Einsatz der Semi-Analytischen Finite-Elemente-Methode zur Analyse der Beanspruchungszustaende von Asphaltbefestigungen

Application of semi-analytical FE method to analyze the stress states of asphalt pavements

Der Beitrag stellt ein von der Bundesanstalt fuer Strassenwesen (BASt) gefoerdertes Forschungsvorhaben des Instituts fuer Strassenwesen der RWTH Aachen University zur Analyse der Beanspruchungen von Asphaltbefestigungen vor. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines numerischen Rechenprogramms, welches durch realitaetsnaehere Modellierung die Genauigkeit der auf analytischem Wege hergeleiteten prognostizierten Beanspruchungszustaende verbessert. Das Rechenprogramm soll langfristig die bisher benutzten Ansaetze ersetzen. Entwickelt wurde dazu die semi-analytische Finite-Elemente-Methode (SAFEM). Mit diesem Programm koennen die schaedigungsrelevanten Beanspruchungszustaende, die fuer eine zuverlaessige Prognose der Nutzungsdauer von Strassen notwendig sind, wirklichkeitsnah ermittelt werden. Mit SAFEM gelingt rechentechnisch eine Zerlegung eines dreidimensionalen Berechnungsnetzes in zweidimensionale Netze. Es ergibt sich damit eine signifikante Verminderung der Rechenzeit bei gleichbleibender Genauigkeit. Weitere Vorteile des Programms sind eine direkte Einbindung von Stoffmodellen in den Analyseprozess und eine angemessene Beruecksichtigung des Ablaufs der Belastung der Asphaltbefestigung durch Radlasten. Die semi-analytische Finite-Elemente-Methode wird eingehend textlich sowie durch Angabe der verwendeten Gleichungen und Berechnungsmatrizen beschrieben. In SAFEM sind derzeit nur linear-elastische Stoffmodelle anwendbar. Die mit SAFEM ermittelten Beanspruchungen in Asphaltbefestigungen wurden mit den mit dem Rechenprogramm ABAQUS berechneten Ergebnissen verglichen. Die Parameter und Randbedingungen bei der Modellbildung der beiden Programme wurden so identisch wie moeglich gewaehlt, um eine hinreichende Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewaehrleisten. Es laesst sich eine grundsaetzliche Uebereinstimmung der Ergebnisse feststellen. Den Vergleichsrechnungen lag ein typischer Oberbau der schichtweise aufgebauten Asphaltbefestigungen nach RStO 12 zugrunde. Die entwickelten FE-Modelle liefern eine ingenieurgerechte Berechnungsgrundlage zur Prognose der Nutzungsdauer von Asphaltbefestigungen. Es besteht aber weiterer Forschungsbedarf, um das Rechenmodell zu optimieren. ABSTRACT IN ENGLISH: For the economical and safe design of asphalt pavements, the reliable damage prediction and assessment of the service life is required to minimize construction and maintenance costs in road construction. For a precise analysis of the stress states of asphalt pavements, the program SAFEM was therefore developed based on the semi-analytical finite element method within the framework of a research project of the Institute of Highway Engineering RWTH Aachen University. The pavement responses, which were determined by the SAFEM method are compared with the results of the reference program ABAQUS. Basically, it can be stated that the results of the program SAFEM match those of the commercial program ABAQUS. Besides, the computation time of the SAFEM is significantly less than that of ABAQUS. The developed FE models can therefore form an engineering-oriented calculation basis for predicting the service life of new and existing flexible pavements. (A)

  • Authors:
    • Liu, P
    • Wang, D
    • Oeser, M
    • Chen, X
  • Publication Date: 2014-8

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References; Tables;
  • Pagination: pp 333-9
  • Serial:
    • Bauingenieur
    • Volume: 89
    • Issue Number: 7/8
    • Publisher: Springer Verlag

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01538612
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Sep 11 2014 10:39AM