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Nach dem Besuch der Lehrveranstaltung sind Studierenden sind in der Lage, Stahl- und Stahlverbundtragwerke mithilfe eines gängigen Finite Elemente Programms zu modellieren, berechnen und auszuwerten. Der thematische Fokus liegt hierbei auf den spezifischen Fragestellungen und Bemessungskonzepten des Stahl- und Stahlverbundbaus

Nach einer Einführung in das verwendete FE-Programm wird ein typischer Stahlbaurahmen modelliert und berechnet. Dabei werden die Unterschiede und Auswirkungen der normativ geregelten Materialansätze der EN 1993 (elastisch/plastisch) sowie eine Schnittgrößenumlagerung infolge Plastizierens der Stahlquerschnitte untersucht. Außerdem wird beispielhaft eine Traglastanalyse für die Rahmenkonstruktion durchgeführt und die maßgebenden Stellen nach EN 1993-1-1 elastisch und plastisch bemessen.
Für ein Rahmeneck wird ein Detailmodell (Schalenmodell) angefertigt. Dabei werden die Unterschiede zwischen einer separaten Modellierung und der Modellierung mit Einbindung ins Globalmodell (Stabwerksmodell) untersucht. Das Schalenmodell wird im Folgenden ausgewertet und eine Bemessung nach EN 1993-1-5 für plattenartige Bauteile durchgeführt.
Im Weiteren wird die Umsetzung der stahlbauspezifischen Methoden zur Durchführung eines Stabilitätsnachweises am globalen Tragsystem nach EN 1993-1-1 vorgestellt.
Da bei filigranen Tragwerken aus Stahl oftmals die Eigenschwingungen beurteilt werden müssen, wird die Berechnung der Eigenfrequenz mittels des verwendeten FE-Programms an einfachen Beispielen gezeigt. Weiterhin werden Methoden vorgestellt, wie mithilfe des FE-Programms die Problematik des Plattenbeulens untersucht und beurteilt werden kann. Im letzten Teil wird auf die Besonderheiten der Modellierung, Berechnung und Auswertung von Verbundtragwerken (EN 1994-1-1) eingegangen.
Modellierung:
• Korrekte Abbildung des Materials Stahl (elastisch und plastisch) für Stabwerks- und Schalenmodelle
• Modellierung von Tragwerken mit Fließgelenken nach EN 1993-1-1
• Detailmodellierung im Stahlbau
• Aufbringen von Imperfektionen nach EN 1993-1-1 für Stabtragwerke und nach EN 1993-1-5 für Schalentragwerke
• Besonderheiten im Verbundbau
Berechnung:
• Regeln zur Verwendung numerischer Methoden für die Berechnung von Stahltragwerken nach prEN 1993-1-14 (derzeit noch Entwurfsnorm)
• Praktische Plausibilitätsprüfungen der FE-Berechnungen
• Ermittlung der Eigenfrequenz mittels des verwendeten FE-Programms
Bemessung:
• Elastische Bemessung mithilfe des Fließkriteriums nach EN 1993-1-1 für Stabtragwerke und nach EN 1993-1-5 für Schalentragwerke aus Stahl
• Plastische Bemessung mittels M-N-V Interaktion nach EN 1993-1-1 für Stabtragwerke und nach EN 1993-1-5 für Schalentragwerke aus Stahl
• Stabilitätsnachweis für Stabtragwerke nach EN 1993-1-1 und für Schalentragwerke nach EN 1993-1-5
• Plattenbeulen für Schalentragwerke nach EN 1993-1-5

Folgende Module aus
Lehrstuhl für Metallbau:
BGU42017 „Einführung in den Stahlbau“
BGU42016 „Ergänzende Kapitel des Stahlhochbaus“
BGU42014T2 „Verbundhoch- und brückenbau“
BGU42015T2 „Plattenbeulen und Stahlbrückenbau“

Lehrstuhl für Statik:
BGU 32028 "Modul Finite Elemente Methode (IFEM und NFEM)"
BV000032 "Statik Ergänzung"
BV320006 "Modellbildung in der Baustatik"

Lehrstuhl für Baumechanik:
BGU42014T2 „Baudynamik“

Die Lehrveranstaltung wird als Vorlesung mit integrierter Übung und einem begleitenden Seminar abgehalten. In der Vorlesung wird die Problemstellung zunächst mit Beispielen am Computer und Präsentation vorgestellt und im Anschluss erarbeiten die Studierenden eigenständig die Themen durch betreute Computerübungen. Das Seminar dient zur Besprechung der Studienarbeit und zum Austausch zwischen Lehrerenden und Studierenden. Die Computerübung, das begleitende Skript und das Seminar gewährleisten den Lernerfolg.

Die Prüfungsleistung umfasst einen Bericht von ca. 60 – 120 Seiten mit einer zugehörigen Abschlusspräsentation (Dauer ca. 15-20 Minuten).
Durch die Anwendung der im Modul erlernten Plausibilitätskontrollen weisen Sie die Richtigkeit Ihrer Ansätze und Methoden nach. Weiterhin weisen die Studierenden im Bericht nach, dass die Belastung nach den derzeit gültigen normativen Regelungen angesetzt wurde und die Stahl- und Verbundbauspezifischen Nachweise der Bauteile nach EN 1993-1-1 sowie EN 1993-1-5 erfüllt sind.
Mit der Abschlusspräsentation weisen die Studierenden nach, dass Sie in der Lage sind die wichtigsten Schritte und Problemstellung der Modellierung und Berechnung aus dem Bericht darzustellen und zu erklären. Zudem weisen die Studierenden nach, dass Sie ein Verständnis der Thematik erworben haben, welches sie vor einem Fachpublikum wiedergeben können.
Der Abschlussbericht wird mit 60% und die Präsentation mit 40% gewertet.

1) Karlheinz Roik; “Vorlesungen über Stahlbau”
2) Rolf Kindmann, Jörg Frickel; “Elastische und plastische Querschnittstragfähigkeit”
3) Petersen: “Statik und Stabilität der Baukonstruktion”
4) Petersen: “Stahlbau”
5) Stahlbau Handbuch 1 / 2
6) Rolf Kindmann, Matthias Kraus; “Finite-Elemente-Methoden im Stahlbau”