◻ Stab2D-NL - Einleitung

Mit dem Steigen der architektonischen Ansprüche, dem gleichzeitigen Einsatz hochfester Betone und Wahl neuer (z.B. fugenloser) Bauverfahren steigen die Anforderungen an die Güte einer statischen Berechnung. Eine übliche lineare Rechnung kann daher diesen Ansprüchen oft nicht mehr gerecht werden. Zu groß sind die Unterschiede zwischen den ermittelten und den wirklich vorhandenen Schnittgrößen und Verformungen. Die daraus resultierenden Bauteilabmessungen können nicht nur unwirtschaftlich sein, sondern andererseits auch zu unterdimensionierten Tragwerken führen.
Um Stahlbetontragwerke in ihrer Gesamtheit nichtlinear untersuchen zu können, wurde deshalb von mir ein Stabwerks- Programm erstellt, in dem einerseits das nichtlineare Verhalten des Stahlbetons unter Biegung und Normalkraft (inklusive Schwinden und Kriechen des Betons und Tension Stiffening) als auch große Verformungen (Theorie 3. Ordnung) berücksichtigt werden.
Um diese Effekte schnell und einfach modellieren zu können, wurde eine hybride Methode benutzt, bestehend aus dem Übertragungsverfahren für die Stabberechnung sowie der FE-Methode zur Berechnung der Knotenverformungen.

Mit der gezeigten Oberfläche ist eine leichte und schnelle Eingabe sowie Änderung eines Systems möglich. Zahlreiche Funktionen wie Schieben, Spiegeln, Rotieren etc. stehen dabei zur Verfügung. Die Rechenergebnisse werden sowohl in numerischer Form als auch in vielfältiger grafischer Form ausgegeben. Für die Dokumentation des statischen Systems steht ein Mini-CAD-System zur Verfügung.

Bsp.: Fundamentbalken.
         Stahlbetonquerschnitte (nichtlinear) + nichtlineare Bettung. Anzeige der Verkrümmungen.

Das Konzept des Programms orientiert sich an den Anforderungen von Lehre, Wissenschaft und Forschung, erfüllt aber auch die Bedingungen zur Nutzung in Ingenieurbüros oder Baufirmen. So ist es sehr einfach möglich, Systeme mit vorgegebenen Querschnitten nichtlinear nachzurechnen, die Schnittgrößen zu bestimmen und die Verformungen zu ermitteln. Es ist jedoch auch möglich, die Schnittgrößen linear-elastisch zu ermitteln mit einer anschließenden Bemessung von Stahlbetonquerschnitten.
Als Haupteinsatzgebiet lassen sich folgenden Punkte nennen:

• Allgemein: Schnittgrößenermittlung und Verformungsberechnung 2dimensionaler Tragwerke
• Ermittlung der erforderlichen Bewehrung aus einer berechneten Schnittgrößenverteilung
• Nachrechnung von Experimenten: vorzugsweise Systeme aus Stahlbeton, andere Baustoffe bzw. Bauweisen sind jedoch auch möglich
  z.B. Faserbeton, Stahl, Aluminium, GFK/CFK, Holz, Mauerwerk, Glas, Mineralfaserplatten, Kunststoffe
• Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit entsprechend der DIN 1045-1 (Ermittlung der Verformung, Beton- und Stahlspannungen, Abschätzung der Rissweite etc.)
• Berechnung schlanker Stützen im Grenzzustand der Tragfähigkeit
• Ermittlung der Zwangsbeanspruchungen, die z.B. aus Schwinden, Temperaturbeanspruchung oder Auflagersenkung resultieren
• nichtlineare Schnittgrößenermittlung im Grenzzustand der Tragfähigkeit unter Nutzung der Umlagerungsmöglichkeiten des Systems beim Plastizieren von Stahlbetonquerschnitten
• Berechnung von Seiltragwerken mit Biegestäben durch Implementierung von Theorie 3. Ordnung, z.B. Spannbandbrücken
• elastisch gebettete Balken für Fundamentberechnungen mit Ausfall auf Zug, nichtlineare p-y-Kurven für Pfähle durch Implementierung nichtlinearer Feder-Kennlinien, als Einzelfeder oder als gebetteter Balken

• Tragverhalten schlanker Stützen, hier interessieren vor allem folgende Sachverhalte:
  - Verhalten von gekoppelten Stützen (Umlagerungsmöglichkeiten in größeren Systemen)
  - Einspannverhältnisse der Stütze in den Riegel
  - Auswirkungen des Verhaltens des Riegels auf die Tragfähigkeit der Stützen
• Ermittlung der Zwangsbeanspruchungen, die z.B. aus Schwinden, Temperaturbeanspruchung oder Auflagersenkung resultieren. Insbesondere interessiert, inwieweit sich die Zwangskräfte durch das Aufreißen der Querschnitte sowie durch Kriechen / Relaxation abbauen.
  Eine Berücksichtigung des Kriechens ist für baupraktische Belange ausreichend genau möglich. Die Relaxation, auch wenn sie auf den gleichen rheologischen Zusammenhängen wie das Kriechen beruht, kann nur sehr grob berücksichtigt werden.

Inzwischen ist das Programm seit über 10 Jahren im täglichen Einsatz in verschiedenen Ingenieurbüros, Baufirmen oder Instituten. Die Benutzeroberfläche bezüglich Systemeingabe, Berechnung und Ergebnisausgabe wurde dementsprechend erweitert und angepasst, um ein effizientes Arbeiten in der Praxis zu ermöglichen.

Einige Hintergrundinformationen zum Programm sowie wichtige Informationen zur Modellierung der Baustoffeigenschaften finden Sie in dem 10-seitigen PDF-Dokument (488 kB), welches ich für kleine Einführungsveranstaltungen in das nichtlineare Rechnen mit dem Programm Stab2D-NL benutze.