Die in der nichtlinearen Lösung verwendete Theorie wird als 3D CSFM bezeichnet und ist im theoretischen Hintergrund [3] beschrieben. Alle Voraussetzungen für das entworfene Berechnungsverfahren werden dort ausführlich erläutert.
Annahmen und Eigenschaften des Modells:
- Materiell nichtlineare Analyse (MNA)
- 3D-Lösung – Volumenelemente.
- Mohr-Coulomb-Plastizitätstheorie – Nullwinkel der inneren Reibung für das Betonverhalten.
- Nur-Druck-Flächenlager (geringe/hohe Steifigkeit).
- Symmetrierandbedingungen sind an den linken und rechten Rändern des Fundamentstreifens angeordnet.
- Eine dicke Platte von 100 mm auf der Oberseite der Stütze zur Reduzierung lokaler Spannungskonzentrationen unterhalb der Einzellast.
- Verbundmodell und Zugverfestigung werden berücksichtigt.
- Spannungsmehrachsigkeit und Einschnürungseffekt.
- Druckerweichung ist nicht Bestandteil der implementierten Lösung.
- Netzfaktor 1 – empfohlene Berechnungseinstellungen.
23) 3D-Modell + Anordnung der Bewehrungsstäbe
3D CSFM – Low-Stiffness-Soil (LSS)
Die im Modell erreichte maximale Axialkraft betrug -980 kN infolge von Versagensmechanismen, die den Zugbruch der Längsbewehrung im Umfangsbereich der Stütze umfassen. Quere Druckkräfte werden durch die Bügel aufgenommen, die in der Stützenzone während des Fließens ausgenutzt werden und zu einem zusätzlichen Versagensmechanismus der horizontalen Bügelschenkel beitragen, der durch transversale Zugspannungsentwicklungen verursacht wird, die in der ebenen Spannungslösung nicht erfasst werden können. Überdrückung und Quetschen des Betons treten im Übergangsbereich zwischen Stütze und Fundament auf. Der Einschnürungseffekt ist in diesem Bereich lokalisiert, basierend auf dem Bewehrungseffekt und der Steifigkeit des Fundamentstreifens. Der Versagensmechanismus umfasst das Quetschen des Betons, den Zugbruch der Längsbewehrung und die horizontalen Bügelschenkel unter Zug.
24) Maximale aufgebrachte Kraft, Versagensmechanismen und Querspannungsverteilung
25) Minimale Hauptspannung Sigma 3, Einschnürungseffekt – Verhältnis zwischen dreiachsiger und einachsiger Spannung
26) Plastische Druckdehnung und Spannung in der Bewehrung
27) Detaillierte Erfassung kritischer Spannungen an den Längsstäben und Bügeln
28) Nichtlineare Durchbiegungen
3D CSFM – High-Stiffness-Soil (HSS)
Die vom Fundamentstreifen aufgenommene Kraft erreichte -2.116 kN, was einer etwa 215 % höheren Tragfähigkeit als bei LSS entspricht. Der Versagensmechanismus umfasst das Quetschen des Betons, den Zugbruch der Längsbewehrung und die horizontalen Bügelschenkel unter Zug.
29) Maximale aufgebrachte Kraft, Versagensmechanismen und Querspannungsverteilung
30) Minimale Hauptspannung Sigma 3, Einschnürungseffekt – Verhältnis zwischen dreiachsiger und einachsiger Spannung
31) Plastische Druckdehnung im Beton und Spannung in der Bewehrung
Die maximale Schubspannung an den inneren geschlossenen Bügeln hat einen Wert von 298 MPa erreicht, was innerhalb des durch das Material definierten elastischen Bereichs liegt. Diese Beobachtung führt zu dem Schluss, dass Durchstanzversagen nicht der vorherrschende Versagensmechanismus in diesem speziellen Fall war.
32) Detaillierte Erfassung kritischer Spannungen an den Längsstäben und Bügeln
33) Nichtlineare Durchbiegungen