Modellierung von Baugrund-Tragwerk-Systemen für numerische Simulationen unter Berücksichtigung dynamischer Aspekte

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Udo F. Meißner
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 1998 bis 2003
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5463319

Die Entwicklung eines Strukturmodells für die Interaktion von Baugrund und Tragwerk ist wissenschaftliches Thema der Forschergruppe. Das Teilprojekt des vorliegenden Antrages befaßt sich mit der Modellierung und Netzgenerierung der BaugrundTragwerk-Struktur für die Finite-Element-Simulation. Die Diskretisierung großer Baugrund-Tragwerk-Strukturen mit finiten Elementen unter Berücksichtigung des komplexen geotechnischen Systems, des Bauablaufes sowie der zugehörigen Lasten und Randbedinungen muss mit einem fachgerechten Software-Werkzeug automatisch unterstützt werden. Ziel der Arbeit ist die Schaffung der dafür notwendigen Grundlagen, die Entwicklung der hierfür geeigneten Methoden und deren fachspezifische Erprobung.Im letzten Bearbeitungszeitraum sind Methoden und Verfahren für die Diskretisierung des Baugrundes und von Teilen des Tragwerks mit Hexaederelementen unter Berücksichtigung relevanter, zeitlich aufeinander aufbauender Bauzustände entwickelt worden. Hierbei werden der Baugrund sowie Teile des Tragwerks, wie Wände und Platten, mit der Projektionstechnik vernetzt. Für Pfähle wurde die Integration mit der Boundary-RepresentationTechnik realisiert. Die Diskretisierung berücksichtigt die speziellen Anforderungen der Mehrphasen-Theorie aus dem Teilprojekt Ehlers für die Netzstrukturierung und bei der Einarbeitung der Lasten und Übergangsbedingungen. Zur Simulation der Kontaktvorgänge in der Kontaktzone zwischen Baugrund und Tragwerk wurde eine automatische Generierung von Kontaktflächen für Pfähle entsprechend den Anforderungen des Teilprojektes Wriggers realisiert.Für die effektive numerische Simulation der komplexen BaugrundTragwerk-Struktur ist eine Weiterentwicklung der Methoden zur Modellierung der gekoppelten Baugrund-Tragwerk-Systeme erforderlich. Basierend auf den durchgeführten Arbeiten ist für die nächste Antragsphase vorgesehen, die Integration weiterer geotechnischer Konstruktionselemente, wie verschiedener Fundamentarten, Anker sowie Böschungen der Baugruben, in die Diskretisierung zur Realisierung der Interaktion Baugrund-Tragwerk vorzunehmen. Zusätzlich ist die Steuerung der Netzdichte über eine Dichtefunktion ebenso wie die lokale Netzverfeinerung erforderlich.Für die Simulationsrechnung ist aufgrund des zu berücksichtigenden Bauablaufes und der gleichzeitig ablaufenden Konsolidierung des Baugrundes eine automatische und dynamische Netzanpassung vorzusehen. Da sich dabei Teilbereiche unverändert übernehmen lassen und sich nur einzelne Teilbereiche lokal verändern, ist eine Unterteilung des Berechnungsgebietes zweckmäßig. Die Simulation der zeitabhängigen Konsolidierung der räumlichen Baugrund-Tragwerk-Struktur ist auf Grund der Komplexität und der Problemgröße für praxisrelevante Problemstellungen auf einem seriellen Rechner nicht mehr sinnvoll durchführbar. Für die verteilte Durchführung der Finite-Element-Simulationsrechnung auf vernetzten Arbeitsplatzrechnern ist daher die automatische Partitionierung der Diskretisierung notwendig.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 250: Baugrund-Tragwerk-Interaktion
• Beteiligte Person: Privatdozent Dr.-Ing. Lutz Lämmer