Browsing by Author "Eligehausen, Rolf (Prof.)"

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Ein Verbundelement für nichtlineare Finite-Elemente-Analysen - Anwendung auf Übergreifungsstöße
(2006) Lettow, Steffen; Eligehausen, Rolf (Prof.)
Mit der Weiterentwicklung der elektronischen Datenverarbeitung findet auch die rechnergestützte Tragwerk-Analyse mittels der Finite Elemente Methode (FEM) immer größeren Einzug in Forschung und Praxis. Nichtlineare dreidimensionale FE Programme werden zur wirklichkeitsnahen Simulation von Stahlbetonbauteilen eingesetzt, um deren Trag- und Verformungsverhalten zu untersuchen und Bemessungsregeln zu optimieren. Die Funktion des Verbundwerkstoffes Stahlbeton beruht auf der Interaktion (Verbund) zwischen Bewehrung und umgebenden Beton. Damit beeinflussen die Verbundeigenschaften der Bewehrung wesentlich die Rissentwicklung in einem Stahlbetonbauteil sowie die globalen Tragwerksverformungen. In umfangreichen numerischen Studien von komplexen Stahlbetonbauteilen ist eine detaillierte, dreidimensionale Modellierung der Bewehrungsstäbe meist nicht durchführbar. Deshalb ist eine möglichst einfache Realisierung der Verbundwirkung durch eindimensionale Stahlelemente in Kombination mit einem geeigneten Verbundelement erforderlich. Das zugehörige Verbundelement-Modell muss, bei einfacher Anwendung und zahlreichen Einsatzmöglichkeiten, gleichzeitig die wesentlichen Verbundeigenschaften und die Einflüsse veränderlicher Faktoren mit einbeziehen. Mit einem geeigneten Ansatz für die Verbundelemente besteht die Möglichkeit mit relativ geringem Modellierungs- sowie Rechenaufwand das Verbundverhalten in unterschiedlichen Stahlbetonbauteilen zu simulieren. Für die realistische Simulation des Verhaltens von Stahlbeton wurde ein neues diskretes Verbundelement in ein dreidimensionales nichtlineares FE Programm implementiert. Das verwendete Verbundelement-Modell basiert auf einer vereinfachten Verbundspannungs-Relativverschiebungs-Beziehung und berücksichtigt veränderliche Verbundeinfluss-Faktoren wie Spannungs- und Dehnungszustände in der Bewehrung und dem umgebenden Beton. Zur Kalibrierung der Modell-Parameter sowie zur Überprüfung der Anwendbarkeit des Verbundelements wurden numerische Vergleichsuntersuchungen zum Verbundverhalten bei Scherbruch- und Sprengrissversagen sowie bei verschiedenen Einflüssen und Randbedingungen durchgeführt. Zur Validierung der in den numerischen Studien ermittelten Modell-Parameter und der Anwendungsmöglichkeiten der Verbundelemente wurden Ergebnisse von Versuchen verwendet, in welchen eine Kombination wesentlicher Verbundeinflüsse vorlag. Die Anwendbarkeit der neuen diskreten Verbundelemente wurde in einer numerischen Studie zum Verhalten von zugbeanspruchten Übergreifungsstößen gezeigt. Dabei wurden Stöße bei verschiedenen Brucharten untersucht und besonderes Augenmerk auf den Einfluss von Betondruckfestigkeit, Übergreifungslänge und Querbewehrung gelegt. Die numerischen Ergebnisse wurden mit den aus der Literatur bekannten Ansätzen zur Berechnung der Bruchstahlspannung von Übergreifungsstößen verglichen. Basierend auf diesen Untersuchungen wurde ein modifizierter Ansatz vorgelegt und damit ermittelte Bruchstahlspannungswerte wurden abschließend mit Werten einer Datenbank, bestehend aus vorhandenen experimentellen Ergebnissen, verglichen.