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Modelle zur Analyse des zeitabhängigen Verformungsverhaltens von Verbundträgern
Ziel dieser Arbeit ist die Analyse des zeitvarianten Verformungsverhaltens von Verbundträgern. Neben einer experimentellen Untersuchung zum Einfluss einer kontinuierlichen Überhöhung auf das Verformungsverhalten von Stahlprofilen wird ein elasto-plastisches Materialmodell für Baustahl zum allgemeinen Einsatz in Finite-Element Programmen hergeleitet. Das Modell erlaubt eine effiziente Berücksichtigung von plastischen Vordehnungen. Besonderes Augenmerk wird auf eine möglichst geringe Anzahl an freien Materialparametern gelegt. Für globale Verformungsberechnungen von Verbundträgern haben sich Stabwerksmodelle bewährt. In dieser Arbeit wird ein Balkenmodell auf Basis der Finite-Element Methode hergeleitet. Die Umsetzung erfolgt als eine in sich geschlossene MatLab® Anwendung. Da neben dem zeitabhängigen Verhalten des Betons sowie dem Herstellungsprozess auch das mechanische Überhöhen des Trägers simuliert werden soll, kommen elasto-plastische Materialmodelle für den Beton und den Stahl zum Einsatz. Das Verhalten in der Verbundfuge zwischen Betongurt und Stahlprofil wird mit Hilfe einer elasto-plastischen Gesetzmäßigkeit beschrieben. Dem Anspruch, auch Schubverformungen direkt im Modell zu berücksichtigen, wird durch Formulierung der kinematischen Beziehungen auf Grundlage der TlMOSHENKO-Kinematik Rechnung getragen. Die hergeleiteten Modelle werden in Kapitel 6 anhand verschiedener Berechnungssituationen analysiert und bewertet. Zur baupraktischen Berücksichtigung der Einflüsse aus einer mechanischen Überhöhung auf das Verformungsverhalten von Verbundträgern wird in Abschnitt 6.3 ein vereinfachtes Nachweiskonzept vorgestellt.
The aim of this report is the analysis of the time-variant deflection behaviour of composite girders. Starting with experimental studies on the influence of a continuous cambering to the deflection behaviour of steel girdes, an elasto-plastic material model for steel for general usage in finite element programs is derived. Especially the decrease in stiffness during reverse deformation by plastic pre-strain is modeled very precisely. Because of the efficient practical use it is focused on a low number of free material parameters. Frame structures are well-suited for the calculation of global deflections of composite girders. In this thesis a beam model based on finite element method is derived. Programming is done in MatLab®. Because of the fact that time-depending behaviour of concrete, fabrication and the cambering process are simulated, elasto-plastic material models for concrete and steel are used. The behaviour in the joint between steel profile and concrete plate is considered by elasto-plastic formulation. To consider shear deflections directly in the model, the kinematic relations are formulated based on Timoshenkokinematik. The derived models are tested in chapter 6. A practical method for analyzing the mechanical cambering of composite girders is developed in section 6.3.
Modelle zur Analyse des zeitabhängigen Verformungsverhaltens von Verbundträgern
Ziel dieser Arbeit ist die Analyse des zeitvarianten Verformungsverhaltens von Verbundträgern. Neben einer experimentellen Untersuchung zum Einfluss einer kontinuierlichen Überhöhung auf das Verformungsverhalten von Stahlprofilen wird ein elasto-plastisches Materialmodell für Baustahl zum allgemeinen Einsatz in Finite-Element Programmen hergeleitet. Das Modell erlaubt eine effiziente Berücksichtigung von plastischen Vordehnungen. Besonderes Augenmerk wird auf eine möglichst geringe Anzahl an freien Materialparametern gelegt. Für globale Verformungsberechnungen von Verbundträgern haben sich Stabwerksmodelle bewährt. In dieser Arbeit wird ein Balkenmodell auf Basis der Finite-Element Methode hergeleitet. Die Umsetzung erfolgt als eine in sich geschlossene MatLab® Anwendung. Da neben dem zeitabhängigen Verhalten des Betons sowie dem Herstellungsprozess auch das mechanische Überhöhen des Trägers simuliert werden soll, kommen elasto-plastische Materialmodelle für den Beton und den Stahl zum Einsatz. Das Verhalten in der Verbundfuge zwischen Betongurt und Stahlprofil wird mit Hilfe einer elasto-plastischen Gesetzmäßigkeit beschrieben. Dem Anspruch, auch Schubverformungen direkt im Modell zu berücksichtigen, wird durch Formulierung der kinematischen Beziehungen auf Grundlage der TlMOSHENKO-Kinematik Rechnung getragen. Die hergeleiteten Modelle werden in Kapitel 6 anhand verschiedener Berechnungssituationen analysiert und bewertet. Zur baupraktischen Berücksichtigung der Einflüsse aus einer mechanischen Überhöhung auf das Verformungsverhalten von Verbundträgern wird in Abschnitt 6.3 ein vereinfachtes Nachweiskonzept vorgestellt.
The aim of this report is the analysis of the time-variant deflection behaviour of composite girders. Starting with experimental studies on the influence of a continuous cambering to the deflection behaviour of steel girdes, an elasto-plastic material model for steel for general usage in finite element programs is derived. Especially the decrease in stiffness during reverse deformation by plastic pre-strain is modeled very precisely. Because of the efficient practical use it is focused on a low number of free material parameters. Frame structures are well-suited for the calculation of global deflections of composite girders. In this thesis a beam model based on finite element method is derived. Programming is done in MatLab®. Because of the fact that time-depending behaviour of concrete, fabrication and the cambering process are simulated, elasto-plastic material models for concrete and steel are used. The behaviour in the joint between steel profile and concrete plate is considered by elasto-plastic formulation. To consider shear deflections directly in the model, the kinematic relations are formulated based on Timoshenkokinematik. The derived models are tested in chapter 6. A practical method for analyzing the mechanical cambering of composite girders is developed in section 6.3.
Modelle zur Analyse des zeitabhängigen Verformungsverhaltens von Verbundträgern
Böhme, Frank (author)
2011
201 Seiten, Bilder, Tabellen, 113 Quellen
Theses
German