Vorgehensweise Steifemodulverfahren
Die Definition des FE-Netzes folgt der Vorgehensweise beim Bettungsmodulverfahren. Lesen Sie dazu unbedingt vorher Abschnitt 6.2. Der Menütitel "Bettung" ist jetzt jedoch durch den Menütitel "Steifemodul" ersetzt.
Für eine Berechnung mit dem Steifemodulverfahren ist die Definition eines Dreiecksnetzes erforderlich, das nichts mit dem FE-Netz zu tun hat. Die Knoten dieses Dreiecksnetzes werden von den Bohrpunkten gebildet. Die Bohrpunkte werden dann zu einem Dreiecksnetz verbunden, aus dem das Programm an jedem Punkt das Steifemodulprofil interpolieren kann. Gehen Sie zur Definition der Bohrpunkte wie folgt vor:
Wählen Sie zunächst den Menüeintrag "Steifemodul / Schichten". In der Dialogbox können Sie die Bodenkennwerte und die Anzahl der Schichten ändern. Klicken Sie auf den Knopf "Anzahl Schichten ändern" und geben anschließend die neue Schichtanzahl an.
Danach sollten Sie (nicht zwangsläufig erforderlich) den Menüeintrag "Steifemodul / Standardtiefen" anwählen. Wenn Sie unter dem Menüeintrag "Steifemodul / Schichten" drei Schichten definiert haben, werden in dieser Dialogbox drei Schichttiefen angezeigt. Die zugehörigen Bodenkennwerte sind als Information ebenfalls aufgeführt. Die angegebenen Tiefen können Sie nach eigenen Wünschen ändern. Die Tiefen werden in m unter OK Gelände eingegeben. Bei der nachfolgenden Definition von Dreiecksknoten werden diese Schichttiefen den entsprechenden Knoten zugewiesen. Sie können die Schichttiefen anschließend für jeden Knoten beliebig ändern. Wenn das Steifemodulprofil jedoch für fast alle Knoten des Dreiecksnetzes gleich ist, können Sie über die anfängliche Definition von Standardtiefen Eingabearbeit einsparen. Wenn Sie den Schalter "für alle" wählen, werden allen bereits vorhandenen Dreiecksknoten diese Tiefen zugewiesen.
Nach diesen Vorarbeiten können Sie nun die Lage von Dreiecksknoten (Bohrpunkte) festlegen. Auf dem Bildschirm ist ein Koordinatensystem sichtbar. Falls der dargestellte Bereich nicht dem Grundrissbereich Ihres Systems entspricht, gehen Sie zum Menüeintrag "Blatt / von Hand" und geben Sie in der Dialogbox die Werte für Ihr System ein.
Danach wählen Sie den Menüeintrag "Steifemodul / Knoten setzen" (nicht den Menüeintrag "FE-Netz / Knoten setzen" nehmen !!!!!). Klicken Sie mit der linken Maustaste die Lage von Dreiecksknoten (= Lage von Punkten, an denen Sie das Steifemodulprofil kennen) an. Oben in der Fensterleiste des Programms werden die aktuellen Koordinaten der Mauszeigerspitze angezeigt. Versehentlich falsche Eingaben können Sie durch Anklicken des Knotens mit der rechten Maustaste rückgängig machen. Wenn Sie zwischendurch die [ESC]-Taste oder [F2] drücken, wird der Bildschirm aktualisiert und Sie sehen eine grafische Darstellung der Steifemodulprofile.
Wenn Ihnen die Darstellung zu klein oder zu groß erscheint, gehen Sie zum Menüeintrag "Steifemodul / Einstellungen" und stellen die Faktoren für die Darstellung der Steifemodulprofilbreite bzw. -tiefe nach Ihren Wünschen ein.
Alternativ zur Eingabe der Koordinaten mit der Maus können Sie auch die Werte in Tabellenform eingeben. Wählen Sie dazu den Menüeintrag "Steifemodul / ändern".
Nach der Eingabe von Knoten können Sie nun die Tiefen der einzelnen Schichten an den Knoten ändern. Wählen Sie dazu den Menüeintrag "Steifemodul / Schichttiefen editieren". Danach reicht ein Doppelklick in der Nähe des Knotens, um folgende Dialogbox aufzurufen:
Diese Box ist absolut identisch mit der Box für die Standardtiefen. Nur beziehen sich eventuelle Änderungen auf den aktuellen Knoten. Die Tiefen werden in m unter OK Gelände eingegeben.
Nachdem Sie mindestens 3 Knoten (Bohrpunkte) definiert haben, müssen Sie diese Knoten zu einem Dreiecksnetz verbinden, damit das Programm die Interpolation bei der Berechnung ausführen kann. Es gibt zwei Möglichkeiten:
"Steifemodul / Netz von Hand"
Sie klicken jeweils drei Knoten an, die anschließend zu einem Dreieck zusammengefasst werden. Versehentlich falsch eingegebene Dreiecke können durch nochmaliges Anklicken der drei Knoten gelöscht werden.
"Steifemodul / automatisch"
Das Programm führt anschließend eine so genannte Triangulation aus und fasst alle Knoten zu einem Dreiecksnetz zusammen. Auch danach haben Sie die Möglichkeit Dreiecke zu löschen, indem Sie über "Steifemodul / Netz von Hand" die drei Knoten eines Dreiecks anklicken. Wenn ein Dreiecksnetz bereits vorhanden ist, werden Sie vor der Triangulation gefragt, ob das vorhandene Netz gelöscht werden soll. Wählen Sie nur in Ausnahmefällen den Knopf "ergänzen", da die Triangulation nach gewissen Gesetzmäßigkeiten abläuft, die unter Umständen eine sinnvolle Ergänzung eines zuvor von Hand eingegebenen Teilnetzes nicht zulässt.
Im Gegensatz zum Bettungsmodulverfahren erfordert das Steifemodulverfahren einen Iterationsprozess. Im ersten Schritt werden die Setzungen an allen FE-Netzknoten infolge einer konstanten Belastung von 1 kN/m² auf den FE-Elementen berechnet. Dazu wird die Boussinesq-Gleichung numerisch integriert, da derzeit eine analytische Lösung für dieses Problem noch nicht existiert. Die an den Knoten vorhandenen Pressungen (im ersten Schritt = 1 kN/m²; in allen folgenden Iterationsschritten = ks · w) werden durch die berechneten Setzungen geteilt, um knotenweise den Bettungsmodul zu erhalten. Daraufhin erfolgt eine Berechnung nach dem Bettungsmodulverfahren mit der Bestimmung der Knotenverschiebungen. Weicht die Differenz der Plattenverschiebungen von den Setzungen um ein von Ihnen beim Berechnungsstart vorgegebenen Wert ab, wird die Iteration fortgesetzt.
Beim Steifemodulverfahren wird mit einer Grenztiefe gerechnet, die der Unterkante des Steife-modulprofiles entspricht. Alternativ kann eine Grenztiefenberechnung nach DIN 4019 erfolgen. Dazu wird der entsprechende Schalter in der Dialogbox "System / berechnen" aktiviert.