Finite-Elemente-Analyse von Stahlbetonbauteilen im ebenen Spannungszustand - Scheiben- und Plattenberechnungen auf der Grundlage des gerissenen Scheibenmodells

Der ebene Spannungszustand nimmt in der Analyse von Stahlbetonbauteilen eine zentrale Rolle ein. Das Last-Verformungs-Verhalten von Balken, Scheiben und dünnen Platten kann mithilfe des ebenen Spannungszustands ausreichend genau beschrieben werden. Im Folgenden wird eine Finite-Elemente-Analyse von Stahlbetonscheiben und Stahlbetonplatten auf Basis nichtlinearer Materialmodelle vorgestellt. Das den Berechnungen zugrunde gelegte mechanische Modell ist das gerissene Scheibenmodell, das einen ebenen Spannungszustand voraussetzt und frei drehbare Risse mit diskretem Rissabstand berücksichtigt. Für die Berechnung des Last-Verformungs-Verhaltens von Stahlbetonscheiben wird das gerissene Scheibenmodell um das linear elastische Werkstoffgesetz und das zweiachsige Druckmodell für Beton ergänzt. Die Analyse dünner Platten erfolgt mit einem Schichtenmodell. Die Voraussetzung eines ebenen Spannungszustands in jeder Schicht erlaubt die Betrachtung der Schichten als Stahlbetonscheiben. Die der Berechnung vorausgesetzten mechanischen Modelle und Werkstoffgesetze werden in Form eines “User Defined Materials” in das nichtlineare Finite-Elemente-Programm ANSYS Mechanical APDL implementiert. Folgend werden ausgewählte Scheiben- und Plattenversuche nachgerechnet.

Finite-element-analysis of reinforced concrete structural elements under plane stress - Membrane and thin plate calculations based on the cracked membrane model.
Plane stress fields play a central role in the analysis of reinforced concrete structural elements. The load-deformation behavior of beams, membranes and thin plates can be represented with sufficient accuracy by plane stress states. This paper presents a finite-element-analysis approach of reinforced concrete membranes and plates, which is based on the cracked membrane model. The cracked membrane model assumes a plane stress state and considers discrete crack patterns that spacing are rotationally unconstrained. In order to compute the load-deformation behavior of reinforced concrete membranes, the cracked membrane model is combined with a linear elastic material law and a biaxial compression model for the concrete. The analysis of thin reinforced concrete plates is based on a multi-layer model. Assuming that each of the layers is under plane stress, it is possible to model a thin plate as an assemblage of reinforced concrete membranes. The presented mechanical models are implemented in the nonlinear finite-element-analysis software, ANSYS Mechanical APDL, by developing specialized “user defined materials”. To validate the finite-element-implementation, analysis results are compared with experimental results from selected membrane and plate tests.