Die in der nichtlinearen Berechnung verwendete Theorie wird als CDP bezeichnet und ist im theoretischen Hintergrund [4] beschrieben. Das Materialmodell ist Bestandteil der ABAQUS-Bibliothek für die Betonsimulation.
Die Simulation wurde beendet, als das Modell seine maximale Tragfähigkeit erreicht hatte und anschließend in den plastischen Zustand und den postkritischen Zustand überging, wie auf der Last-Verformungs-Kurve zu beobachten ist. In diesem Fall wurden keine vordefinierten Abbruchkriterien angewendet, wie es beim CSFM der Fall ist.
Annahmen und Eigenschaften des Modells:
- Verwendet Konzepte der isotropen geschädigten Elastizität in Verbindung mit isotroper Zug- und Druckplastizität zur Beschreibung des inelastischen Verhaltens von Beton.
- Es ist für Anwendungen konzipiert, bei denen Beton unter niedrigen Einspanndrücken monotoner, zyklischer und/oder dynamischer Belastung ausgesetzt ist.
- Besteht aus der Kombination von nicht-assoziierter Mehrfach-Verfestigungsplastizität und skalarer (isotroper) geschädigter Elastizität zur genauen Beschreibung der irreversiblen Schäden, die während des Bruchprozesses auftreten.
- Druckerweichung und Zugverfestigung werden unter der Annahme eines vollständigen Verbunds für unabhängig modellierte Bewehrungsstäbe eingesetzt.
- Gesamtanzahl der Knoten: 46.003
- Gesamtanzahl der Elemente: 37.892
- 27.600 lineare hexaedrische Elemente C3D8 – vollständige Integration, Elementlöschung aktiviert
- 10.192 lineare Linienelemente T3D2
- Netzgröße – 50 mm am Beton und an den Bewehrungen
- Die Zwischenschicht zwischen druckbeschränkten Randbedingungen, die den Boden und den Betonfundamentstreifen darstellen, liefert Informationen über den Kontaktstatus und die Kontaktspannung.
- Eine dünne Schicht von 10 mm mit einem Elastizitätsmodul von 1.000 MPa zur Simulation einer Zwischenschicht für die Ergebnisausgaben des Bodendrucks.
34) Modell + Bewehrungen, Netz
Materialmodelle für Beton-Schädigungs-Plastizität
Die Entwicklung des Materialmodells unter Druck zeigt Druckerweichung nach Erreichen von 20 MPa, während es unter Zug einen Wert von 0,2 MPa aufweist, der näherungsweise eine Zugfestigkeit von null simuliert. Dieser exakte Nullwert führt zur Divergenz des Modells.
35) Materialmodelle für Beton unter Druck, Zug und Bewehrung
Beton-Schädigungs-Plastizität – Low-Stiffness-Soil (LSS)(GMNA)
Die auf das Modell aufgebrachte Grenzkraft beträgt -2.029 kN. Die minimale (Druck-)Dehnung beträgt -0,04 und befindet sich im Bereich der Verbindung von Stütze und Fundament. Demgegenüber wird die maximale (Zug-)Dehnung an der Unterseite des Fundaments mit einem Wert von 0,105 festgestellt. Übermäßige Druckdehnungen wurden als primärer Versagensmechanismus bewertet, der durch Betonquetschen gekennzeichnet ist.
36) Maximale aufgebrachte Kraft, minimale Hauptspannung
37) Minimale plastische Dehnung, maximale plastische Dehnung
38) Schädigung unter Zug, Schädigung unter Druck
Hinsichtlich der Bewehrungskapazität wurde die Analyse bei einer plastischen Dehnung von 6 % an den Bewehrungsstäben beendet, was einer Von-Mises-Spannung von 439 MPa entspricht. Die Längsstäbe, die querliegenden horizontalen Bügel und die Bügelschenkel werden im Verfestigungsast des Diagramms beansprucht. Ein gleichzeitiges Versagen sowohl der Längs- als auch der Querkraftbewehrung wird beobachtet. Diese Wechselwirkung führt zu einem kombinierten Versagensmechanismus, bei dem die Längsstäbe Biegung erfahren, die Bügel infolge von Querbiegung auf Zug beansprucht werden und die vertikalen Bügelschenkel, die Querkräften im Beton ausgesetzt sind, axialen Zugriss erleiden.
39) Spannung in den Bewehrungen
40) Nichtlineare Durchbiegungen
41) Kontaktfläche und Kontaktspannung
Beton-Schädigungs-Plastizität – High-Stiffness-Soil (HSS)(GMNA)
Die auf das Modell aufgebrachte Grenzkraft wurde mit -4.181 kN dokumentiert. Die minimale (Druck-)Dehnung beträgt -0,0175, was einer Reduzierung von ca. 56 % gegenüber den im LSS erfassten Werten entspricht. Eine bemerkenswerte Änderung wird hinsichtlich der Lage dieser Dehnung festgestellt: Sie verlagert sich an die Unterseite des Fundaments anstatt an die Schnittstelle zwischen Stütze und Fundament. Diese Verlagerung ist in erster Linie auf die Dominanz der Vertikalspannung zurückzuführen, die zur Umlagerung der Spitzendehnung geführt hat. Gleichzeitig wird die maximale (Zug-)Dehnung an der Unterseite des Fundaments mit einem Wert von 0,0451 beobachtet.
Die Reduzierung der Dehnungswerte ist auf die erhöhte Steifigkeit des Bodens, Einspannungsphänomene und geringere Verformungen im Vergleich zum LSS zurückzuführen. Darüber hinaus erreicht die eingeschlossene Spannung im Beton einen Wert von -166 MPa. Die eingeschlossene Dehnung verdeutlicht das postkritische Verhalten des Betons, einschließlich Druckerweichung und Betonquetschen.
42) Maximale aufgebrachte Kraft, minimale Hauptspannung
43) Minimale plastische Dehnung, maximale plastische Dehnung
44) Schädigung unter Zug, Schädigung unter Druck
Die Spannungskonzentration ist überwiegend unterhalb des Stützenbereichs zentriert, was zu erhöhten Kontaktspannungen von 3,41 MPa und einem signifikanten Querkraftgradienten führt. Diese Bedingung erhöht die Wahrscheinlichkeit eines Durchstanzversagens. Die Längsbewehrungsstäbe und Bügel spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufnahme des plastischen Verhaltens. Die lokalisierte Spannung führt zu Fließen in der unmittelbaren Umgebung des Stützenbereichs auf dem Fundamentstreifen. Die Zugkräfte in den Bewehrungsstäben, die aus der Biegung des Fundaments in beiden Richtungen resultieren, kombiniert mit der Querkraftbeanspruchung, die von den vertikalen Bügelschenkeln aufgenommen wird, tragen zur Entstehung von Plastizität bei. Die primäre Versagensart ist durch zuginduzierte Spannung entlang der Bewehrungsstäbe gekennzeichnet.
45) Spannung in den Bewehrungen
46) Nichtlineare Durchbiegungen
47) Kontaktfläche und Kontaktspannung