Steifigkeitsparameter der Bodenmaterialmodelle
Fachbeitrag
Das Add-on Geotechnische Analyse stellt RFEM zusätzliche spezifische Bodenmaterialmodelle zur Verfügung, die in der Lage sind, das komplexe Bodenmaterialverhalten geeignet abzubilden. Der vorliegende Fachbeitrag soll als Einführung dienen und aufzeigen, wie die spannungsabhängige Steifigkeit von Bodenmaterialmodellen ermittelt werden kann.
Einführung
Boden weist ein hochgradig nichtlineares Materialverhalten auf. Eine der maßgeblichen Eigenschaften ist dabei die Spannungsabhängigkeit der Bodensteifigkeit. Das nichtlinear elastische Bodenmaterialmodell ist geeignet, diese spannungsabhängige Steifigkeit abzubilden.
Sobald im Programm der Materialtyp "Boden" eingestellt und das nichtlinear elastische Materialmodell "Isotrop | Boden | Nichtlinear elastisch (Volumenkörper)" gewählt ist, steht ein spezifisches Eingaberegister zur Verfügung (Bild 1).
Spannungsabhängigkeit der Steifigkeit
Das oben gezeigte Register (Bild 1) bietet in der Grafik eine schematische Darstellung der Spannungs-Dehnungs-Beziehung von Boden. Die verwendete Spannungsabhängigkeit ist für den Ödometrischen Modul mit der nachfolgenden Gleichung, gemäß [1], formuliert. Diese entspricht dem Ansatz, der im Hardening-Soil-Modell zur Anwendung kommt.
Ödometrischer Modul der Erstbelastung
Die Scherfestigkeiten, φ und c, (Bild 1 (1)) können unmittelbar dem Geotechnischen Bericht eines jeweiligen Projektes entnommen werden. Weiterhin werden die folgenden Parameter (Bild 1 (2)) benötigt.
- Eoed,ref - Referenzwert des Ödometrischen Tangentenmoduls
- pref - Referenzspannung
- m - Exponent für Spannungsabhängigkeit
Die Spannungsabhängigkeit wird durch den Exponenten m gesteuert, der sowohl im Ödometerversuch als auch im Triaxialversuch gemessen werden kann. Typische Werte für Sand sind m = 0,5 und für Ton m = 1,0. Der Referenzwert der Erstbelastungssteifigkeit Eoed,ref des Modells kann aus den Steifemoduli des Geotechnischen Berichtes mithilfe von pref und m abgeleitet werden.
Bestimmen der Parameter Eoed,ref, pref & m
In diesem Abschnitt wird nun das Bestimmen der Parameter für das Materialmodell anhand eines Beispiels gezeigt. Aus dem Baugrundgutachten des Beispiels geht die folgende Bodenschichtung hervor.
Die Berechnung wird in folgenden Schritten durchgeführt:
- 1. Vorhandene Spannungen im initiellen Zustand ermitteln
Aus den Bodenkennwerten der Schichten und den Schichthöhen kann der effektive Überlagerungsdruck σv‘ für die jeweilige Tiefe ermittelt werden.
- 2. Steifigkeit des Bodens gemäß Geotechnischem Bericht
Das Steifigkeitsprofil des Bodens entlang der Tiefe ist aus dem Geotechnischen Bericht bekannt.
- 3. Steifigkeit mit der Formel des Materialmodells
Die Parameter des Materialmodells werden so eingestellt, dass das aus dem Materialmodell resultierende Steifigkeitsprofil eine gute Übereinstimmung mit dem des Gutachtens aufweist.
Damit ergeben sich für das Beispiel die in Bild 3 tabellarisch zusammengestellten Spannungen und Steifigkeiten.
Ergebnis
Das folgende Bild 4 zeigt den Verlauf der ödometrischen Steifigkeit über die Tiefe im Anfangsspannungszustand, wie er sich aus der Formel des Materialmodells ergibt und in der FE-Analyse verwendet wird. Zum Vergleich ist das Steifigkeitsprofil aus dem geotechnischen Bericht dargestellt.
Es wird deutlich, dass die angesetzten Steifigkeitswerte Eoed das Steifigkeitsprofil des Geotechnischen Berichtes gut wieder geben.
Autor
Dipl.-Ing. Juliane Stopper-Akdag
Product Engineering & Customer Support
Frau Stopper betreut die Anwender im Kundensupport und beschäftigt sich mit der Entwicklung im Bereich Geotechnik.
Schlüsselwörter
Boden Geotechnik Materialmodelle Parameter Steifigkeit
Literatur
Links
Schreiben Sie einen Kommentar...
Schreiben Sie einen Kommentar...
- Aufrufe 751x
- Aktualisiert 15. September 2023
Kontakt
Haben Sie Fragen oder brauchen Sie einen Rat? Kontaktieren Sie uns über unseren kostenlosen E-Mail-, Chat- bzw. Forum-Support oder nutzen Sie die häufig gestellten Fragen (FAQs) rund um die Uhr.
Neu
Einfluss der verschiedenen Integrationsmethoden auf die Berechnung einer Platte aus Stahlfaserbeton
Dieser Artikel beschreibt für Sie den Einfluss der verschiedenen Integrationsmethoden auf die Berechnung einer Platte aus Stahlfaserbeton.
- Wie können Flächen an anderen Flächen bzw. Stäben gelenkig/nachgiebig angeschlossen werden? Was sind Liniengelenke und Linienfreigaben?
- Wie kann ich die Verformungen aus einem LF/ einer LK oder einem Bauzustand zu 0 setzen?
- Ich habe ein 3D-Modell und versuche dieses mit dem Gebäudemodell in 'Wände' und 'Flächen' zu zerlegen und diese isoliert zu berechnen. Mein System wird aber instabil. Woran kann dies liegen?
Produkte zu diesem Thema
Zusätzliche Analysen
Das Add-On Geotechnische Analyse ermittelt in RFEM anhand der Kennwerte aus Bodenproben den zu analysierenden Bodenkörper. Die realistische Erfassung der Baugrundverhältnisse beeinflusst die Qualität der statischen Analyse von Bauwerken maßgeblich.
1.250,00 EUR
