Forschungsmethoden

Konsistente mechanische Modelle für die Analyse und Bemessung von Massivbauten waren das zentrale Forschungsthema des Vorgängers an unserer Professur, Prof. P. Marti (1990-​2014), der diverse, äusserst wertvolle konsistente mechanische Modelle begründete. Wir sind bestrebt, diese Schule fortzusetzen. Erste Ergebnisse beinhalten die Erweiterung von Druckfeldmodellen auf mit Fasern und hybrid bewehrte Elemente und ein konsistentes mechanisches Modell für Teilflächenpressung, das die Druckfestigkeitserhöhung infolge aktiven, passiven und geometrischen «Confinements» (Querdehnungsbehinderung) kombiniert.

Grossmassstäbliche Versuche haben am Institut für Baustatik und Konstruktion eine lange Tradition. Im Jahr 2017 haben wir die Einrichtungen des Instituts für statische Grossversuche mit dem Large Universal Shell Element Tester (LUSET) erweitert, einer weltweit einzigartigen Versuchsanlage, die wir mit Unterstützung des IBK-​Laborleiters in-​house konzipiert, konstruiert, beschafft und in Betrieb genommen hat. Diese innovative Versuchsanlage ist besonders wertvoll für die Untersuchung des Last-​Verformungsverhaltens von Beton-​Flächentragwerken, die eine zentrale Fragestellung unserer Forschung im Bereich zukunftsorientierter Bauwerke sind. Um den Nutzen der Versuche im LUSET zu maximieren, verwenden wir modernste Messtechnik, einschliesslich (i) vollflächiger digitaler 3D-​Bildkorrelationsmessungen auf beiden Oberflächen der Versuchskörper und (ii) kontinuierlicher faseroptischer Dehnungsmessungen auf Basis der Rayleigh-​Backscatter-Analyse, wozu wir entlang der Bewehrungsstäbe Glasfasern aufkleben. Die Bildkorrelationsmessungen werden mit einem von uns entwickelten automatisierten Rissdetektions-​ und -​messalgorithmus ausgewertet und mit den faseroptischen Dehnungsmessungen kombiniert, wodurch äusserst wertvolle Einblicke in das mechanische Verhalten der Prüfkörper gewonnen werden, ohne das Verhalten durch die Messungen zu stören.

Numerische Modelle, mit denen das Verhalten von allgemein beanspruchten Stahlbetonelementen wirklichkeitsnah vorhersagt werden kann, gewinnen sowohl in der Forschung als auch in der Industrie zunehmend an Bedeutung. Während heute leistungsfähige nichtlineare Finite-​Elemente-Pakete für die Analyse von Betontragwerken verfügbar sind, sind diese Programme für Tragwerksplaner von begrenztem Nutzen, da sie die Eingabe von Materialparametern erfordern, die bei der Bemessung meist unbekannt sind, und – was nochmals relevanter ist – die Zugfestigkeit des Betons berücksichtigen, was mit den Bemessungskonzepten moderner Tragwerksnormen unvereinbar ist. Hier ist es unser Ziel, die an unserer Professur (von uns oder unter Prof. P. Marti) entwickelten mechanisch konsistenten Modelle in FE-​Programme zu implementieren. Dies wurde beim Cracked Membrane Model bereits erreicht, das in ANSYS als benutzerdefiniertes Material für Schalenelemente zur Verfügung steht. Zudem haben wir im Rahmen eines von Eurostars geförderten Projekts die Compatible Stress Field Method (CSFM) entwickelt, die es ermöglicht, Betontragwerke im ebenen Spannungszustand (Scheiben) computergestützt zu analysieren und zu bemessen.