Bewegt-Lasten in GRAITEC Advance Design

Mit der Version GRAITEC Advance Design 2022 wurde die Funktion der beweglichen Kranlasten eingeführt. In diesem Blogartikel werfen wir einen Blick auf die in Advance Design verfügbaren beweglichen Lasten – die Verkehrslast und die neue Kranlast. Da der Verkehrslastgenerator schon lange zur Verfügung steht, werden wir uns hauptsächlich auf die Kranlasten konzentrieren.

Verschieben der Lasttafel auf dem Farbband

Lassen Sie uns mit der Verkehrslast beginnen. Der Verkehrslastgenerator ermöglicht es uns, Verkehrslasten auf Straßenbrücken gemäß EN1991-2 (Abschnitt 4) zu erzeugen. Um die entsprechenden Verkehrslasten auf der Straßenbrücke (auf ebenen Elementen) zu erzeugen, definieren wir grafisch die Elemente, aus denen die Fahrbahn besteht: eine oder mehrere Fahrspuren, Restflächen und Geh- oder Radwege.

Definition der Fahrbahn

Der nächste Schritt ist das Hinzufügen der Lastgruppe „Verkehr“ und die Auswahl des entsprechenden Lastmodells, entsprechend den Bestimmungen des Eurocodes. Es stehen fünf Lastgruppen zur Verfügung, die jeweils enthalten:

• gr1a – Kombination der konzentrierten Lasten (Tandem-Systeme) und der gleichmäßig verteilten Last (UDL-System) mit der gleichmäßig verteilten Last auf den Fußwegen.
• gr1b – ein Paar von Einzellasten, die eine einzelne Achse eines LKWs darstellen, um konzentrierte Kräfte entlang der Fahrbahn zu erzeugen.
• gr2 – Kombination der konzentrierten Lasten (Tandem-Systeme) und der gleichmäßig verteilten Last (UDL-System) mit Brems- und Beschleunigungskräften sowie Fliehkräften.
• gr3 – gleichmäßig verteilte Last auf Fußwegen.
• gr4 – gleichmäßig verteilte Last auf Gehwegen und Verkehrsflächen.

Auswahl des Verkehrslastmodells

Nach der automatischen Zuweisung der Lastparameter zur Fahrbahn sind wir bereit für die Lastgenerierung im Modell.

Parameter für die Fahrbahnbelastung

Je nach gewähltem Lastmodell ergeben sich daraus Lastfälle, die sowohl gleichmäßige Lasten als auch eine Reihe von aufeinanderfolgenden Schritten in der Lage der konzentrierten Kräfte aus den Fahrzeugrädern beinhalten.

Gleichmäßige Lasten und bewegte Lasten vom Fahrzeug (alle Schritte werden angezeigt)

Lasten im Abschnitt für einen der ausgewählten Schritte

Für Lasten von Kränen ist der Prozess etwas ähnlich. Der erste Schritt besteht darin, den Weg der Krankräfte grafisch zu definieren – es kann eine einzelne Polylinie sein, um die Kräfte zu modellieren, die sich entlang einer einzelnen Schiene bewegen (für die Modellierung von Einschienenkranen) oder zwei parallele Linien, um den Weg für die Kräfte von zwei LKWs auf beiden Seiten des Brückenkrans zu modellieren.

Laufbahn für den Brückenkran auf zwei Trägern

Der nächste Schritt ist das Hinzufügen eines Kran-Objekts. Es dient der Beschreibung der Geometrie, z. B. der Anzahl und des Abstands der Räder, und zur Beschreibung der Kräfte von den Rädern.

Geometrische Basisdaten des Krans

Im einfachsten Fall können die Kräfte an jedem Rad manuell, separat für jedes Rad, definiert werden. Es ist aber auch möglich, drei verschiedene automatische Methoden zu verwenden, so dass die Radkräfte automatisch nach den Regeln der Norm ermittelt werden.

Wahl der Krafterzeugungsmethode

Für die automatische Ermittlung der Kräfte stehen drei Methoden zur Verfügung:

• Nach Kranlasten (EN 1991-3) – zur automatischen Bestimmung der Radlasten auf der Basis eingegebener Kranlasten, unter Verwendung der Regeln der Eurocode EN 1991-3. Bei dieser Methode werden für jedes Rad mehrere Lasten unterschiedlichen Ursprungs (z.B. Lasten aus dem Eigengewicht des Krans, aus dem Gewicht der Last, aus Bremskräften usw.) separat eingegeben. Diese Lastkomponenten werden mit den dynamischen Faktoren kombiniert und die endgültigen Radkräfte werden ermittelt. Als Ergebnis liefert diese Methode mehrere Gruppen von Lastsätzen (ULS-Gruppe 1 bis 6), entsprechend der EN 1991-3.
• Nach Kranparametern (EN 1991-3) – zur automatischen Bestimmung der Radlast auf der Grundlage der eingegebenen Kranparameter, unter Verwendung der Regeln der Eurocode EN 1991-3. Der Hauptunterschied zur vorherigen Methode besteht darin, dass die Werte für jedes Rad nicht eingegeben werden, sondern die Kranparameter (wie Eigengewicht der Brücke, Eigengewicht der Laufkatze und die Krankapazität). Die Ausgabe ist die gleiche wie bei der vorherigen Methode – sechs Gruppen mit Kraftsätzen für jedes Rad.
• Nach Kranparametern (ASCE/NBCC) – ähnlich wie bei der vorigen Methode, also wir geben nicht die Kräfte auf einzelne Räder ein, sondern solche Lasten werden automatisch auf Grund der eingegebenen Kranparameter berechnet. Diesmal basiert die Methode der automatischen Lastgenerierung jedoch auf der allgemeinen Methode, die sich auf die US/CAN-Normen (insbesondere ASCE) bezieht. Es ist jedoch erwähnenswert, dass die Regeln der Lastgenerierung generisch sind und im Wesentlichen unabhängig von jeder Norm sind.

Lastgruppen pro Rad, berechnet nach Kranparametern (ASCE/NBCC-Methode)

Mit der Kranbahn und dem Kran mit den Kräften auf dem Rad können wir zum nächsten Schritt übergehen, nämlich der Definition der Lastfamilie. Hier bestimmen wir den Bereich der Kranbewegung und die Anzahl/Länge der beweglichen Lastschritte.

Definition der Fahrparameter für die Kranlastfamilie

Die Generierung von Kranbewegungsfällen erfolgt automatisch nach Verwendung des Befehls „Generieren“, der durch Rechtsklick auf die Kranlastfallfamilie verfügbar ist. Nach der Ausführung wird ein Satz von beweglichen Lastfällen generiert, separat für jeden Kran und jede Schrittposition. Sie enthalten die Kräfte von allen Rädern in einer bestimmten Position. Je nach Definition des Krans sind dies sowohl vertikale Kräfte als auch horizontale Quer- oder Längskräfte (vom Bremsen).

Lastfälle für jede Radposition mit Kräften

Zusammen mit der Lastfallgenerierung werden auch Sätze von Krafthüllkurven aus allen Kraftpositionen erzeugt.

Automatisch erstellte Briefumschläge

Wichtig ist, dass wir mehr als einen Kran definieren können und diese auf denselben oder verschiedenen Bahnen platzieren können. In diesem Fall generiert das Programm für jeden Kran eine Reihe aller Kraftpositionen und dann werden bei der Generierung der Hüllkurve nur die möglichen Kombinationen von Kranpositionen berücksichtigt.

Eine der Positionskombinationen von 2 Brückenkränen auf der gleichen Laufbahn

Die endgültigen Lastkombinationen werden durch die Verwendung typischer Lastfälle (Totlast, Verkehrslast, Windlast…) und Kranhüllkurven verfälscht. Dies ist besonders wichtig, wenn es eine große Anzahl von Kranschritten und vor allem viele Krane gibt, da die endgültigen Kombinationen nur etwa ein Dutzend Hüllkurven anstelle von Tausenden von Kranpositionskombinationen berücksichtigen.

Die statische Berechnung und die Ergebnisse für die Kombinationsfälle unterscheiden sich nicht von anderen Lastarten und Sie können die Ergebnisse für jede Kranposition sowie für die Hüllkurve der Krankräfte überprüfen. Kranspezifisch ist eine neue Art der grafischen Ausgabe – das Einflussliniendiagramm. Es zeigt grafisch den Wert des Ergebnisses an einem bestimmten Punkt für alle aufeinanderfolgenden Positionen des Krans. Obwohl in dieser Version des Programms das Einflussliniendiagramm nur für Verschiebungen in Strukturknoten angezeigt werden kann, ist es eines der zusätzlichen Werkzeuge, die bei der Analyse der Ergebnisse nützlich sind.

Einflußlinien-Diagramm

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