Bauwesen Fallbeispiele

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Kategorie: Fallbeispiele

Fallbeispiele

M.Jagfeld:
"Wallfahrtkirche Maria Birnbaum in Silenbach, Instandsetzung des gemauerten Kuppelgewölbes"
CADFEM Users Meeting 2013, Mannheim, 2.01.08      www.usersmeeting.com

Stichworte

• Kirchengewölbe
• Mauerwerk
• Statik
• Tragwerksplanung

Simulation

• Strukturmechanik
• Simulationsmodell mit Ist-Abmessungen
• Modell mit Volumen-Elementen
• orthotropes Materialgesetz, ideal plastisch
• Geometrienichtlinearität (Theorie II. Ordnung)
• Eigengewicht, Auflagerverschiebung

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R.Schlegel:
"Thermisch-mechanische Analyse der ersten RCC-Staumauer Deutschlands"
CADFEM Users Meeting 2012, Kassel, 1.20.04      www.usersmeeting.com

Stichworte

• RCC-Staumauer (Roller-Compacted Concrete, Walzbeton)
• Geologische Bedingungen
• Hydratationswärme bei der Errichtung
• Risssicherheit

Simulation

• FEM-Simulation mit Volumen-Elementen
• Temperaturfeld, Strukturmechanik
• Sensitivitätsanalyse

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Acoustic Excitation of Structural Vibrations in a Mill due to Plan Sifters

Stichworte

• Gebäude-Auslegung
• akustische Anregung durch Plansichter (Mühlentechnik)

Simulation

• dynamische Simulation der Strukturmechanik
• Simulation der Akustik
• Volumen-Elemente zur Simulation der Raumluft

Aus Fachzeitschriften und Publikationen

Die FEM-Anwendungen im Bauwesen sind vielfältig und reichen wie im Flugzeugbau bis in die Gründerzeit zurück. Dies ist nicht verwunderlich, denn die Erfinder der FEM waren Bauingenieure und Luft- und Raumfahrtingenieure. Im Bauwesen werden Hochhäuser, Brückenbauwerke, historische Gebäude, Sportarenen, Dämme, Tunnelröhren, Seilbahnstützen und Flugzeuglandebahnen mit FEM berechnet.

Hochhäuser müssen erdbebenfest ausgelegt werden, wobei die Anforderungen je nach Ort der Erstellung unterschiedlich streng sind. So sind die Anforderungen in Baden-Württemberg höher als in Niedersachsen, aber geringer als in Japan oder Kalifornien, wo Erdbeben mit höherer Wahrscheinlichkeit und weit größerer Gewalt zu erwarten sind. In unseren Breitengraden sind Windkräfte oft bestimmender für die Dimensionierung. Hier sind auch Strömungsberechnungen angesagt, um die Staudruck- und Sogkräfte zu bestimmen. Durch die Umströmungs-Bedingungen ist es z. B. schon vorgekommen, dass bei einer Anordnung von Kuhltürmen nicht diejenigen in der ersten Reihe versagten, sondern die Türme der zweiten und dritten Reihe.

Beim Wiederaufbau der Frauenkirche in Dresden diente die FEM-Berechnung zum Feststellen der Zugspannungen in der Kuppel, die aus Mauerwerk erstellt wird. Mauer soll vorwiegend auf Druck beansprucht werden, Zugspannungen sind dabei ungünstig. Wir wissen, dass die Baumeister früherer Zeiten gute und standfeste Bauwerke erstellt haben. Trotzdem ist bei der Rekonstruktion das aktuelle Regelwerk zu beachten, und dazu sind Nachweise und Berechnungen nach heutigem Wissensstand durchzuführen. Dabei ist manchmal die FEM und eine möglichst realitätsnahe und detaillierte Modellierung notwendig.

Für neue ICE-Strecken mussten eine große Anzahl von weit gespannten Talbrücken und Tunnelrohren gebaut werden, um mit wenig Steigung und wenig Kurven zu trassieren und damit hohe Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Neben den oben genannten Lastfällen mussten bei diesen Brücken auch die Belastungen aus Eigengewicht und Bremsen der Züge berücksichtigt werden. Eine andere Studie betraf die Gleise, die stoßfrei auszuführen waren. Hier wurde untersucht, wie eine typische angenommene Bremskraft auf die Gleise über das Schotterbett, den Brückenträger in die Stützen und Widerlager der Brücke übertragen wird und welche Kräfte dabei in der Schiene auftreten. Die Kräfte mussten kleiner als die Knicklast sein, um das Ausbeulen der Schienen zu verhindern. Da die Reibungseinflüsse im Schotterbett im Winter und Sommer unterschiedlich sein können, mussten Berechnungen für beide Jahreszeiten angestellt werden und es mussten natürlich auch unterschiedliche Bremslasten (ein Zug, Zugbegegnung von zwei Zügen) mit berücksichtigt werden. Diese Untersuchung war ein klassisches Beispiel dafür, wie mit ingenieurmassigem Abstraktionsvermögen eine komplizierte Aufgabe mit FEM gelöst werden kann.

Im Kraftwerksbereich wurde FEM für die Arbeitsschritte, die nach dem endgültigen Abschalten eines Kraftwerkes für den "Rückbau" und die Demontage erforderlich sind, für zahlreiche Simulationen verwendet. Ein FEM-Anwender aus diesem Sektor hat berichtet, dass die Simulation der Abbaumaßnahmen umfangreicher als die für die Errichtung war.

Eine nicht alltägliche FEM-Aufgabe ergab sich, als für eine Kurbadeinrichtung die Wasserströmung in Rutschen und Becken zu bestimmen war, um sicherzustellen, dass die Kurgäste beim Herunterrutschen nicht in der Rinne aufsitzen.