Ankündigung

Einklappen
Keine Ankündigung bisher.

Verbundträger im plastischen Bereich

Einklappen
X
 
  • Filter
  • Zeit
  • Anzeigen
Alles löschen
neue Beiträge

  • Verbundträger im plastischen Bereich

    Sehr geehrte Forumsmitglieder,

    für meine Masterthesis möchte ich die Ergebnisse aus Belastungsversuchen an Verbundträgern nachstellen. Dabei wurden die Träger bis zum Versagen belastet. Meine Zielgröße ist dabei zunächst die Verformung in Feldmitte. Ich habe ein Stabwerksmodell erstellt mit plastischen Materialeigenschaften. Die Verformungen im elastischen Bereich stimmen mit den gemessen zu fast 100% überein. Die Belastung im plastischen Bereich liefert ( je nach Iterationsanzahl) viel zu hohe Verformungen und ich komme nicht weiter. Daher bin ich für jede Anmerkung, Hinweis etc. sehr dankbar.

    Zur Modellbeschreibung:

    Das Modell besteht aus dem unteren Stahlträger, der oberen Betonschicht, den unteren und oberen Bewehrungseisen (zusammengefasst je als ein Stab), der Verbindungsstäben unendlicher Steifigkeit und der Verbundfuge, dargestellt als Querkraftgelenk innerhalb der Verbindungsstäbe.

    Click image for larger version  Name:	1.png Views:	3 Size:	5.2 KB ID:	3106







    Stahlträger:

    HEB 400

    fy = 28,4 kN/cm² in Versuchen ermittelt

    E = 21066,1 kN/cm² in Versuchen ermittelt



    Bewehrungseisen:

    Bewehrt wurden unten und oben d12 - 10 . Die Bewehrungseisen wurden zu einem Rundstab zusammengefasst.



    fy und E nach Eurocode




    Betonschicht:



    fc = 6 kN/cm² in Versuchen ermittelt

    E = 2810 kN/cm² in Versuchen ermittelt

    Die Zugfestigkeit sowie die maximalen Dehnungen sind aus dem Eurocode abgeleitet und können variiert werden.



    Querkraftgelenk:

    Die Werte wurden aus einer Dübelkennlinie entnommen.

    Click image for larger version  Name:	q1.png Views:	3 Size:	49.9 KB ID:	3107


    Belastung:

    Belastet wurden die Träger mit einer Zylinderlast in Feldmitte, im elastischen Bereich F = 660 kN, im plastischen Bereich F = 1077kN.

    Verformungen:

    Bei F = 660 kN, w = 13 mm ( stimtm relativ gut überein mit FE-Modell )
    F= 1077 kN , w = ~ 95 mm ( das FE-Modell liefert mir hier keine brauchbaren Ergebnisse => die Verformungen sind viel zu hoch )




    Ich bin mir relativ sicher, dass der Fehler bei der Modellierung der Betonschicht und der Bewehrung liegt. Die obere Bewehrung nimmt in meinem Modell viel zu viel Normalkraft auf, was ich nicht verstehe, da die aufzunehmende Normalkraft ja begrenzt sein sollte durch das plastische Materialmodell. Auch bin ich mir unsicher, ob das Aufreißen des Betons mit dem Stabmodell überhaupt ausreichend ist und ob die Betonschicht nicht durch ein Flächenmodell abgebildet werden sollte.

    Über jeden Hinweis Anmerkung Fehler usw. wäre ich sehr dankbar.

    Zur Vollständigkeit habe ich hier auch die RFEM Datei hochgeladen.

    S1-40_ohne_Ergbenisse.rf5
    Zuletzt geändert von mas2020; 08.06.2020, 14:22.

  • #2
    Hallo mas2020.

    Ich habe mir das Modell genauer angesehen und habe einige Anmerkungen dazu.

    Laststufen

    Das Modell hat einige schwierige Nichtlinearitäten. Deswegen ist es grundsätzlich besser, die Belastung nicht in einem Schritt, sondern in mehreren Stufen aufzubringen.

    In RFEM gibt es eine Funktion, die die Anzahl der notwendigen Laststufen automatisch sehr gut abschätzt:

    Automatische Laststufen in RFEM

    Starrstäbe

    Zur Kopplung des Stahlträgers mit der Deckenplatte hatten Sie Steifigkeitsstäbe benutzt und für diese eine sehr hohe Steifigkeit definiert. Das kann zu numerischen Problemen führen.

    Besser ist es, Starrstäbe zu verwenden:

    Starrstäbe

    RFEM berechnet die notwendige Steifigkeit automatisch, was in den meisten Fällen sehr gut funktioniert.

    Wie genau die Steifigkeit für die Starrstäbe berechnet wird, ist hier nachzulesen:

    https://www.dlubal.com/de/support-un...ort/faq/000401

    III. Ordnung

    Die Knotenverdrehungen, die in dem Modell auftreten, sind recht groß. Deswegen ist es besser, die Berechnung nach Theorie III. Ordnung durchzuführen.

    III. Ordnung

    Statisch bestimmtes System

    Die Verformungen im LF 2 sind nicht realistisch, weil die Berechnung nicht konvergiert. Nach der Berechnung wird auch eine entsprechende Warnung angezeigt.

    Der Grund dafür ist, dass im LF 2 bereits die Traglast des Systems überschritten ist.

    Bei dem Modell handelt es sich um einen Einfeldträger. Das ist ein statisch bestimmtes System. Wenn sich in der Trägermitte ein Fließgelenk ausbildet, dann wird das System sofort instabil. Es können sich keine Kräfte umlagern.

    Die Instabilität äußert sich darin, dass das Modell nicht konvergiert.

    Ich habe mich mal etwas an den Punkt herangetastet, an dem das Modell instabil wird. Dazu habe ich Kopien des LF 2 angelegt und diese mit Faktoren versehen.

    Lastfaktor

    Die Traglast des Modell liegt bei ca. 88% des LF 2.

    Ich vermute, die Kraft im LF 2 war die, bei der das Modell im Versuch versagte. Das RFEM-Modell unterschätzt die Traglast etwas. Ein Grund dafür könnten sein, dass für Stahl ein bilineares Spannungs-Dehnungs-Diagramm verwendet wurde. Das unterschätzt die Tragfähigkeit nach dem Ende der Lüdersdehnung.

    Weggesteuert?

    Es gibt einen Trick, mit dem sich das Problem mit dem statisch bestimmten System umgehen lässt. In der 2. angehängten Datei habe ich das demonstriert.

    Statt der Last in Feldmitte habe ich dort ein zusätzliches Lager eingefügt. Als Belastung gebe ich an dieser Stelle eine Knotenzwangsverschiebung auf. Aus der Auflagerkraft kann ich ablesen, welche Kraft zu dieser Verschiebung im ursprünglichen System geführt hätte.

    weggesteuerte Berechnung

    Erzeugt man mehrere Lastfälle mit stufenweise ansteigenden Zwangsverschiebungen, dann kann man sehr leicht ein Last-Verformungs-Diagramm erstellen.

    Viele Grüße
    Frank Faulstich
    Support Team der
    Dlubal Software GmbH
    info@dlubal.com
    https://www.dlubal.com

    Kommentar


    • #3
      Hallo Herr Faulstich,

      vielen Dank für die ausführliche Antwort. Ich habe Ihre Anmerkungen in mein Modell eingebaut. Das Modell läuft nach Theorie II. Ordnung stabil. Nach Theorie III. Ordnung erhalte ich selbst bei einer sehr geringen Last und stufenweise ansteigender Belastung eine Instabilität. Das gilt auch wenn ich die Last als Zwangsverschiebung aufgebe.

      Gibt es noch andere Möglichkeiten das System stabil nach III Ordnung zu berechnen?

      Ich möchte aus den Dehnungen und Krümmungen des Modells die Randdehnungen des Stahlträgers und der Betonschicht berechnen und anschließend mit denen der Versuche vergleichen. Dabei sind mir Dehnungs- und Krümmungsverläufe aufgefallen, für die ich keine Erklärung habe. Hier einige Beispiele:

      Dehnung Betonschicht:



      Krümmung Stahlträger:




      Können Sie sich erklären, wie diese Verläufe entstehen? Es nehme an, es handelt sich um ein numerisches Problem?

      Zur Vollständigkeit habe ich hier auch die aktuelle RFEM Datei hochgeladen.




      Vielen Dank!

      Angehängte Dateien

      Kommentar


      • #4
        Hallo, ich habe eine Datei angehangen, bei der die Berechnung nach Theorie III. Ordnung für die LK 4 möglich ist.

        Ich habe die Anzahl der Laststufen auf 1 gestellt. Bei nichtlinearem Materialverhalten mit Nichtlineaen Effekten wie Reißen sollte man nur eine Laststeigerung verwenden.

        Allerdings ist der Lastfall nur dann stabil, wenn maximal 94% der Last aufgebracht werden.

        Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: 5290.png
Ansichten: 27
Größe: 78,7 KB
ID: 3129

        Das Modell kann also die Belastung nicht aufnehmen.

        Leider ist beim Anhängen der Bilder etwas schief gegangen. Können Sie es bitte noch einmal versuchen.

        Viele Grüße
        Frank Faulstich
        Support Team der
        Dlubal Software GmbH
        info@dlubal.com
        https://www.dlubal.com

        Kommentar

        Lädt...
        X