Die Visualisierung des Kraftflusses in Stahlbaukonstruktionen

Kraftflüsse sind in vielen Lehrbüchern des Stahl- und Maschinenbaus zur Veranschaulichung der Bauteilbeanspruchung dargestellt. Obwohl der Kraftflussbegriff umstritten und nicht näher definiert ist, assoziiert der Leser damit meist eine Analogie zu Stromlinienbildern aus der Hydromechanik. Vergleicht man die differentielle Kontinuitätsgleichung der Hydromechanik mit den differentiellen Gleichgewichtsbedingungen der Statik, so gibt es jedoch eine termweise Übereinstimmung. Der Geschwindigkeitsvektor entspricht einem Kraftflussvektor. Die integrierten Kraftflussvektoren liefern die Kraftflusslinien. Diese verlaufen zwischen dem Ort der Krafteinleitung und dem Ort des reaktiven Lagers. Lastfreie Ränder werden von den Kraftlinien nur tangiert.

Der Aufwand für die Visualisierung der Kraftflusslinien ist gering. Zwischen den Kraftflussvektoren und den Spannungskomponenten aus FEM-Programmen bestehen einfache Beziehungen. Die Integration der vektoriellen Richtungsfelder kann mit grafischer Standardsoftware zu Kraftflusslinien durchgeführt werden. Der Einsatz einer Spezialsoftware ist an keiner Stelle erforderlich. An zahlreichen Beispielen wird die quantitative Erfassung des Kraftflusses demonstriert und ihr Nutzen insbesondere für den Stahlbau aufgezeigt.