Stochastic crack growth simulation in reinforced concrete structures by means of coupled finite element and meshless methods [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Thomas Most

Thomas Most

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• Publié par: bauhaus-universitat_weimar
• Publié le: 01 janvier 2005
• Nombre de lectures: 37
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Stochastic crack growth simulation in reinforced concrete
structures by means of coupled finite element and
meshless methods
(Stochastische Rissfortschrittsberechnung in bewehrten
Betonstrukturen unter Kopplung der Finiten Elemente
Methode mit netzfreien Verfahren)
DISSERTATION
Zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor Ingenieur (Dr. Ing.)
an der Fakultät Bauingenieurwesen
der
Bauhaus Universität Weimar
vorgelegt von
Dipl. Ing. Thomas Most
geb. am 15. Juni 1975 in Bad Salzungen
Weimar, Juni 2005
Gutachter:
1. Prof. Dr. techn. Christian Bucher, Bauhaus Universität Weimar
2. Prof. Dr. techn. Günter Hofstetter, Universität Innsbruck
3. Prof. Dr. habil. Ulrich Häussler Combe, Techn. Universität Dresden
Disputation am 28. November 2005Für Yvonne, Olivia, Magnus und meine ElternVorwort
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitar-
beiter am Institut für Strukturmechanik innerhalb des Sonderforschungsbereiches 524
“Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken” an der Bauhaus
Universität Weimar.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Professor Christian Bucher für die Anregung und
Förderung dieser Arbeit sowie für die hervorragende Betreuung. Besonders wertvoll
waren dabei die Vielzahl fachlicher Diskussionen, sein Vertrauen und seine Offenheit,
welche den idealen Rahmen für diese Arbeit bildeten.
Herr Professor Günter Hofstetter und Herr Professor Ulrich Häussler Combe danke
ich für die Übernahme der Gutachten und für die Gespräche innerhalb verschiedener wis
senschaftlicher Veranstaltungen.
Weiterhin möchte ich mich bei allen Mitarbeitern des Instituts für Strukturmechanik
für die Unterstützung und die angenehme Arbeitsatmosphäre bedanken. Besonders her-
vorheben möchte ich dabei Herr Jörg F. Unger und Herr Dr. Michael Macke. Einen
wichtigen Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit leisteten weiterhin die fachlichen Diskus
sionen mit Herrn Professor Carsten Könke, mit Herrn Stefan Eckardt und mit Herrn Kai
Schrader.
Ganz besonders möchte ich mich bei meiner lieben Yvonne und unseren Kindern für
ihre Motivation und auch für ihr Verständnis in schwierigen Phasen bedanken. Dieser
Rückhalt ist zur Realisierung dieser Arbeit eine unverzichtbare Basis gewesen.
Abschließend danke ich meinen Eltern für die Unterstützung in den vergangenen
Jahren insbesondere jedoch für die frühe Förderung meiner Interessen an den Naturwis
senschaften, die die wesentlichtliche Grundlage dieser Arbeit darstellen.Abstract
The complex failure process of concrete structures can not be described in detail by stan
dard engineering design formulas. The numerical analysis of crack development in con
crete is essential for several problems. In the last decades a large number of research
groups have dealt with this topic and several models and algorithms were developed.
However, most of these methods show some difficulties and are limited to special cases.
The goal of this study was to develop an automatic algorithm for the efficient simulation
of multiple cracking in plain and reinforced concrete structures of medium size. For this
purpose meshless methods were used to describe the growth of crack surfaces. Two mesh
less interpolation schemes were improved for a simple application. The cracking process
of concrete has been modeled using a stable criterion for crack growth in combination
with an improved cohesive crack model which can represent the failure process under
combined crack opening and crack sliding very well. This crack growth algorithm was
extended in order to represent the fluctuations of the concrete properties by enlarging the
single parameter random field concept for multiple correlated material parameters.Kurzfassung
Das komplexe Versagensverhalten von Betonstrukturen kann in der Regel nicht mit Stan
dardbemessungsformeln beschrieben werden. Eine detaillierte numerische Analyse der
Rissentwicklung in Beton ist für einige Problemstellungen unverzichtbar. In den letz
ten Jahrzehnten haben sich eine Vielzahl von Forschergruppen mit dieser Thematik aus
einandergesetzt. Dabei wurden verschiedene Modelle und Algorithmen entwickelt. Die
meisten dieser Verfahren weisen jedoch verschiedene Probleme auf oder sind nur für
Spezialfälle anwendbar. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines automatischen
Algorithmus zur effizienten Simulation von mehrfacher Rissentwicklung in Beton und
Stahlbetonstrukturen mittlerer Größe. Dabei wurden netzfreie Verfahren angewendet, um
die Änderung der Rissoberflächen abzubilden. Zwei Interpolationstypen wurden
im Hinblick auf eine unkomplizierte Anwendung angepaßt. Der Versagensprozess des
Betons wurde mit Hilfe eines stabilen Risskriteriums in Kombination mit einem erwei
terten kohäsiven Rissmodell abgebildet. Dieses erweiterte Modell kann die Zusammen
hänge bei kombinierter Rissöffnung und gleitung sehr gut wiedergeben. Der entwickelte
Algorithmus zur Risssimulation wurde in Hinblick auf eine stochastische Modellierung
erweitert. Zu diesem Zweck wurde das Zufallsfeldkonzept für die Abbildung mehrerer
untereinander korrelierter Materialparameter ergänzt.