Nichtlineare Finite Element Analyse

Die nichtlineare Finite Element Analyse von Stahl-Spannbetontragwerken ermöglicht die Ausnutzung von Traglastreserven und erlaubt die detaillierte Analyse des Last-Verformungsverhaltens. Das zugrunde liegende nicht lineare Berechnungsmodell basiert auf dem von Marti et al. [1] an der ETH Zürich entwickelten gerissenen Scheibenmodell und dem von Kollegger [2] vorgeschlagenen Schichtenmodell. Schlaff bewehrte und vorgespannte Scheiben, Schalen/Platten und Balkentragwerke sowie Kombinationen davon können damit auf einer einheitlichen Modellvorstellung berechnet werden. Grundlegende Aspekte unserer nichtlinearen Finite Element Analyse sind:

  • Einheitliche Werkstoffmodellvorstellung für Stahlbeton
    (gerissenes Scheibenmodell von Kaufmann / Marti [1])
  • Einheitliches finites Element für Scheiben, Platten/Schalen und Balken
    (Schichtenmodell / Shell181 von Ansys)
  • Detaillierte Berechnungsresultate ausgewertet für die Ingenieuranwendung.

Die Möglichkeiten und Grenzen unserer nicht linearen finite Element Analyse sind im Flyer zusammenfassend aufgezeigt. Details zum zugrunde liegenden Stahlbetonwerkstoffgesetz und ein Vielzahl von Versuchsnachrechnungen  sind in [3] – [5] zu finden.

Wesentlicher Aspekt jeder nicht linearen Finiten Element Analyse ist die Einhaltung der Normanforderungen hinsichtlich Sicherheit. Die von uns durchgeführten Berechnungen basieren auf einer Sicherheitsanalyse nach der ECOV-Methode oder der PSF-Methode [6]. Die Wahl der Sicherheitsanalyse hängt von der Fragestellung ab und die Anforderungen werden zusammen mit dem Kunden festgelegt.

Grundlagenpublikationen
[1] Marti, P.; Alvarez, M.; Kaufman, W.; Sigrist, V.: Tension Chord Model for Structural Concrete, ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 8, No. 4, November 1998, pp. 287-298.
[2] Kollegger, J.: Algorithmus zur Bemessung von Flächentragwerken unter Normalkraft- und Momentenbeanspruchung, Beton- und Stahlbetonbau, Vol. 86, No. 5, 1991, pp. 114-119.
[3] Thoma, K., Roos, P., Weber, M., Finite Elemente Analyse von Stahlbetonbauteilen im ebenen Spannungszustand, Beton- und Stahlbetonbau, Nr. 109, Heft 4, Ernst & Sohn, 2014, pp. 275-283
[4] Thoma, K., Roos, P.; Borkowski, G.:Finite-Elemente-Analyse von Stahlbetonplatten. Beton- und Stahlbetonbau, Vol. 109, No. 12, 2014, pp. 895-904.
[5] Thoma, K., Roos, P.; Borkowski, G.:Finite-Elemente-Analyse von Stahlbetonbalken. Beton- und Stahlbetonbau, (in review).
[6] Cervenka, V.: Reliability-based non-linear analysis according zu fib Model Code 2010, Structural Concrete, 14, 2013, Heft 1, pp. 19-28.