Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton
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Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton

Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton

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5 Berechnungsansätze5.4 Numerische Verfahren zur Berechnung des Frischbetondrucks5.4.1 AllgemeinesIm Rahmen dieser Arbeit wurde der Frischbetondruck auch mithilfe numerischerMethoden berechnet, um das analytische Modell anhand entsprechenderBerechnungsergebnisse zu verifizieren sowie den Geltungsbereich des Modells zuidentifizieren. Weiterhin sollten Berechnungen des Frischbetondrucks bei geneigtenSchalungswänden ermöglicht werden, da diese mit den vorgestellten analytischenModellen nicht abgebildet werden können.Verwendung fand das EDV-Programm Sofistik, welches die Berechnungen auf Basis derFinite-Elemente-Methode (FE-Methode) durchführt. Gewählt wurde eine 2-dimensionaleAbbildung der Bauteilgeometrie (Frischbeton), der Schalung und der geometrischenRandbedingungen.5.4.2 Beschreibung des gewählten Systems und der MaterialparameterIm Sofistik-Programmmodul GENF erfolgte zunächst die Definition des Systems. DasMaterial (Frischbeton) wurde durch 2-D-Scheibenelemente (QUAD) abgebildet undzwischen elastisch gebetteten Stabelementen (STAB) eingebaut, welche die Schalhautabbildeten, vgl. Bild 5.15. Je nach Betonierfortschritt können die QUAD-Elementelagenweise in die Berechnung eingebunden werden, wobei die Untergliederung inmaximal 16 horizontale Schichten vorgenommen wurde. Es besteht die Möglichkeit, deneinzelnen Schichten jeweils unterschiedliche Materialparameter zuzuweisen.Die Verbindung zwischen dem Frischbeton und der Schalhaut wurde durch Feder-Kontaktelemente [FEDE (1)] realisiert. Die Abbildung der horizontalen Lagerung derSchalhaut bzw. der Stabelemente sowie die vertikale Lagerung des Frischbetons erfolgtedurch Auflagerfedern [FEDE (2) + (3)].Nachfolgend sind die gewählten Systemeigenschaften zusammengestellt:- Die Koppelfedern zwischen Frischbeton und Schalhaut [FEDE (1)] übertragenDruck- und Schubspannungen, jedoch keine Zugkräfte. Die Federsteifigkeit ist inbeide Richtungen unendlich groß. Bei den Simulationen unter Vernachlässigungder Schalungsreibung beträgt die Federsteifigkeit in Richtung der Schalungsebenek = 100 kN/m je 1 m² Schalungsoberfläche.- Die durch den Frischbeton belastete Schalhaut wird durch ein 3 cm dickesdurchlaufendes (Holz-) Element beschrieben, mit E = 10. 000 MN/m² undG = 500 MN/m².- Die Steifigkeit der Auflagerfedern normal zur Schalungsoberfläche [FEDE (2)]beträgt, wenn nichts anderes angegeben, je 1 m² Schalungsoberflächek = 20.000 kN/m. Dies entspricht einer Schalung mit einem238

5 BerechnungsansätzeVerformungsvermögen von s = 0, 5 mm je Spannungsdifferenz vonΔσh = 10 kN/m². Die Federsteifigkeit in Richtung der Schalungsebene (Querfeder)ist unendlich groß.- Am Boden (horizontales Auflager) ist der Beton direkt auf vertikalunverschieblichen Auflagerfedern [FEDE (3)] abgestützt. Die mögliche Reibung inder Auflagerebene entspricht der inneren Reibung des Frischbetons (da in der Regelvon einer rauen bzw. bewehrten Anschlussfuge ausgegangen werden kann).- Veränderliche Systemparameter sind die Wandbreite b , die Elementanzahl in derWanddicke ( n < 10 ), die Wandhöhe bzw. die Schichtdicke und der Neigungswinkelder Schalung.FE-ModellDetail AFEDE (1)OK FrischbetonASTABSchalhaut - STABQUADFEDE (2)Frischbeton (eine Schicht) - QUADSchichtgrenze/MaterialgrenzeKontaktzone -FEDE (1) undAuflager seitlich - FEDE (2)Auflager unten -FEDE (3)Bild 5.15:Aufbau des FE-Modells zur Simulation von Schalung und FrischbetonDie Simulation des Betoniervorgangs wurde jeweils auf zwei verschiedenen Wegendurchgeführt:- Einbau des Betons Schicht für Schicht in 16 Lagen (FE-schichtweise). Beim Einbaueiner neuen Schicht wurden die Materialparameter entsprechend dem zeitlichenFortschritt angepasst. Bei der folgenden Berechnung wurde der jeweiligeVorspannungszustand (Primärspannungszustand) aus dem vorherigenBerechnungsschritt übernommen. Die oberste Schicht wies das höchste und dieunterste Schicht das geringste Verformungsverhalten auf239

5 BerechnungsansätzeVerformungsvermögen <strong>von</strong> s = 0, 5 mm je Spannungsdifferenz <strong>von</strong>Δσh = 10 kN/m². Die Federsteifigkeit in Richtung der Schalungsebene (Querfeder)ist unendlich groß.- Am Boden (horizontales Auflager) ist der <strong>Beton</strong> direkt auf vertikalunverschieblichen Auflagerfedern [FEDE (3)] abgestützt. Die mögliche Reibung inder Auflagerebene entspricht der inneren Reibung des Frischbetons (da in der Regel<strong>von</strong> einer rauen bzw. bewehrten Anschlussfuge ausgegangen werden kann).- Veränderliche Systemparameter sind die Wandbreite b , die Elementanzahl in derWanddicke ( n < 10 ), die Wandhöhe bzw. die Schichtdicke und der Neigungswinkelder Schalung.FE-ModellDetail AFEDE (1)OK FrischbetonASTABSchalhaut - STABQUADFEDE (2)Frischbeton (eine Schicht) - QUADSchichtgrenze/MaterialgrenzeKontaktzone -FEDE (1) undAuflager seitlich - FEDE (2)Auflager unten -FEDE (3)Bild 5.15:Aufbau des FE-Modells zur Simulation <strong>von</strong> Schalung und FrischbetonDie Simulation des <strong>Beton</strong>iervorgangs wurde jeweils auf zwei verschiedenen Wegendurchgeführt:- Einbau des <strong>Beton</strong>s Schicht für Schicht in 16 Lagen (FE-schichtweise). Beim Einbaueiner neuen Schicht wurden die Materialparameter entsprechend dem zeitlichenFortschritt angepasst. Bei der folgenden Berechnung wurde der jeweiligeVorspannungszustand (Primärspannungszustand) aus dem vorherigenBerechnungsschritt übernommen. Die oberste Schicht wies das höchste und dieunterste Schicht das geringste Verformungsverhalten auf239

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