Bernhard WINKLER

Traglastuntersuchungen von unbewehrten und bewehrten Betonstrukturen auf der Grundlage eines objektiven Werkstoffgesetzes für Beton
2001

 

Kurzfassung

Traglastuntersuchungen von Betonstrukturen mit Hilfe der Methode der finiten Elemente ermöglichen die numerische Simulation des nichtlinearen Tragverhaltens bis zum Eintritt des Versagens. Hierbei spielt die mathematische Formulierung des Zug- und Druckversagens eine entscheidende Rolle. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines elasto-plastischen Werkstoffmodells für unbewehrten und bewehrten Beton, die experimentelle Verifizierung und die numerische Simulation des Tragverhaltens mit Hilfe der Methode der finiten Elemente.

Die vorliegende Arbeit beruht auf dem von Feenstra (1993) vorgeschlagenen elasto-plastischen Werkstoffmodell für biaxiale Spannungszustände. Das Materialverhalten des unbewehrten Betons wird mit Hilfe eines geeigneten Entfestigungsgesetzes unter Verwendung der spezifischen Bruchenergie als zusätzlicher Werkstoffparameter charakterisiert. Zur Beschreibung des Materialverhaltens des bewehrten Betons wird die einaxiale Spannungs- Dehnungs-Beziehung des eingebetteten Bewehrungsstabes lt. CEB-FIP MC 90 für biaxiale Spannungszustände und Beanspruchungsformen erweitert.

Infolge von Spannungsumlagerungen können innerhalb einer gerissenen Struktur lokale Entlastungszustände auftreten, die mit Hilfe eines isotropen skalaren Damage-Modells erfasst werden. Zuzüglich erfordern Spannungsumlagerungen und somit ein Wechsel der Beanspruchungsrichtung eine Beschreibung des Materialverhaltens, die auf vorhergehende Zug- bzw. Druckbeanspruchung Rücksicht nimmt. Dies kann durch eine Kopplung der beiden Versagensmechanismen mit Hilfe der Ver- bzw. Entfestigungsparameter realisiert werden.

 

 winkler

Versuchsaufbau

 

Zur Verifizierung des Werkstoffmodells wurden am Institut Versuche an unbewehrten und bewehrten Betonwinkeln durchgeführt. Die Betonwinkel haben eine Seitenlänge von jeweils 500 mm, eine Breite von 250 mm und eine Dicke von 100 mm. Die einseitig eingespannten Winkel wurden durch eine Einzellast beansprucht.  Das Versuchsprogramm umfasste vier Versuchsreihen.

In der ersten Versuchsreihe wurden unbewehrte Betonwinkel geprüft, in der zweiten Betonwinkel mit 2 horizontalen und vertikalen Bewehrungsstäben. Die Versuchskörper für die dritte und vierte Versuchsreihe wurden mit einem Bewehrungsgitter, das in einem Winkel von 0° bzw. 45° angeordnet wurde, bewehrt.

Die Vergleiche zwischen den experimentellen und numerischen Ergebnissen beinhalten die Ermittlung der Traglasten, der Rissverläufe und der Last-Verschiebungs-Diagramme vor und nach Erreichen der Traglast.