Interactive Nonlinear Cross-Section Analysis Biaxial

Kurzbeschreibung

Das Programm INCA2 dient der interaktiven Berechnung beliebig zusammengesetzter Massivbauquerschnitte unter zweiachsiger Biegung mit Längskraft.
Folgende Berechnungen sind möglich:

• Dehnungsverteilung zu vorgegebenen Schnittgrößen, graf. und numerische Ausgabe der Ergebnisse
• Spannungsresultierende, zu einer vorgegebenen Dehnungsverteilung werden die zugehörigen Schnittgrößen ermittelt
• Sicherheitsnachweis, berechnet die maximal vom Querschnitt aufnehmbare Beanspruchung
• Bemessung, der Querschnitt frei wählbarer Bewehrungsgruppen wird so angepaßt, dass die Beanspruchung aufgenommen werden kann
• Interaktion My/Mz/N, berechnet das Interaktionsdiagramm (auch Kraftgrößenzwiebel) für einen Querschnitt
• Mk-Linie, berechnet die Moment-Verkrümmungs-Beziehung des Querschnitts z.B. für eine anschließende nichtlineare Verformungsberechnung mit anderen Programmen, Ausgabe der tangentialen Biegesteifigkeiten
• N-eps-Linie, berechnet die Normalkraft-Dehnungslinie zu einer gegebenen Krümmungsrichtung und einem gegebenen Biegemoment, Ausgabe der tangentialen Dehnsteifigkeiten
• MN-Linie, berechnet die Moment-Normalkraft-Linie (ähnlich zu den mue-nue-Diagrammen, Bemessungstafeln)
• My/Mz-Linie, berechnet den waagerechten Schnitt durch die oben genannte Kraftgrößenzwiebel
• Querschnittswerte, Berechnung der Querschnittsfläche, Schwerpunkt, Flächenträgheitsmomente und Hauptrichtung der Trägheitsmomente (reine Querschnittswerte oder ideelle Querschnittswerte bezogen auf den E-Modul eines frei wählbaren Materials)

 
Entwicklung / Versionen

Das ursprüngliche Programm INCA2 wurde von Mai 1998 bis März 1999 entwickelt. In dieser Zeit wurde im Wesentlichen die Oberfläche programmiert. Die Rechenalgorithmen wurde als DLL vom Programm MasQueW übernommen, die bereits früher von Prof. Dr.-Ing. U.Quast. programmiert sowie von ehemaligen Mitarbeitern des Arbeitsbereiches erweitert wurden. INCA2 war damit in seinen Anfängen nur als Oberfläche für bereits entwickelte Rechenroutinen gedacht.
Auf Grund eigener Untersuchungen über das nichtlineare Tragverhalten von Stahlbetonkonstruktionen wurde die aktuelle Version gründlich überarbeitet. Neben einer Überarbeitung und Weiterentwicklung der Benutzeroberfläche wurde der Rechenkern von mir neu geschrieben. Eine wichtige Erweiterung ist die Definition der Spannungsdehnungslinien nach DIN 1045-1 bzw. EC2 für die nichtlineare Schnittgrößenermittlung sowie die Definition per Polygon / Spline, mit dem jedes experimentell ermittelte Materialverhalten problemlos abgebildet werden kann.

Folgende Neuerungen wurden im Rechenkern implementiert

• zusätzliche Materialgesetze:
  • Linear-Elastisch (Hooke'sches Gesetz unbegrenzt gültig)
  
  
  • Abwandlung des Parabel-Rechteck-Gesetzes (zweiter Bereich kann jetzt mit Steigung definiert werden)
  
  
  • Parabel nach EC2 bzw. DIN 1045 neu zur Schnittgrößenberechnung (Parabel mit abfallendem Ast => Softening)
  
  
  • Polygon / Spline, damit kann jedes beliebige (stetige) Materialverhalten abgebildet werden
• Versteifende Mitwirkung des Betons auf Zug in der gerissenen Betonzugzone => verbesserte Anpassung des Abminderungsfaktors mittels Exponenten und variabler Dehnungskennwerte
• Definition der Grenzdehnungen: Verbesserung insbesondere für Verbundquerschnitte mit außen liegendem Stahl
• Berücksichtigung einer Vorkrümmung und Vordehnung eines Querschnittteils (z.B. bei nachträglich ergänzten Plattenbalken

 
Aktuelle Version von INCA2

Inzwischen ist das Programm INCA2 seit 2001 in Lehre und Forschung auch an anderen Universitäten im Einsatz. Über 400 Ingenieurbüros haben sich bisher kostenlos registrieren lassen und wenden das Programm in der Praxis an.
Seit ca. 4 Jahren ist die anfängliche Testphase insbesondere des Rechenkerns überstanden. Kleinere Fehler in der Programmoberfläche können natürlich trotzdem immer wieder auftreten.

Trotzdem sollte es sich jeder zur Pflicht machen, die Ergebnisse zumindest immer überschlägig zu prüfen. Viel zu häufig habe ich es bisher erlebt, dass Querschnitte bzw. Baustoffe falsch modelliert oder benutzt wurden. Durch Eingabe von falschen Baustoffkennwerten lässt sich jede noch so schlanke Stütze hinrechnen!

Nichtsdestotrotz gilt auch weiterhin:
Informationen über vorhandene Fehler und Verbesserungsvorschläge sind jederzeit willkommen!

Uwe Pfeiffer, 17. August 2005