Spannungsba­sierte Bemessung von Stahlbetontrag­werken

Projektdaten

Kurzfassung

Das Forschungsziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Bemessungskonzepts für Tragwerke aus Stahlbeton, welches auf Spannungen basiert und dabei das nichtlineare Verhalten des Verbundwerkstoffs berücksichtigt. Die Arbeitshypothese ist, dass das Programm zu wirtschaftlicheren Bemessungsergebnissen führt als elastische spannungsbasierte Konzepte. Schnittgrößenbasierte Bemessungskonzepte sind bereits effizienter als rein elastische Bemessungen und werden als Referenz in Validierungs-Benchmarks dienen. Der angedachte Anwendungsbereich sind sehr gedrungene platten- bzw. schalenähnliche Strukturen sowie Tragwerke mit allgemeiner räumlicher Geometrie, bei denen eine schnittgrößenbasierte Bemessung nicht möglich ist. Die erste Projektphase konzentriert sich zunächst auf Probleme mit zweiaxialem Lastabtrag, z. B. wandartige Träger.

Die grundlegende methodische Idee des Projekts, das gemeinsam mit dem Institut für Baustatik und Baudynamik (IBB) der Universität Stuttgart durchgeführt wird, besteht darin, die erforderliche Bewehrungsmenge mit Hilfe eines FEM-Programms (Eigenentwicklung des IBB) in einer Art Wachstumsprozess zu generieren. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie konnte die Idee des automatisierten Bewehrungswachstums auf Basis materiell nichtlinearer Berechnungen bereits erfolgreich prototypisch an einem einfachen Zugstab umgesetzt und implementiert werden.

Die iterativen Berechnungen des Stahlbetontragwerks erfolgen unter Berücksichtigung des materiell nichtlinearen Verhaltens des Betons und des Stahls sowie deren nichtlinearer Wechselwirkung. Neben Normalkräften soll in den Bewehrungselementen auch Biegung auftreten können, insbesondere um die für die wirtschaftliche Ermittlung der Schubbewehrung wichtige Dübelwirkung abzubilden. Für die Modellierung der mechanischen Wechselwirkung zwischen Beton und Stahl im gerissenen Zustand unter Miteinbeziehung der Biegesteifigkeit der Bewehrung ist ein entsprechendes Bettungsmodell quer zur Stabachse zu abzuleiten, das auf Erkenntnissen aus experimentellen Versuchen beruht. Neben Fragen zur mechanischen und numerischen Modellbildung für die strukturmechanischen Berechnungen gilt es auch ein Konzept (Kriterien/Regeln und algorithmische Umsetzung) zur Generierung von Bewehrung zu entwickeln. Abschließend erfolgt die systematische numerische und experimentelle Validierung des Gesamtkonzepts..