Numerische Dauerhaftigkeitsanalysen von Betonstrukturen am Beispiel einer Tunnelinnenschale / Computational durability mechanics of concrete structures and numerical simulations of tunnel linings

Der Beitrag beschreibt die Grundzuege eines gekoppelten thermo-hygro-mechanischen Schaedigungsmodells fuer Beton und seinen Einsatz zum Zwecke numerischer Simulationen langzeitiger Degradation von Tunnelinnenschalen. Das numerische Modell beruecksichtigt sowohl zeitvariante belastungs-, temperatur- und trocknungsinduzierte Schaedigungen von Betonstrukturen als auch die vielfaeltigen Wechselwirkungen zwischen diesen Einwirkungen. Die Formulierung der Fliess- und Schaedigungspotenziale fuer teilgesaettigten Beton basiert auf dem Konzept der plastischen effektiven Spannung und resultiert in einer leistungsfaehigen Theorie, die sowohl die Simulation von Schwindrissen erlaubt als auch der Abhaengigkeit der Festigkeit zementgebundener Werkstoffe vom Feuchtegehalt Rechnung traegt. Die rechnerische Beschreibung des Feuchtetransports erfolgt unter Verwendung eines makroskopisch definierten anisotropen Feuchteleitkoeffizienten, welcher in Abhaengigkeit vom Feuchtegehalt, dem Schaedigungsgrad und der Temperatur den Anteil einzelner Transportmechanismen in integraler Form erfasst. Die ausfuehrliche Darstellung der numerischen Dauerhaftigkeitsanalyse einer Tunnelinnenschale unter langzeitiger thermischer, hygrischer und mechanischer Belastung belegt abschliessend die Leistungsfaehigkeit und Praxistauglichkeit des entwickelten Simulationsmodells fuer lebensdauerorientierte Gebrauchs- und Tragsicherheitsprognosen von Betonkonstruktionen. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: This paper is concerned with a coupled thermo-hygromechanical damage model for concrete and its application to numerical simulations of long-term degradation of concrete tunnel linings. In the model, time-variant loading-, temperature- and drying-induced degradation of concrete structures as well as the various interactions between these degradation processes are considered. The formulation of damage potentials for partially saturated concrete is based upon the concept of plastic effective stresses resulting in a fully coupled theory which allows for the numerical simulation of shrinkage cracks and for the moisture-dependence of the strength and stiffness of cementitious materials. For the numerical representation of moisture transport, a macroscopic anisotropic permeability tensor is employed which considers the influence of the moisture content, of the crack width and of the temperature. The numerical model is applied to long-term analyses of tunnel linings subjected to thermal, hygral and mechanical loading. This example demonstrates the ability of the developed simulation model to provide reliable life-time-oriented prognoses of the serviceability and safety of concrete structures. (A)

• Authors:
  • GRASBERGER, S
  • NEUMANN, M
  • MESCHKE, G
• Publication Date: 2003

Language

• German

Media Info

• Pagination: 411-21
• Serial:
  • Bauingenieur
  • Volume: 78
  • Issue Number: 9
  • Publisher: Springer Verlag

Subject/Index Terms

• TRT Terms: Bearing capacity; Calculation; Concrete; Cracking; Durability; Forecasting; Life cycle analysis; Loss and damage; Moisture content; Plasticity; Reinforced concrete; Shells (Structural forms); Simulation; Strength of materials; Stresses; Theory; Tunnels
• ITRD Terms: 6464: Berechnung; 4755: Beton; 5910: Dauerhaftigkeit; 5544: Festigkeit; 5920: Feuchtigkeit; 5950: Lebensdauer; 5922: Plastizität; 132: Prognose; 5211: Rissbildung; 1614: Sachschaden; 3333: Schale (Flächentragwerk); 9103: Simulation; 5575: Spannung (Mater); 4794: Stahlbeton; 9078: Theorie; 3085: Tragfähigkeit; 3374: Tunnel
• Subject Areas: Bridges and other structures; I32: Concrete;

Filing Info

• Accession Number: 01193349
• Record Type: Publication
• Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
• Files: ITRD
• Created Date: Oct 7 2010 3:09PM