Theoretische Grundlagen
Das Steifemodulverfahren bildet die wechselseitige Beeinflussung zwischen Fundamentplatte und Boden durch eine iterative Kopplung von Sohlspannungen, Setzungen und Bettungsparametern ab.
Ausgangspunkt sind Bettungswerte, mit denen eine erste FE-Berechnung zur Bestimmung der Sohlspannungsverteilung durchgeführt wird. Anschließend werden die Setzungen im elastischen Halbraum nach Boussinesq berechnet, wobei die Spannungen schichtweise integriert werden. Daraus werden aktualisierte vertikale und schubwirksame Bettungsparameter abgeleitet, für die eine weitere FE-Berechnung erfolgt. Die Iteration wird so lange wiederholt, bis die Änderungen von Setzungen und Spannungen die Konvergenzschwelle unterschreiten.
Weiterführende Informationen hierzu bietet das Online-Handbuch für das Add-On Geotechnische Analyse:
Gegenstand der Analyse
Für die dargestellte Bodenplatte soll die statische Analyse unter Einbeziehung der Boden-Bauwerk-Interaktion mittels Anwendung des Steifemodulverfahrens durchgeführt werden.
Bodenabbildung
Die Eingabe für den Bodenaufbau erfolgt in den Schritten
- Erstellen der Bodenmaterialien basierend auf Bibliotheksmaterial
- Beschreibung des Bodenaufbaus mittels Bohrprofilen
- Anlegen des Bodenmassivs.
Die nachfolgende Bilderserie fasst den Ablauf kurz und knapp zusammen. Eine ausführliche Beschreibung des Vorgehens finden Sie im Fachbeitrag KB 1699 | Bodenkörper aus Bodenproben erzeugen in RFEM 6:
1. Steifemodulverfahren als Typ der Bodenabbildung
Die Grundlage für die Anwendung des Steifemodulverfahrens bildet das Bodenmassiv.
Im Feld „Typ der Bodenabbildung” des Bodenmassivs kann anschließend die numerische Methode für die Bodenabbildung ausgewählt werden.
Im Dropdown-Menü wird das Steifemodulverfahren (1) gewählt.
Es erscheint ein zusätzlicher Abschnitt "Einstellungen" (2), in dem weitere Einstellungen und Optionen zusammengefasst sind.
2. Zu lagernde Fläche(n)
In den Einstellungen für das Streifenmodulverfahren wird die Zuordnung der zu lagernden Flächen vorgenommen. In diesem Beispiel werden die Standardeinstellungen für die weiteren Einstellungen übernommen.
Die Eingabe kann mit „OK” bestätigt werden. Der Bodenaufbau ist nun fertig modelliert.
3. Generierte Lagerung
Das Steifemodulverfahren generiert das Flächenlager sowie Linienlager an den Randlinien.
Die angelegten Lager sind in den Typen für Flächen bzw. Linien aufgeführt und werden am Modell grafisch dargestellt. Die Koeffizienten der Lagerung werden im Zuge der statischen Analyse ermittelt.
Analyse
Im vorliegenden Beispiel sollen die Lastkombinationen vom Assistenten generiert werden, sodass das Steifemodulverfahren jeweils für die Kombinationen der quasi-ständigen Bemessungssituation durchgeführt wird.
Für alle weiteren Bemessungssituationen soll die Lagerung aus der zugehörigen quasi-ständigen Kombination übernommen werden.
Dies wird im Kombinationsassistenten entsprechend eingestellt, wie die nachfolgende Bildserie zeigt.
Die generierten Lastkombinationen sind in der nachfolgenden Bilderserie exemplarisch veranschaulicht.
Das Steifemodulverfahren ist für alle Lastkombinationen der quasi-ständigen Situation aktiv. Für alle Kombinationen der übrigen Bemessungssituationen wurde hingegen die Übernahme der Lagerung aus der zugehörigen quasi-ständigen Lastkombination eingestellt. Für diese wird eine statische Analyse ohne Steifemodulverfahren durchgeführt.
Nun kann das Modell berechnet werden.
Ergebnisse
Nach der Statischen Analyse kann im Ergebnis-Navigator für die Flächen das Ergebnis "Koeffizienten der elastischen Lagerung" gewählt werden, sodass die ermittelten Bettungswerte Cu,z, Cvx,z bzw. Cv,yz grafisch dargestellt werden, wie es im folgenden Bild gezeigt ist.
Weiterhin kann unter Lagerreaktionen das Ergebnis für die "Koeffizienten der elastischen Lagerung" der Linienlager gewählt und damit in der Grafik veranschaulicht werden.
Fazit
Mithilfe des Steifemodulverfahrens lässt sich die Boden-Bauwerk-Interaktion effizient berücksichtigen und damit die Ergebnisqualität der Finite Elemente Analyse gegenüber der konstanten Flächenbettung deutlich verbessern lässt.