Analyse des Tragverhaltens bewehrter Elastomerlager unter Verwendung der Methode der finiten Elemente: Fid-Bau Portal

Analyse des Tragverhaltens bewehrter Elastomerlager unter Verwendung der Methode der finiten Elemente

Vogt, Ralf

Bewehrte Elastomerlager werden seit etwa 50 Jahren im Brückenbau verwendet. Der Grundgedanke ist das Ermöglichen zwängungsarmer Horizontalverschiebungen und Lagerverdrehungen bei gleichzeitig kleinen vertikalen Einsenkungen unter hohen Auflasten. Dies wird durch dadurch erreicht, dass dünne Gummischichten mit Stahlplatten wechseln und miteinander durch Vulkanisation verbunden werden. Das Tragverhalten bewehrter Elastomerlager ist im Gebrauchslastbereich wesentlich geprägt durch nichtlineares Materialverhalten des Elastomers und dem Vermögen des Materials, große Verzerrungen zu ertragen. Inhalt der Arbeit ist die Ermittlung des Spannungs- und Verformungsverhaltens bewehrter Elastomerlager mittels der FEM und die Einordnung der Ergebnisse durch Vergleiche mit experimentellen Ergebnissen und den Ergebnissen analytischer Berechnungsverfahren. Als Basis werden zunächst die Grundlagen von FEM-Berechnungen für elastomere Materialien vorgestellt, wobei besonders die Berücksichtigung großer Verformungen behandelt wird. Ein Schwerpunkt ist die Darstellung der Materialmodelle und der verwendeten Parameter. Die Bestimmung der Parameter der Materialmodelle aus Versuchen wird dargelegt und analysiert. Unter Anwendung der Grundlagen werden die Spannungen und Verformungen bewehrter Elsstomerlager mittels FEM unter Verwendung von Volumenelementen ermittelt und dabei die Abhängigkeiten der Ergebnisse von Ansatzfunktionen, unterschiedlichen Integrationsmethoden sowie der Materialansätze hinsichtlich ihrer Ergebnisqualität analysiert. Anschließend erfolgt die Ermittlung und Bewertung von Spannungen und Verformungen von bewehrten Elastomerlagern mittels analytischen Modellen und FE-Modellen unter den grundlegenden Einzelbeanspruchen Schub, zentrischer Druck und Rotation mit unterschiedlich komplexen Materialansätzen sowie im Vergleich zu experimentellen Ergebnissen. Abschließend werden Untersuchungen zürn Verhalten bewehrter Elastomerlager unter kombinierten Beanspruchungen durchgeführt, wobei deutliche Abhängigkeiten der Lagerreaktionen von der Auflast ausgewiesen werden.