Bestimmung und Validierung von Materialparametern für die nichtlineare Modellierung von Beton

Abstract

AbstractIn diesem Beitrag wird gezeigt, dass mit den in der weit verbreiteten Software ANSYS Mechanical standardmäßig implementierten Materialmodellen das Tragverhalten von Beton‐ und Stahlbetonbalken zutreffend simuliert werden kann. Die notwendigen Materialparameter lassen sich mithilfe von Laborversuchen ermitteln. An Betonzylindern sind dies Versuche zur Bestimmung der Druck‐ und Spaltzugfestigkeit sowie des Elastizitätsmoduls. Die Bruchenergie wird an gekerbten Balken ermittelt. Dieser Versuch wird anschließend mit dem Drucker‐Prager‐Modell in Kombination mit Rankine‐Fließflächen und exponentieller Entfestigung nachgebildet. Bei Verwendung der experimentell ermittelten Materialparameter stimmt das berechnete Last‐Verformungs‐Verhalten gut mit den Messkurven überein. Eine Vergleichsrechnung mit normativ vorgeschlagenen Parametern überschätzt die Bruchenergie und somit die Traglast der Prüfkörper. Anschließend wird das numerische Modell anhand von Stahlbetonbalkenversuchen validiert. Das Modell mit den experimentell ermittelten Materialparamatern kann das Tragverhalten der Prüfkörper gut abbilden, jedoch wird auch deutlich, dass eine geeignete Modellierung des Verbundverhaltens wichtig ist. In diesem Fall wird das Tragverhalten der Balken mit Federelementen zwischen Beton‐ und Bewehrungsknoten am besten beschrieben. Ferner wird gezeigt, dass die Verwendung von reduziert bzw. voll integrierten Elementen einen großen Einfluss auf das simulierte Entfestigungsverhalten von Beton haben kann.