivitätserhöhung beim Entwurf von Stahlbauverbindungen für Ingenieure und Hersteller weltweit ermöglicht.

SICHERHEIT

Bleiben Sie mit allen Nachweisen gemäß der ausgewählten Norm immer auf der sicheren Seite.

ZEITERSPARNIS

Ingenieure verbrauchen 70% Ihrer Zeit für die Berechnung von 30% der nicht-standard-Verbindungen. So können Sie diese innerhalb von Minuten bewältigen.

OPTIMIEREN

Ermitteln Sie den exakten Materialaufwand für jede Verbindung und Nutzen Sie diesen Vorteil.



Wichtigste Funktionen

 

Die enthaltenen Funktionalitäten der verschiedenen Programmeditionen von IDEA StatiCa Connection im Überblick:

 Funktionalität

kostenlose Testversion

Expert Edition Enhanced Edition
 Gewalzte, geschweißte und kaltgeformte Querschnitte    
 Erstellen/ Importieren eigener Querschnitte      
 Bauteilverbindung durch Herstellungsoperationen      
 Nichtlineare Analyse von Profilen und Blechen      
 Auf Zug und Schub beanspruchte Schrauben      
 Plastische Analyse von Schweißnähten      
 Eingabe mehrfacher Lasteinwirkungen/ -kombinationen      
 Beulanalyse ( Beulnachweis)      
 Momenten-Rotations-Diagramme/ Steifigkeits-Klassifizierung      
 Nachweis der Stabkapazität      
 Berechnung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit      
 Nachweise nach Eurocode (EC)      
 Nachweise nach US Norm (AISC)      
 Nachweise nach kanadischer Norm (CISC)    
 Nachweise nach australischer Norm      
 Materialliste      
 Zeichnungen (Bauteile, Platten, Querschnitte, Ergebnisse)      
 Berichtausgabe      
 BIM Anbindung zu baustatischen Berechnungsprogrammen (CAE)      
 BIM Anbindung zu Zeichnungsprogrammen (CAD)      

 

Gerne erläutern wir die Inhalte der einzelnen Funktionalitäten auf Nachfrage für Sie!



Berichtausgabe

Sie können die komplette Berechnung, die in IDEA Connection durchgeführt wurde, dokumentieren und sich den Bericht zur weiteren Verwendung als Word- oder PDF-Dokument abspeichern; zahlreiche, aber trotzdem übersichtliche Einstellungsmöglichkeiten ermöglichen eine benutzerfreundliche Dokumentation Ihrer Berechnung.


Alle Nachweise nach europäischer, amerikanischer, kanadischer oder australischer Norm werden angezeigt und dokumentiert.


Wie funktioniert die Bemessung?

Die grundlegende Innovation von IDEA Connection ist die Einführung eines neuen FEM-Solvers, der speziell für die Analyse und Konstruktion von Stahlverbindungen entwickelt wurde. Gleichzeitig wird die neue CBFEM-Methode implementiert, die mit Hilfe der Universitäten von Prag und Brünn entwickelt wurde. Der neue Solver simuliert auf bestmögliche Weise das reale Verhalten einer Verbindung, da alle Plattenelemente, so wie es normalerweise bei allen anderen FEM-Programmen der Fall ist, kein einheitliches Netz haben aber unabhängig voneinander mit ihrer optimierten Netzgröße generiert sind und untereinander durch Schweißnähte und Schrauben verbunden sind, die mit speziellen Interpolationsbedingungen simuliert werden. Und das Beste ist, dass all dies "hinter den Kulissen" stattfindet und dem Benutzer die Möglichkeit gibt, sich nur auf die Modellierung der Verbindung zu konzentrieren.

IDEA Connection ist die erste einfach zu bedienende Software weltweit, die diese Möglichkeit bietet, und die Implementierung der Finite-Elemente-Analyse wurde so durchgeführt, dass auch ein Ingenieur ohne FEM-Erfahrung in der Lage ist, eine Verbindung zu analysieren und zu entwerfen. In nur wenigen Minuten!


Wie funktioniert CBFEM?

Wir haben zwei allgemein bekannte und vertrauenswürdige Methoden, welche von Ingenieuren auf der ganzen Welt verwendet werden – die Finite Elemente Methode sowie die Komponentenmethode – kombiniert.

  • Die Verbindung wird in Komponenten aufgeteilt
  • Alle Stahlplatten werden mit finiten Elementen unter Verwendung des idealen elasto-plastischen Materialverhaltens modelliert
  • Schrauben, Schweißnähte und Betonblöcke werden als nichtlineare Federn modelliert
  • Das Finite Elemente Modell wird zur Analyse der Schnittgrößen in jedem dieser Elemente verwendet
  • Die plastische Grenzdehnung der Platten wird, gemäß EC3 mit 5%, überprüft
  • Jede Komponente wird, ähnlich der Komponentenmethode, nach spezifischen Formeln, die in den nationalen Normen definiert sind, überprüft

 

3D Simulation einer Stahlverbindung


Die grundlegende Innovation von IDEA Connection ist die Einführung eines neuen FEM-Solvers, der speziell für die Analyse und die Bemessung von Stahlverbindungen entwickelt wurde und das bestmögliche reale Verhalten einer Verbindung simuliert.

 

IDEA Connection ist die erste einfach zu bedienende Software, die diese Möglichkeit bietet. Die Implementierung der Finite-Elemente-Methode wurde so durchgeführt, dass auch ein Ingenieur ohne FEM Erfahrung in der Lage ist, eine Verbindung zu bemessen und zu berechnen und das innerhalb von nur ein paar Minuten!

Automatisch generiert wird dabei das Finite Elemente Modell der Stahlverbindung, die aus Platten, Schweißnähten, Schrauben, Kontaktelementen besteht und in einen Betonblock verankert werden kann.

 

Klicken Sie auf die verschiedenen Buttons, um mehr über die entsprechenden Elemente zu erfahren!

In IDEA Connection besteht das Modell aus (Stahl-)Platten – beide Teile, (Stahl-)Bauteile und versteifende Platten, sowie die wirkliche Form der Platten wird beibehalten. Jede Platte wird unabhängig als Schalenelement vernetzt; die Platten schneiden sich nicht, sondern werden durch Schweißnähte und Schrauben, welche separat erstellt werden, miteinander verbunden. Die Größe der Netzelemente für jede Platte wird vom Programm, abhängig von deren Größe und Komplexität, optimiert. Dünne, auf Druck belastete Platten werden auf lokales Beulen überprüft. Für dünnwandige Bereiche wird das mögliche Nachbeulverhalten durch die effektive Spannung eingeleitet.

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Standardschrauben

Bei der Komponentenbasierten Finite Elemente Methode (CBFEM) werden Schrauben durch nichtlineare Federn mit ihrem charakteristischen Verhalten auf Zug, Schub und Lochleibung beschrieben. Die auf Zug belastete Schraube wird durch eine Feder mit axialer Anfangssteifigkeit, Tragfähigkeit, Fließbeginn und Verformungskapazität beschrieben.

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Vorgespannte Schrauben

Das Spannungsmodell ist das gleiche wie für Standardschrauben. Die Schubkraft wird hier jedoch nicht über die Verbindung, sondern über die Reibung zwischen den sich berührenden Platten übertragen. Die Grenzgleitkraft einer vorgespannten Schraube unterlegt einer angewandten Zugkraft. IDEA StatiCa Connection überprüft den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit einer vorgespannten Schraube. Tritt eine Gleitwirkung auf, erfüllt die Schraube den Nachweis nicht. Dann kann der Grenzzustand der Tragfähigkeit als Standard-TLochleibungsnachweis von Schrauben überprüft werden

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Schraubenlöcher

Vom Schraubenschaft auf die Platte in das Schraubenloch kann nur die Druckbelastung übertragen werden. Sie wird durch Interpolationensverbindungen zwischen den Schaftknoten und den Knoten der Lochkanten modelliert. Die Verformungssteifigkeit eines Schalenelements, durch das die Platten modelliert werden, verteilt die Kräfte zwischen den Schrauben und simuliert eine angemessene Tragfähigkeit der Platte.

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Langlöcher

Schraubenlöcher werden als Standard- (Standardeinstellung) oder Langlöcher betrachtet. Standardschrauben können Schubkräfte in alle Richtungen übertragen, wohingegen Schrauben in Langlöchern sich in einer ausgewählten Richtung frei bewegen können.

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IDEA Connection kann Schweißnähte zwischen Platten sehr genau berechnen und bemessen. Schweißnähte werden als force interpolation constraints zwischen den Platten modelliert; da die Platten sich im FEM Modell nicht überschneiden, verlaufen alle Spannungen durch die Schweißnähte. Die Spannungsauswertung der Schweißnähte erfolgt folgendermaßen:

Redistribution von Plastizität

Redistribution von Plastizität ist die Standardmethode in IDEA Connection, da ein vollplastisches Schweißnahtmodell reale Spannungswerte liefert und es nicht notwendig ist, die Spannung zu mitteln oder zu interpolieren. Berechnete Werte werden unmittelbar für den Nachweis verwendet.

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Teilweise und & periodische Schweißnähte

Allgemeine Schweißnähte können, unter Verwendung der Restribution von Plastizität, als durchgehend, teilweise oder periodisch eingestellt werden.
Durchgehende Schweißnähte verlaufen über die gesamte Kantenlänge, teilweise erlauben dem Benutzer Abstände von beiden Kantenseiten.
Periodische Schweißnähte können zusätzlich mit einer eingestellten Länge und einer Lücke festgelegt werden.

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Im 3D-Modell werden spezielle Kontaktelemente verwendet, um das Verhalten bei direktem Kontakt zwischen den Platten zu simulieren, da dieser Kontakt wesentliche Auswirkungen auf die Umverteilung der Kräfte in der Verbindung hat. Die allgemeine Regel ist, dass diese Kontaktelemente nur bei Druck- aber nicht bei Zugbelastung wirken. Es gibt 3 verschiedene Arten von Kontaktelementen: Zwischen zwei Flächen, zwei Kanten, und eine Kante zu einer Fläche.

 

Zwischen zwei Flächen

Das Kontaktelement verbindet zwei Flächen und erzeugt eine Fläche, in dem die beiden Platten nur bei Druckbelastung wirken.

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Zwischen Kanten

Das Kontaktelement verbindet 2 Plattenkanten. Dies kann sehr nützlich sein, wenn zum Beispiel Flansch-Aufdopplungen die Schubkräfte einer Stirnplatte aufnehmen.

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Zwischen Kante und Fläche

Das Kontaktelement verbindet eine Plattenkante mit einer Plattenfläche und überträgt Spannungen, wenn eine Druckkraft wirkt. Wie das untenstehende Bild zeigt, wird der Stützenflansch auf Druck belastet, obwohl zwischen Steg und Unterflansch des Trägers keine Schweißnaht vorhanden ist.

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IDEA Connection kann Stahlverbindungen konstruieren, die in einem Betonblock verankert sind, die Verankerungen eingeschlossen. Der Block wird nicht mit finiten Elementen modelliert, sondern wir nutzen hier das "Winkler-Pasternak Untergrundmodell", ähnlich bei der Gebäudebemessung. In jedem Netzpunkt der Fußplatte ist ein Kontaktelement und eine Feder vorhanden, welche die Steifigkeit des Betonblocks darstellen. Die Mörtelfuge berücksichtigen wir ebenfalls. Ankerschrauben werden als nichtlineare Federn modelliert und entsprechende Nachweise, gemäß den Normen, sind bereits implementiert.

 

Starke Verankerung

IDEA Connection kann nicht nur Verankerungen für Standard-Fußplatten entwerfen, sondern auch sehr komplexe, schwere Verankerungen, die aus vielen Elementen und Verankerungen bestehen, die durch sie verlaufen. Mehr noch: Das Programm kann Verbindungen entwerfen, die in mehr als einem Betonblock verankert sind. Erhöhte Fußplatten (Abstand), die auf Muttern stehen, welche auf die Ankerschrauben geschraubt sind, werden ebenso unterstützt.

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