Zusammenfassung von Diplomarbeit Nr. 360 im Fachgebiet Statik

Titel: "Modellierung von Stahlfaserbeton mit SOFiSTiK"

Verfasser: Franz Knab

Die Verwendung von Stahlfaserbeton erfreut sich eines starken Wachstums. Leider liegen derzeit jedoch kaum  Implementierungen der entsprechenden Materialgesetze in kommerziellen FE-Programmen vor. Daher war es Ziel dieser Arbeit, die Modellierbarkeit dieser Materialgesetze zur nichtlinearen Berechnung von Stahlfaserbetonbauteilen mit den von SOFiSTiK zur Verfügung gestellten Mitteln zu untersuchen.

Ausgegangen wurde dabei von dem Versuch, die vom Deutschen Beton-Verein e.V. im DBV-Merkblatt "Bemessungsgrundlagen für Stahlfaserbeton im Tunnelbau" (Fassung September 1992, nachfolgend als [1] benannt) eingeführte Spannungs-Dehnungs-Beziehung für Stahlfaserbeton für die Berechnungen zur verwenden.

Da eine unmittelbare Eingabe der Materialkennlinie unter SOFiSTiK in der gewünschten Form nicht möglich war, mußte diese künstlich nachgebildet werden.

Die hierbei untersuchten Grundideen waren:

• Nachbildung durch Stahlbetonquerschnitt
• Nachbildung durch Überlagerung von Beton- und Stahlscheiben
• Nachbildung durch Überlagerung mehrerer Betonscheiben mit hoher Zugbruchenergie

Von den Modellen wurde das letzte für weitere Berechnungen an Biege- und Spaltzugkörpern herangezogen, da es die besten und vor allem auch beherrschbarsten Eigenschaften aufwies. Die Ergebnisse wurden mit entsprechenden Versuchen des MPA-Bau der TU München verglichen.

Es stellte sich schnell heraus, daß die Standard-Materialkennlinie nach [1] nicht ohne weiteres für FE-Berechnungen herangezogen werden kann, da die Größe der Elemente und die daraus resultierende Rißverschmierung einen starken Einfluß haben. Also wurde ein modifiziertes Materialgesetz entwickelt und mittels er erwähnten Modellierung umgesetzt.

Nachfolgende Abbildungen zeigen die Berechnungsergebnisse mit der Standard-Materialkennlinie:

und mit dem neuen Materialgesetz:

Auf diesem verbesserten Materialgesetz aufbauend wurden an Tübbings durchgeführte Versuche nachrechnet. 

Die Ergebnisse paßten im Rahmen der, aufgrund fehlender Materialinformationen zu den Tübbings eingeschränkten, Genauigkeit sehr gut zusammen.

Es konnten auch einige generelle Aussagen, sowohl zum maßgebenden Versagen der untersuchten Probekörper, als auch zur Spaltzugfestigkeit von Stahlfaserbeton gemacht werden: Es zeigte sich, daß hier meist Druckversagen vor Spaltzugversagen eintrat.

Alle in der Arbeit erstellten Modelle wurden bezüglich ihrer Vor- und Nachteile ausführlich diskutiert. Daneben sind alle mit SOFiSTiK gemachten Erfahrungen dokumentiert.

München, 5. März 2000

Franz Knab