Finite Elemente fuer Stahlbetonbalken / Finite elements for RC beams

Der Beitrag behandelt Finite-Element-Verfahren zur Schnittgroessenermittlung, Verformungsberechnung und Traglastberechnung von Stahlbetonbalken im Zustand II unter Beruecksichtigung des nichtlinearen Verformungsverhaltens von Beton und Bewehrung. Die Nichtlinearitaet zwischen Schnittkraeften und Verformungen ergibt sich aus der Rissbildung des Betons, deren Beruecksichtigung bei Berechnungen ganzer Tragwerke in der Regel nur in integraler Weise erfolgen sollte. Hierbei werden gerissene Bereiche betrachtet, bei denen die einzelnen Risse "verschmiert" sind. Nur auf diese Weise lassen sich durch Homogenisierung der Steifigkeiten ueber gewisse Bereiche vereinfachte Darstellungen des Verformungsverhaltens des Stahlbetonbalkens erreichen. Gegenueber den bisherigen Verfahren werden neue Moeglichkeiten aufgezeigt, wie die Biegetheorie fuer Stahlbeton auf der Grundlage der FEM zu effizienteren Rechenverfahren fuer gerissene Stahlbetontragwerke entwickelt werden kann. Die Grenzzustaende der Tragfaehigkeit und der Gebrauchstauglichkeit werden dabei mit einem einheitlichen Verfahren behandelt. Als Finite Elemente kommen Elemente zur Anwendung, bei denen die Schubverzerrung der Querschnitte sowohl beruecksichtigt als auch nicht beruecksichtigt wird (Thimoshenko-Theorie beziehungsweise Bernoulli-Hypothese). Die Neuformulierung der Finiten Elemente wurde auf das Beispiel eines Einfeldbalkens mit Rechteckquerschnitt unter quasi-statischer Einwirkung angewendet. Es zeigte sich, dass die Beruecksichtigung der Schubverzerrungen bei der Stahlbetonbemessung von Balkentragwerken in der Regel von untergeordneter Bedeutung ist. Insofern bietet sich die weniger aufwaendige aber durchaus hinreichend genaue Berechnung mit Bernoulli-Elementen an. Die neu entwickelten Elemente kann man auch bei statisch unbestimmten Tragwerken und bei veraenderlichen Querschnittsbreiten anwenden. Soll die Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen beruecksichtigt werden, so kann dies durch eine Modifikation der Arbeitslinie des Bewehrungsstahls erfolgen, waehrend Kriech- und Schwindeinfluesse durch zusaetzliche Dehnungsanteile des Betons erfassbar sind. Schliesslich koennen auch Temperatureinfluesse beruecksichtigt werden und es kann eine Bestimmung der Rissbreiten erfolgen. ABSTRACT IN ENGLISH: The paper deals with finite-element methods for the calculation of internal forces, displacements and ultimate limit loads of reinforced concrete beams while regarding nonlinear behaviour of concrete and reinforcing steel and crack formation. Several approaches for Bernoulli beams and Timoshenko beams are formulated. The properties are discussed with example calculations. It is demonstrated that simple enhancements of the well-known 2-node element for the Bernoulli beam yields accurate results in an effective manner. (A)

• Authors:
  • HAEUSSLER-COMBE, U
  • KITZIG, M
• Publication Date: 2011

Language

• German

Media Info

• Pagination: 218-26
• Serial:
  • Bauingenieur
  • Volume: 86
  • Issue Number: 5
  • Publisher: Springer Verlag

Subject/Index Terms

• TRT Terms: Beams; Calculation; Concrete; Cracking; Deformation; Design; Finite element method; Loads; Nonlinear systems; Reinforced concrete; Reinforcing materials
• ITRD Terms: 3472: Balken; 5567: Belastung; 9011: Bemessung; 6464: Berechnung; 4755: Beton; 3471: Bewehrung; 6490: Methode der finiten Elemente; 6482: Nichtlinear; 5211: Rissbildung; 4794: Stahlbeton; 5595: Verformung
• Subject Areas: Design; I24: BRUECKENENTWURF; I32: ZEMENTBETON;

Filing Info

• Accession Number: 01370419
• Record Type: Publication
• Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
• Files: ITRD
• Created Date: May 17 2012 10:01AM