Einfluss realer Materialeigenschaften auf numerische Modellvorhersagen: Fallstudie Betonmast

Die Modellbildung zu der Berechnung von Tragwerken ist eine wichtige Aufgabe im konstruktiven Ingenieurbau. Die Prognosen eines Modells hängen stets von getroffenen Annahmen und Vereinfachungen ab, weshalb die Abschätzung der notwendigen Detailliertheit bei der Modellentwicklung häufig im Mittelpunkt steht. Der vorliegende Beitrag widmet sich der Fragestellung, wie stark sich die Approximation des Strukturverhaltens durch ein numerisches Modell verbessern lässt, wenn die theoretischen Eingangsparameter der Normen und Richtlinien durch Parameter hoher Genauigkeit ersetzt werden.
Als Anwendungsbeispiel dient ein 10 m langer vorgespannter Betonmast. Im Zuge der Herstellung des Masts mittels Schleuderverfahren kann es zu Unregelmäßigkeiten in den Querschnittsabmessungen und Materialeigenschaften kommen. In dieser Studie wird der Einfluss realer Geometrie- und Materialparameter, die in umfassenden Laborversuchen ermittelt wurden, auf die Antwort eines numerischen Modells untersucht. Darüber hinaus werden die damit gewonnenen Modellvorhersagen experimentell ermittelten Antwortgrößen bezüglich des Mastschwingungsverhaltens gegenübergestellt, sodass die Sensitivität der Modellantwort auf die Variation verschiedener Eingangsparameter herausgestellt wird. Des Weiteren kann die Frage beantwortet werden, welche Anforderungen an die Modelleingangsparameter gestellt werden sollten, um hinreichend genaue Vorhersagen über das Strukturverhalten des Masts zu erzielen.

Influence of real material properties on the response of a numerical model: case study concrete pole
The modeling process during the design of structures is a fundamental task of the engineering practice. The model predictions are dependent on the underlying assumptions and simplifications. The influence of the abstraction level on the prediction quality of the numerical model should be known. This study focuses on the question how much the approximation of the model response can be improved if the theoretical input parameters prescribed in codes and norms are replaced by parameter with a high accuracy.
In this study, a 10 m long spun-cast pre-stressed concrete pole is investigated intensively. Due to the production process, irregularities concerning the cross section and the material properties inside the concrete pole and along its length can occur. With several laboratory experiments, the local geometry and material properties of the pole are determined. The randomness of the properties is taken into account in the model and its influence on the model response is investigated. The model predictions are compared to experimentally determined values describing the dynamic behavior of the pole. This approach enables studies on the sensitivities of the input parameters on the model response. Furthermore, the required accuracy of the model input parameters for sufficient model predictions is discussed.