Wirklichkeitsnahe Querschnittsanalyse räumlicher Stahlbetonstabtragwerke
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Viele der im Bauwesen üblichen Tragwerkssysteme besitzen einen stabförmigen Charakter. Neue Bauverfahren und Fortschritte in der Baustofftechnologie ermöglichen immer kühnere und schlankere Betonkonstruktionen, deren sichere und wirtschaftliche Realisierung wirklichkeitsnahe und leistungsfähige Berechnungsmethoden erfordern. Die heute im Stahlbetonbau eingesetzten Stabwerksprogramme sind für diese hochbeanspruchten Tragwerke jedoch nur bedingt geeignet, da sie die auftretenden geometrischen und stofflichen Nichtlinearitäten zumindest bei räumlichen Tragwerken nicht ausreichend genau erfassen. Die stoffliche Nichtlinearität kann im Rahmen der Stabtheorie auf Querschnittsebene erfasst werden. Dort existiert für die wirklichkeitsnahe Berücksichtigung aller sechs Schnittgrößen und ihrer Interaktionen bislang kein allgemeingültiges, etabliertes Lösungsverfahren. Im Rahmen des durchgeführten Forschungsvorhabens wurde ein am Institut des Antragsstellers konzipiertes Querschnittsmodul entwickelt und in ein objektorientiertes Softwaremodul umgesetzt. Das hybride Querschnittsmodul kombiniert ein einaxiales Modell mit den erweiterten Möglichkeiten eines Scheibenmodells und ermöglicht so eine verglichen mit bestehenden Modellen enweiterte Berücksichtigung der Interaktionen auf Querschnittsebene. Das Querschnittsmodul und dessen aktuell durchgeführte Einbindung in das objektorientierte Programmpaket OpenSees ermöglicht die Berechnung von stabförmigen Stahlbetontragwerken unter kombinierten Beanspruchungen unter Berücksichtigung der dabei auftretenden Interaktionen auf Querschnittsebene, sowie zwischen Querschnitts-, Element- und Systemebene. Künftige Forschungsarbeiten hinsichtlich des Querschnittsmodells selbst sind sinnvoll, um bisher nicht berücksichtigte Effekte zu erfassen. Beispielhaft seien hier die Verfestigung der Druckzone durch die Einschnürungswirkung der Bügelbewehrung, der Einfluss des Schlupfs zwischen Stahl und Beton, und die Venwölbung der Membranelemente genannt. Zweckmäßig und beabsichtigt ist zudem eine Validierung des Querschnittsmodells durch Versuche an Stahlbetonbalken. Die entwickelte Formulierung der Querschnittsanalyse könnte außerdem eine neue, einheitliche Nachweisführung im Stahlbetonbau basierend auf einer Begrenzung der Dehnungen für alle sechs Schnittgrößen ermöglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008) "A hybrid approach for the non-linear analysis of reinforced concrete cross section". In: The Ninth International Conference on Computational Structures Technology, Athen, Griechenland
Löhning, T., Schenk, J. und Starossek, U.
- (2008) "Problems and Opportunities of Nonlinear RC Frame Analysis". In: Creating and Renewing Urban Structures — Tall Buildings, Bridges and Infrastructure (lABSE). Chicago, USA
Löhning, T., Schenk, J. und Starossek, U.
- (2009) "An object-oriented programming approach for the analysis of spatial reinforced concrete frames". In: Twelfth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing, Funchal, Portugal
Schenk, J., Löhning, T. und Starossek, U.
- (2009) "Analýza prurezu zelezobetonových prutu - stav výzkumu (Cross-sectional analysis of reinforced concrete beams)". Beton TKS (Journal Concrete-Technology, Structures, Rehabilitation), Prag, Tschechien, Nr. 6
Löhning, T., Schenk, J. und Starossek, U.
- (2009) "Non-linear spatial frame analysis on cross-sectional level". In: 21st Century Superhero (FIB Conference), London, Vereinigtes Königreich
Löhning, T., Schenk, J. und Starossek, U.
- (2009) "Querschnittsberechnung von Stahlbetonstäben — Stand der Forschung". Beton- und Stahlbetonbau 104, Nr. 4, S. 236-242
Löhning, T., Schenk, J. und Starossek, U.
- (2010) "Querschnittsberechnung von Stahlbetonstäben — Ein hybrides Modell". Beton- und Stahlbetonbau 105, Nr. 1, S. 36-42
Löhning, T., Schenk, J. und Starossek, U.
- (2010) Nichtlineare Berechnung von räumlichen Stahlbetonstabtragwerken. Dissertation, Technische Universität Hamburg-Harburg
Löhning, T.
