Inelastisches Makro-Element für mauerwerksausgefachte Stahlbetonrahmen: Fid-Bau Portal

Inelastisches Makro-Element für mauerwerksausgefachte Stahlbetonrahmen

Schnepf, Sascha / Stempniewski, Lothar

Es wurde ein numerisches Modell entwickelt, mit dem es möglich ist, das Tragverhalten mauerwerksausgefachter Stahlbetonrahmen zu beschreiben. Dieses Modell, auch bekannt als Makro-Element, basiert auf dem Prinzip der äquivalenten diagonalen Druckstrebe bei dem die Ausfachung durch zwei diagonale nichtlineare Federn ersetzt wird. Für die korrekte Geometrie der Druckstrebe, die im Weiteren zur Darstellung des hysteretischen Verhaltens der Struktur erforderlich ist, wurde eine numerischen Studie durchgeführt, womit das maßgebende Verfahren zur Berechnung der Druckstrebenbreite ermittelt werden konnte. Um das nichtlineare zyklische Last-Verformungs-Verhalten der Ausfachung bzw. der Diagonalstreben darzustellen, wurden hysteretische Regeln eingeführt, womit die Gestalt der Erstbelastungskurve als auch die der Ent- und Wiederbelastungskurve kontrolliert werden konnte. Die Tragelemente des Rahmens wurden jeweils mit einer zentralen Feder zuzüglich zweier Rotationsfedern an den Enden dargestellt. Während die zentrale Feder lediglich elastische Verformungen aufnimmt, wird die gesamte plastische Verformung des jeweiligen Rahmenteils in den nichtlinearen Rotationsfedern konzentriert. Das Tragverhalten dieser Federn wird dabei über eine dreilineare Momenten-Rotations-Beziehung definiert. Für die Verifzierung des Makro-Elements wurden numerische Ergebnisse mit experimentellen Daten verglichen. Hierbei konnte eine gute Übereinstimmung der Resultate festgestellt werden. Mit den beschriebenen Regeln zur korrekten Abbildung des hysterestischen Verhaltens konnten die charakterstischen Eigenschaften einer zyklisch beanspruchten Struktur wie die Festigkeits- und Steifigkeitsreduktion sowie der Pinching Effekt gut abgebildet werden. Legt man diese Tatsachen zu Grunde, kann das beschriebene Makro-Element trotz seiner Einfachheit durchaus als zuverlässiges und anwenderfreundliches Modell zur Beschreibung des nichtlinearen Verhaltens dieser Strukturen angesehen werden.