Maße des Querschnitts für das erste Rechenbeispiel
Quersteifen
a'
2,9m
oberer Flansch
bf2
0,37m
tf2
11mm
unterer Flansch
bf1
0,47m
tf1
13mm
Steg
hw
2,3m
tw
7mm
Streckgrenze
fyd
235N/mm²
Dieser Träger wird nicht in der Realität gebaut. Es werden hauptsächlich teilerfremde Maße verwendet, um die Berechnung besser nachvollziehen zu können. Es wird noch mal darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Nachkommastellen nicht irgendeine Genauigkeit bedeuten, sondern der Zahlentyp. Die Zahlen werden daher länger als in anderen Zahlensystemen ausgeschrieben, damit kleine Fehler besser gefunden werden können und nicht als Rundungsfehler abgetan werden. Z.B. sieht eine fehlende Flanschdicke beim Spannungsnachweis in anderen Zahlensystemen aus wie ein Rundungsfehler, weil das Verhältnis zur Steghöhe weit unter 1% liegt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass dadurch sehr viele „Rundungsfehler“ behoben werden konnten.
Die Streckgrenze für S235 ist dach dem Eurocode 235N/mm² und nach der DIN 240N/mm².
Schnittgrößen:
M= - 2424kNm
N= - 2020kN (- 2,02MN)
V= 695kN
Schubverzerrung
Schubverzerrung wird in diesem Rechenbeispiel vernachlässigt.
Die mitwirkenden Flanschbreiten werden ignoriert. Der Flansch trage vollständig mit.
Bruttobreiten
Von dem druckbeanspruchten Stegteil wird berechnet, welches Stück davon am unteren Flansch angrenzt und welches am oberen angrenzt. Es geht noch keine Fläche verloren.
bu = Wenn (ψ > 0 ; 2·MIN(S;Hw)/(5-ψ); 0,4·MIN(S;Hw))
bu= WENN( - 0,345 > 0;;0,4·MIN(1,7098;2,3))
bu= 0,4·1,7098
bu= 0,684
bo= Wenn (ψ > 0 ; (3-ψ)·MIN(S;Hw)/(5-ψ); 0,6·MIN(S;Hw))
bo= WENN( - 0,345 > 0;;0,6·MIN(1,7098;2,3))
bo= 0,6·1,7098
bo= 1,026
wirksame Breiten
Träger mit wirksame Breiten
Die wirksame Fläche Ac,eff eines druckbeanspruchten Teils berechnet sich mit
Formeln der Tabelle zur Berechnung der wirksamen Querschnittswerte
Stegdaten
Stegteillänge i
Ort
Ort m
A·Abstand
Eigen I
Steiner
Teilfläche
oben Zug
hw - MIN(hw;S)
i + u
(L +Lu)/2
tw·L·i
tw·i³/12
tw·i·m
i·tw
oben Druck
bo,eff
i + u
(L +Lu)/2
tw·L·i
tw·i³/12
tw·i·m
i·tw
Loch
Verlust
i + u
(L +Lu)/2
0
0
0
0
unten Druck
bu,eff
i
(L +Lu)/2
tw·L·i
tw·i³/12
tw·i·m
i·tw
Summe
Summe
Summe
Die Buchstaben haben dabei diese Bedeutung:
Die erste Spalte legt einige Variablen fest. Wird eine dieser Variable in einer Zelle verwendet, so bezieht sie sich auf den Wert in der gleichen Spalte.
Weiterhin kann ein relativer Bezug auf Zellen genommen werden. Dabei bedeutet:
L= die linke Zelle
r= die rechte Zelle
u= die untere Zelle
o= die obere Zelle
L3= 3 Zellen nach links
Lu= die linke untere Zelle
Alle anderen Buchstaben haben globale Bedeutung.
tabellarische Berechnung der wirksamen Querschnittswerte
Stegdaten
Stegteillänge
Ort u
Ort m
A·Abstand
Eigen I
Steiner
Teilfläche
oben Zug
0,590154823
2,3
2,0049226
0,0082825
0,000119899
0,002783416
0,0041311
oben Druck
0,283898472
1,7098452
1,5678959
0,0031159
0,0000133477
0,000292749
0,0019873
Loch
1,236681057
1,4259467
0,8076062
0
0
0
0
unten Druck
0,189265648
0,1892656
0,0946328
0,0001254
0,00000395487
0,001572485
0,0013249
0,0115237
0,000137201
0,00464865
0,007443
Aeff = As - hw·tw + ΣTeilfläche
Aeff = 0,02628 - 2,3·0,007 + 0,007443
Aeff = 0,01762
Schwerpunkt
hs,eff= wie hs, nur mit ΣA·Abstand statt mit Steg
hs,eff= 1,184m
effektives Flächenmoment zweiten Grades Ieff
Ieff= 0,01856m4
Widerstandsmomente
Weff,u= 0,01559
Weff,o= 0,01655
MRd= Weff,u·fyd
MRd= 0,01559·235000
MRd= 3664kNm
Der verschobene Schwerpunkt erhöht das Moment.
MEd,N= MEd + NEd·(hs - hs,eff)
MEd,N= - 2424 + 2020·(1,06007 - 1,184)
MEd,N= 2674kNm
Nachweis
η1= 0,7298 + 0,4878
η1= 1,2176
Nachweis nicht erfüllt
Das Moment darf nach Eurocode Kapitel 4 letzter Satz abgemindert werden.
x= MIN(0,4·a; 0,5·b)
x= MIN(0,4·2,9; 0,5·2,5)
x= 1,15
MEd,N:= MEd,N - V·x
MEd,N:= 2674 - 695·1,15
MEd,N:= 1875kNm
Nachweis
(Eurocode 1993-1-5 Gleichung 4.14)
η1= 0,512 + 0,488
η1= 1
Nachweis erfüllt
Da jedoch der Nachweis mit Abstand geführt wurde ist zusätzlich ein Klasse3-Querschnittsnachweis am Auflager erforderlich. Da der Querschnitt nicht geschwächt ist, wird das Moment nicht durch den verschobenen Querschnitt erhöht.
As= 0,02628m²
hs =1,06007m
I= 0,02049m4
σu= - 126,17 - 76,86
σu= - 203,03N/mm²
σo= 147,33 - 76,86
σo= 70,46N/mm²
σo und σu sind kleiner als fyd. Daher ist der Nachweis erfüllt.
Berechnung von Mpl,N
Für die Interaktion wird Mpl,N benötigt. Excel sucht sich automatisch die Flächenhalbierende und erkennt, welche Flächen es wie abziehen muss. Da der Algorithmus sehr fehleranfällig ist, muss überprüft werden, ob Excel richtig rechnet. Mpl,N ist vom ungeschwächten Querschnitt (ohne Beuleinfluss).
So rechnet Excel: Zuerst werden die Stegstücke mit Länge, Breite und Fläche übernommen. Die Steifen sind so hoch, wie der Steg breit ist. Die Länge wird aus der Steifenfläche rückgerechnet. Dort, wo eine Steife nicht existiert, wird ein kurzes Stegstück angesetzt. Auf der negativen halben Fläche werden die Teilflächen addiert. Wechselt der Wert auf positiv, so ist die Flächenhalbierende gefunden und der genaue Ort wird berechnet. Die Fläche mit der Flächenhalbierenden wird geteilt und im nächsten Schritt richtig einsortiert. Die Werte werden neu berechnet, sortiert und es wird berücksichtigt, dass bei den Steifen die Fläche rückgerechnet werden muss. Excel rechnet die Fläche aus, die für die Normalkraft nötig ist. Dann wird von der Flächenhalbierenden ausgehend bestimmt, welche Teilflächen verbraucht werden und welche geschwächt werden. Von den vollständigen und geschwächten Flächen wird der Schwerpunktabstand zur Flächenhalbierenden berechnet. Aus Fläche mal Abstand werden die Teilwiderstandsmomente errechnet. Die Summe ist WPl,N.
A= 0,02628m²
Maße für das platische Moment
Lage der Flächenhalbierenden (Flächen werden von oben nach unten abgezogen)