Im vorliegenden Beitrag wird über die theoretischen Grundlagen und die Anwendung des nichtlinearen FE-Programms MASA für Bauteile aus Beton und Stahlbeton berichtet, das in den letzten Jahren am Insitut für Werkstoffe im Bauwesen an der Universität Stuttgart entwickelt wurde. Nach einer Einführung in die Modellierung quasispröder Materialien werden der Aufbau des Programms und das "Microplane"-Materialmodell für Beton erläutert sowie Verfahren (Rißbandmethode bzw. nichtlokale Integralmethode) vorgestellt, die gewährleisten, daß die Ergebnisse der numerischen Analyse nicht wesentlich von der Elementierung abhängen. Abschließend werden vier Berechnungsbeispiele aus der Ingenieurpraxis dargestellt und diskutiert.

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Das Tragverhalten einer bereits bemessenen Betonkonstruktion kann durch eine nichtlineare Berechnung gut simuliert werden. Das Materialverhalten von Beton und Bewehrungselementen aus Stahl oder verstärkten Kunststoffen wird durch verschiedene konstitutive Modelle dargestellt. Die nichtlineare Berechnung des Material- und des Geometrieverhaltens wurde in ein Programm namens SBETA eingebaut. Dabei wird die verschmierte Rißmethode verwendet. Das Nachbruchverhalten ist durch die Bruchenergie basierend auf dem Rißbandmodell behandelt. Die Richtigkeit des Modells wird am Beispiel eines einfachen Stahlbeton-Zugstabes und einer Wandscheibe unter kombinierter Einwirkung von vertikalen und horizontalen Kräften dargestellt. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung mit den Versuchen. Gerade bei der Untersuchung von Verstärkungsmaßnahmen mit CFK-Folien für eine Brücke konnten die Versuchsergebnisse auch im Verformungsverhalten bis auf 10 % genau simuliert werden. Dieser Beitrag liegt innerhalb der Streuung von Versuchen aus Konstruktionsbeton.

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Um einen objektorientierten, bauspezifischen Datenaustausch zwischen den verschiedenen Software-Werkzeugen des Bauingenieurs zu ermöglichen, wurde die Sprache ZAC definiert. Mit den zugehörigen Tools kann der Anwender Bauteile wie Fundamente, Unterzüge, Stützen unter verschiedenen Textsystem- und CAD-Oberflächen berechnen und konstruieren.

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Auffällig erfolgreiche Marktstrategie einiger Konstruktionsbüros und Stahlbauunternehmen wird unter dem Gesichtspunkt der eingesetzten Informations- und Kommunikationstechnologie analysiert. Fallbeispiele unterschiedlicher Prägung veranschaulichen konkret die zukunftsweisenden Arbeitstechniken dieser Unternehmen in Bereichen wie CAD-Telekooperation, Datenfluß ohne Systembrücke, Akquisition, strategische Allianzen und virtuelle Unternehmen.

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Die Vergangenheit der EDV-Situation im Stahlbau ist geprägt von Lösungen, welche sich jeweils mit einer Teilkomponente der technischen oder kaufmännischen Auftragsbearbeitung im Unternehmen beschäftigen. So arbeitet z. B. die Tragwerksplanung mit speziellen Statikprogrammen, die Konstruktion mit einem oder mehreren CAD-Systemen, der Einkauf mit einer Software, die Arbeitsvorbereitung mit einer anderen usw. Bei Bedarf können Daten von einem System in ein anderes System übertragen werden. Der Deutsche Stahlbauverband hat in den vergangenen Jahren mit großem Aufwand versucht, den Datenaustausch durch Festlegung spezieller Schnittstellenformate zu vereinfachen. Zu nennen sind hier: Schnittstellenkonvention Statik/CAD, Schnittstellenbeschreibung CAD-Stückliste, Standardbeschreibung von Stahlbauteilen für die NC-Steuerung. Schnittstellen definieren das Format einer Übertragung. Nicht oder nicht vollständig definiert sind die Dateninhalte, welche durch diese Schnittstellen übertragen werden sollen. Daher auch eine weitere Konvention des Stahlbauverbandes: die Materialbezeichnung für den Datenaustausch im Stahlbau. Dennoch kommt es immer wieder zu großen Reibungsverlusten bei der Anwendung der Schnittstellen. Hervorgerufen wird dies durch die notwendige mehrfache Pflege der Stammdaten in den jeweiligen Softwareprogrammen. So ist z. B. eine Profilbibliothek zu pflegen im Statikprogramm, im CAD-System, in der Auftragsbearbeitung, in der NC-Software usw., nicht zu vergessen die verfügbaren Materialien, die Schraubendaten u. a. Die Lösung zur Vermeidung dieser Probleme liegt in der Schaffung von integrierten Softwarekomponenten, welche es erlauben, zentral sowohl auf Stammdaten als auch auf die Daten eines bestimmten Projektes zugreifen zu können. Die Pflege der Stammdaten erfolgt zentral. Diese werden den beteiligten Softwarepaketen zur Verfügung gestellt. Der folgende Artikel beschreibt die Grundgedanken einer solchen Softwarearchitektur und geht am Beispiel der Komponente CAD auf bestimmte Spezifika ein.

Um im Stahlbau flexible Robotersysteme zur Fertigung geschweißter Konstruktionen effektiv einsetzen zu können, müssen die Roboterablaufprogramme automatisiert erstellt werden. Dazu ist die Kenntnis der relativen Lage des Schweißbrenners zur Schweißbaugruppe notwendig. Auf der Basis eines Produktmodells wird im folgenden ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung der Schweißbrennerstellung vorgestellt. Anders als bei den bisherigen Lösungen, bei denen die Schweißbrennerstellung mit dem jeweiligen Verbindungstyp vorgegeben ist, wird bei diesem Verfahren die Schweißbrennerstellung durch eine Analyse der an einer Schweißverbindung beteiligten Bauteile und deren Aussehen hergeleitet. Dabei spielt das lokale Kollisionsproblem des Schweißbrenners mit den angrenzenden Bauteilen eine wesentliche Rolle. Dieser Lösungsansatz deckt im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten, die sich auf einige gängige Verbindungstypen beschränken, ein fast unbegrenztes Konstruktionsspektrum ab.

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Die Dresdner Flügelwegbrücke wurde 1930 als eine der größten genieteten Stahlvollwandträgerbrücken Europas errichtet. Jüngere Brückennachrechnungen ergaben zu geringe Beulsicherheiten in den Stegfeldern der Hauptträger. Die ursprüngliche Bemessung erfolgte nach einem Zugfeldmodell. Zur Beurteilung der Standsicherheit der Brücke bis zu einem geplanten Neubau wurde u. a. eine nichtlineare FEM-Berechnung unter Berücksichtigung der Vorverformung und der plastischen Umlagerungen zur Bestimmung der Traglast herangezogen, die hier genauer beschrieben wird. Die Berechnungen bestätigen die Ausbildung eines Zugfeldes, es wurde die überkritische Traglast bestimmt. Im Ergebnis konnte einer zeitlich begrenzten Nutzung der Brücke ohne Lastbeschränkung zugestimmt werden.

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Dynamische Untersuchungen außergewöhnlicher Ereignisse erlangen im Bauwesen wegen der immer leichteren und schlankeren Bauweise, insbesondere im Stahlbau, eine immer größere Bedeutung. Hierbei kommt es besonders auf die Erfassung des korrekten kinematischen Verhaltens der einzelnen Bauteile untereinander an. Infolge von Stoßlasten oder Dauerlasten mit deterministischen oder stochastischen Einwirkungen treten durch kräfteübertragende Kontaktflächen häufig nicht nur ebene Verschiebungen auf, sondern auch Abheben und Kippen. Ziel dieses Beitrages ist es, die Einsetzbarkeit der Methode der Mehrkörperdynamik für die Formulierung von Grenzzuständen bei Stahlkonstruktionen aufzuzeigen. Die Methode dient der Erfassung kinematischer Vorgänge, bei denen sich mit der Zeit die Geometrie oder die Systeme stark ändern, und ist ursprünglich im Maschinenbaubereich beheimatet. Die Methode der Mehrkörperdynamik in der Schreibweise von Wittenburg, die Grundlage für die Entwicklung des Mehrkörperprogrammsystems MEPHISTO ist, wurde im 1. Teil vorgestellt. Im 2. Teil wurden die beiden neuartigen Mehrkörpersystem-Modelle: die "nichtlineare Gelenk-Kopplung" für die Abbildung lokaler Versagensstellen in Konstruktionen, und das "vorgespanntes Seilmodell" für die Mehrkörpersystem-Modellierung von abgespannten Systemen beschrieben. In diesem Teil der Trilogie wird das spezielle Mehrkörpersystem (MKS) Modell "Kontakt-Element" vorgestellt, zur vollständigen Erfassung der Relativkinematik in einer Kontaktzone zwischen zwei Körpern.

Tragwerke von Stahlbauten werden überwiegend als Stäbe oder Stabwerke ausgeführt. Sie bestehen häufig aus I-, U-, Z-, T- oder L-Querschnitten, die durch bis zu acht unterschiedliche Schnittgrößen beansprucht werden können. Im vorliegenden Beitrag wird das Teilschnittgrößtenverfahren (TSV) vorgestellt, das den Nachweis ausreichender Querschnittstragfähigkeit auf Grundlage der Plastizitätstheorie ermöglicht. Die ingenieurmäßigen Modelle des TSV sind für Nachweise mittels Handrechnungen geeignet und erleichtern daher das Verständnis für die Zusammenhänge bei der Grenztragfähigkeit von Querschnitten. Da unterschiedliche Querschnittsformen mit bis zu acht Schnittgrößen erfaßt werden können, ist es zweckmäßig, die Berechnungen mit Hilfe von Tabellenkalkulationsprogrammen oder EDV-Programmen durchzuführen.

Es wird auf das Tragverhalten der imperfekten längsbelasteten Platte eingegangen. Dabei wird zunächst der Einfluß von geometrischen Imperfektionen untersucht und eine Modifizierung sowohl im Hinblick auf die Fertigungstoleranzen als auch im Hinblick auf die bezogenen Tragspannungen (DIN 18800 T. 3) vorgeschlagen. Weiterhin werden die traglastmindernen Einflüsse von strukturellen Imperfektionen und Aufstandsimperfektionen quantifiziert.

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Die Verwaltungsgesellschaft Collegium Augustinum mit ihrem Sitz in München betreibt zahlreiche Altersheime und Kliniken mit hohem Niveau an bevorzugten Standorten Deutschlands. Eine dieser Einrichtungen liegt oberhalb von Bad Soden am Taunus und wurde dort vor mehr als 20 Jahren errichtet. Auf Grund der zunehmenden Mobilität der Bewohner und der damit verbundenen steigenden Anzahl ihrer Wagen reichten die vorhandenen Stellplätze nicht mehr aus. Die Bauaufgabe bestand darin, die vorhandene Tiefgarage aufzustocken, um so mehr Stellplätze zu gewinnen.

Die neue zweigleisige Eisenbahnbrücke über den Rhein zwischen Mannheim und Ludwigshafen ist ein polygonaler, über drei Felder durchlaufender Stabbogen. Er versteift den kräftigen Fahrbahnrandträger. Seine Form verdankt der Überbau den verschiedensten Überlegungen, die hier kurz skizziert werden.

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