scia.d.st_conn - Stahlanschlussbemessung

Mit dem Modul Bemessung und Zeichnungen von Stahlverbindungen (sensd.10) können Sie verschiedene Stahlverbindungen modellieren, darstellen und bemessen. Folgende Verbindungstypen werden unterstützt:

• starre und halbstarre Verbindungen in Rahmen
• starre, halbstarre und gelenkige Fußplatten
• gelenkige Verbindungen
• Hohlprofilfugen zwischen Kreishohlprofilen
• geschraubte Diagonalen: offene Profile, die an Knotenblechen oder direkt an Primärelementen befestigt sind

Starre und halbstarre Verbindungen in Rahmen

Diese Funktionalität wendet das Komponentenverfahren zur Berechnung der Widerstandsfähigkeit und der Steifigkeit von Rahmenverbindungen an:

• Verbindungen können zwischen symmetrischen oder asymmetrischen I-Profilen, zwischen I-Profilstützen und Rechteckhohlprofilen definiert werden. Die Profile können warmgewalzte Profile oder geschweißt Stahlbleche sein.
• Verschiedene Gelenkkonfigurationen werden unterstützt: Träger-Stützen-Verbindung, Rahmeneckenanschluss, Querstoß, Einfach- und Doppelgelenke mit Steg, Stoßstellen (geschraubt oder geschweißt) und Fußplattenverbindungen.
• Träger können mit dem Steg oder Gurt einer Stütze (starke oder schwache Achse) verbunden werden.
• Vouten oder variable Höhen der verbundenen Teile werden ebenfalls berücksichtigt.
• Sowohl zweireihige als auch vierreihige Schraubenanordnungen werden unterstützt. Hierbei werden die Richtlinien aus „Joints in Steel Construction: Moment-resisting joints to Eurocode 3“ (BCSA) befolgt. Schrauben können als Standardschrauben oder als Vorspannschrauben bemessen werden.
• Die Tragfähigkeit und die Steifigkeit jeder Verbindungskomponente sowie die Verbindung als Ganzes werden gemäß EN 1993-1-8:2005 oder DIN 18800: 1990 Teil 1 oder BS 5950-1:2000 berechnet.
• Für starre und halbstarre Verbindungen wird der Nachweis des Biegemomenteffekts (um die Hauptachse und um die Nebenachse), der Querkräfte und der Normalkräfte erbracht. Die Interaktion mit den Normalkräften in den verbundenen Teilen wird vorschriftsmäßig berücksichtigt. Die Interaktion mit der Biegung um die schwache Achse wird gemäß Ergänzungsdokumenten berücksichtigt.
• Für die Bemessung von Fußplatten unter Rechteckhohlprofilstützen und für Stoßfugen zwischen Platten von Rechteckhohlprofilen werden die CIDECT-Vorschriften angewendet: Design Guide for rectangular hollow sections (RHS) joints under predominantly static loading, CIDECT Köln (1992).

Modellierung

 

• Es stehen Schraubenbibliotheken sowie Beton- und Verankerungsdaten für die Fußplatten zur Verfügung.
• Folgende Arten zusätzlicher Verstärkungen können definiert werden:
  • Verschiedene Vouten – aus T-Profilen, I-Profilen, geschweißten Platten usw.
  • Verstärkungsbleche an den Stegen von Trägern und Stützen
  • Dreieckige und rechteckige Steifen gegenüber den Flanschen des verbundenen Bauteils oder diagonal.
• Klare kontextabhängige Dialoge für Stirnplatten, Schrauben, Rippen, Steifen, Verstärkungsbleche.

Nachweise

• Alle Normvorschriften werden für jede Komponente befolgt, einschließlich Nachweis der Widerstandsfähigkeit (von Stegen, Flanschen, Steifen, Schrauben, Schweißnähten) und Plattenbemaßungen (Abstand, Maß und Randabstand) in Bezug auf die Schraubengröße und das Mindestschweißmaß.
• Spezifische Regeln aus den nationalen Anhängen werden berücksichtigt, beispielsweise die Änderung der Dreiecksgrenzregel, die im französischen nationalen Anhang enthalten ist.
• Zusätzliche Nachweise der praktischen Umsetzbarkeit werden ebenfalls ausgeführt (z. B. ausreichender Freiraum für zu verwendenden Schraubenschlüssel).
• Die Klassifizierung der Verbindungen erfolgt nach Steifigkeit und Festigkeit. Duktilitätsklassen werden ermittelt.
• Obwohl nationale Normen und Anhänge befolgt werden, sind viele Parameter dennoch anpassbar (Sicherheitsbeiwerte, Parameter für die Schraubenanordnung, Reib- und Drehmomentbeiwerte für vorgespannte Schrauben usw).

Steifigkeit

• Auf Grundlage des Komponentenverfahrens werden Moment-Rotations-Diagramme je Verbindung abgeleitet und im Protokoll angezeigt.
• Die ermittelte Anschlusssteifigkeit wird mit der anfänglich im Analysemodell angenommenen Steifigkeit verglichen. Wenn der Unterschied außerhalb der zulässigen Grenzen liegt, wird eine Warnmeldung zurückgegeben.
• Die ermittelte Anschlusssteifigkeit kann zur automatischen Aktualisierung des Analysemodells mit flexiblen Gelenken (linear oder nichtlinear) verwendet werden.
• Der automatisierte, geschlossene Workflow gewährleistet eine korrekte Bemessung mit der tatsächlichen Steifigkeit und verhindert unerwartete Verhalten der Gesamtstruktur.

Fußplatten

Für Verbindungen zwischen Stützen und Fußplatten stehen neben Vouten und Steifen die folgenden Arten zusätzlicher Verstärkungen zur Verfügung:

• Gurtrippen (Aufweiter)
• Schubverzahnungen

Mögliche Ankertypen:

• gerade oder gekrümmt
• glatte Stäbe oder Stäbe mit verbesserter Verbundwirkung (gerippte oder verformte Stäbe)
• mit oder ohne Kreisplatten an den Enden

Die Fußplatten können auch mit gelenkigen Verbindungen bemessen werden.

Gelenkverbindungen

 

Diese Funktionalität wendet das Komponentenverfahren zur Berechnung der Widerstandsfähigkeit von gelenkigen Verbindungen an:

• Einfach- und doppelseitige Stützen-Träger-Verbindungen (Rahmeneckanschlüsse, Stoßfugen, Einfach- und Doppel-T-Fugen) und Trägeranschlüsse werden unterstützt.
• Träger können mit dem Steg oder Gurt einer Stütze (starke oder schwache Achse) verbunden werden.
• Die Verbindungen können geschraubt, geschweißt oder sowohl geschraubt als auch geschweißt (z. B. an einem Element geschweißt und an einem anderen geschraubt) sein.
• Verfügbare Verbindungselemente sind Rippenplatten, Stegtragleisten und kurze Stirnplatten.
• Die Bemessung wird gemäß EN 1993, DIN 18800 Teil 1 oder BS 5950-1:2000 ausgeführt.
•  Normvorschriften in Bezug auf Schrauben- und Randabstände und die praktische Umsetzbarkeit werden ebenfalls berücksichtigt.

Modellierung

• Alle Elemente der Verbindung, wie Schrauben, Schweißnähte oder Tragleisten, werden in der 3D-Darstellung angezeigt.
• Dies ermöglicht eine schnelle Überprüfung der konstruktiven Auflagen und eine schnelle Bemessung über interaktive Dialogfenster.
• Für Trägeranschlüsse können Ausklinkungen definiert werden.

Nachweise

 

• Die Schnittgrößen werden über die FEM-Werte an den Knoten neu berechnet, um die Werte an der Anschlussstelle zu ermitteln.
• Bearbeitbare Beiwerte und Koeffizienten gewährleisten eine gewisse Freiheit bzw. Flexibilität bei der Bemessung.
• Daten, die vordefiniert sind, aber vom Benutzer geändert werden können, sind beispielsweise: Teilsicherheitsbeiwerte, Geometriestandardwerte, Grenzwerte für die Positionierung der Schrauben (Zwischenabstand, Randabstand), Mindestschweißnahtgrößen.
• Geschraubte Verbindungen können mit Nasenschrauben oder vorgespannten Schrauben erstellt werden. Für vorbelastete Schrauben werden automatisch die Reibbeiwerte berechnet. Das Rechenprotokoll enthält Angaben zum erforderlichen Drehmoment.
• Die Grenzzustände der Verbindung unter Quer- und Längskraft werden nach dem Komponentenverfahren bewertet. Je nach Verbindungslayout werden die erforderlichen Nachweise ausgeführt.
• Der Nachweis wie für die verschiedenen Komponenten der Verbindung ausgeführt: Trägersteg, Stützenflansch/Steg, zusätzliche Verbindungselement, Schrauben und Schweißnähte.

Hohlprofilfugen

Diese Funktionalität führt Nachweise für Verbindungen zwischen Kreishohlprofilen gemäß EN 1993-1-8 aus:

• Ebene Anschlüsse in T-, Y-, N-, X-, K-, DX-, DY-Konfiguration werden unterstützt. Die Konfiguration des Anschlusses wird automatisch anhand der modellierten Geometrie und der im Strukturmodell modellierten Bauteile erkannt.
• Für die Bemessung wichtige Verbindungsparameter, wie Lücken oder Überlappungen, können direkt aus dem Strukturmodell unter Berücksichtigung der dort definierten Ausmitten ermittelt oder manuell eingegeben werden.
• Die Verbindungen werden nach den Regeln in Kapitel 7 der Norm nachgewiesen. Die Interaktion aller relevanten Schnittgrößen im Gelenk (Biegemomente und Längskräfte) wird berücksichtigt.

Nachweise

• Die Anwendbarkeit des Berechnungsverfahrens aus Kapitel 7 wird nach Gelenkgeometrie, Werkstoffeigenschaften, Profildicke, Querschnittklassen, Spaltgrößen und Überlappungen bestimmt.
• Alle relevanten Versagensmodi werden geprüft: Gurtflächenversagen, Durchstanzschub, Strebenversagen.
• Zusätzliche Momente, die aus Ausmitten resultieren, werden bei der Bemessung der Druckgurtbauteile berücksichtigt.
• Die Berechnung der erforderlichen Schweißnahtgrößen erfolgt nach ECCS Technical committee 10 - Structural connections N° 126.

Geschraubte Diagonalen

 

Diese Funktionalität dient dem Nachweis der Widerstandsfähigkeit geschraubter Diagonalen (d. h. Absteifungen, Fachwerkelemente) gemäß EN 1993-1-8:

• Die Diagonalen können über Gelenkplatten verbunden oder direkt an einem vertikalen Element angeschraubt werden.
• Der Querschnitt der Diagonale kann ein Winkel, ein C-Profil oder ein I-Profil sein.
• Im Fall einer direkten Verbindung mit einem vertikalen Element (Winkel oder kaltgeformter Querschnitt) durch eine einzelne Schraube darf der Querschnitt ein kaltgeformter Querschnitt oder ein Rechteckhohlprofil sein.
• Nachweise werden für den Widerstand der Absteifungselemente, Schrauben und Gelenkplatten ausgeführt.
• Diagonalen, die direkt mit einem primären lasttragenden Element verbunden sind, finden sich oft an Strukturen wie Turmmasten und Lagerregalen.

Modellierung

•  
• Es gilt die Annahme, dass die Diagonalen mit Schrauben an der Gelenkplatte befestigt und die Gelenkplatten an der Stütze angeschweißt sind.
• Die Verbindung am Ende der Diagonale ist immer geschraubt. Es können ein oder zwei (versetzte oder nicht versetzte) Schraubenreihen verwendet werden.
• Die Funktionalität für geschraubte Diagonale bietet keine 3D-Darstellung.

 

 Überprüfung und Bemessung

• Sicherheitsbeiwerte, standardmäßige Anforderungen an den Abstand und Mindestgrößen für die Schweißnähte werden berücksichtigt. Diese Werte können auch geändert werden.
• Folgende Nachweise werden ausgeführt:
  • Schrauben-Schubwiderstand
  • Rutschfestigkeit bei rutschempfindlichen Gelenken
  • Lochleibungsfestigkeit der verbundenen Elemente
  • Widerstandsfähigkeit der verbundenen Elemente gegen Bruch und (Block-)Abscherversagen in wirksamen Querschnitten
  • Schweißnahtdicke zwischen Gelenkplatte und getragenem Hauptelement
• Mithilfe der automatischen Optimierung kann die Mindestanzahl der erforderlichen Schrauben ermittelt werden.
• Sie können festlegen, ob nur Zugkraft oder Zug- und Druckkräfte bei der Bemessung der Verbindung berücksichtigt werden sollen.

Protokolle

• In der Kurzausgabe werden die Ausnutzungsgrade und die kritischen LF-Kombinationen angezeigt. Die beschränkende Komponente der bemessenen Verbindung wird ebenfalls angezeigt.
• Die Detailausgabe enthält eine Beschreibung der gesamten ausgeführten Verbindungsanalyse mit den Zwischenwerten und den verwendeten Parametern:
• Der „Assistent für Verbindungsdetailzeichnungen“ erzeugt für alle Verbindungsteile automatisch detaillierte Zeichnungen mit Bemaßungen im DWG-Format.
• Der Bericht und die Zeichnungen zur Bemessung der Verbindungen stehen im Berechnungsprotokoll zur Verfügung.

Expertensystem

Bei dieser Funktionalität handelt es sich um eine intelligente Datenbank zur schnellen Auswahl einer geeigneten Konfiguration für eine Stahlverbindung.

• Das Expertensystem überspringt den Modellierungsschritt komplett und schlägt mögliche Gelenklayouts vor, die die geometrischen Anforderungen und die Bedingungen der Nutzung erfüllen: Stirnplatten, Schraubenlayout, Steifen.
• Die vorgeschlagenen Lösungen eignen sich für die zugewiesenen Querschnitte, die Winkel zwischen den Bauteilen (auch bei Vorhandensein von Vouten) und die vorhandenen Schnittgrößen.
• Sie können Präferenzen für Schraubenklassen und für die Ausrichtung der Stirnplatten und Vouten festlegen. Außerdem können Sie einzelnen Elementen in der Datenbank Prioritäten zuweisen. Dies ermöglicht einen gewissen Grad der Standardisierung über mehrere Projekte hinweg.
• Wenn Sie eine der vorgeschlagenen Konfigurationen auswählen, werden dem Gelenk automatisch alle entsprechenden Verbindungskomponenten zugewiesen und die genaue Tragfähigkeit und Steifigkeit werden berechnet.
• Diese Funktionalität ist für starre, halbstarre und gelenkige Rahmenverbindungen verfügbar.
• Die Bibliothek enthält Lösungen aus verschiedenen Veröffentlichungen zur Verbindungsbemessung:
  • Steel moment connections according to Eurocode 3. Simple design aids for rigid and semi-rigid joints, Sprint Contract RA351;
  • Bemessungshilfen für nachgiebige Stahlknoten mit Stirnplattenanschlüssen, Ernst und Sohn Berlin, DSTV;
  • Bemessungshilfen für profilorientiertes Konstruieren, Stahlbau-Verlagsgesellschaft mbH Köln, Stahlbau Kalender.
  • Zusätzlich wurden intern entwickelte Ergänzungen von SCIA hinzugefügt, unter anderem für Voutentypen.
• Sie können die Datenbank außerdem um eigene Verbindungen erweitern oder die Verbindungsvorschläge je nach Quelle filtern: z. B. nur BauKalender oder nur benutzerdefiniert.
• Erfahrene Bemessungstechniker schätzen die Benutzerfreundlichkeit, den automatisierten Workflow und die Möglichkeit, eigene Verbindungsbemessungen zu speichern.

Verbindungszeichnungen

Detaillierte Zeichnungen für alle oder für ausgewählte Stahlverbindungen im Modell können automatisch generiert werden.

• Die Zeichnungen enthalten Informationen zu Stirnplatten, Steifen, Schweißnähten, Bemaßungen usw. und können unter anderem mit Text und Bemaßungen bearbeitet und ergänzt werden.
• Die Verbindungen können mit einem beliebigen Blickpunkt und in 2D oder 3D angezeigt werden. Neben der Ansicht von vorn und der Seitenansicht der gesamten Verbindungen werden auch einzelne Komponenten wie Stirnplatten und Steifen gezogen.
• Die eingefügten Schweißsymbole entsprechen ISO 2553. Sie können wahlweise deaktiviert und durch andere Kennzeichnungen ersetzt werden.
• Maßstäbe, Zeichensätze, Schriftarten, Schriftgrößen und das Clipping-Volumen werden vom Benutzer festgelegt.
• Die Zeichnungen können in das Layout der endgültigen Zeichnung in der Zeichnungsgalerie eingefügt werden. Dort können sie mit den Übersichtszeichnungen (Modul „sendt.01“) kombiniert werden: