Implementation of the Corroded Tension Chord Model as User Programmable Feature in ANSYS Mechanical APDL
Autor: Fabian Hirzel
Sprache: Englisch
Kurzfassung
Das korrodierte Zuggurtmodell beschreibt das veränderte Last-Verformungsverhalten eines lokal korrodierten Risselementes, indem es die Verformungslokalisierung an der Korrosionsstelle erfasst. Im korrodierten Bereich des Risselements werden keine Verbundschubspannungen zwischen Bewehrung und Beton berücksichtigt und die versteifende Mitwirkung des Betons entfällt. Zudem führt der korrosionsbedingte Querschnittsverlust bei gleichbleibender Belastung zu grösseren Stahlspannungen und -dehnungen an der Korrosionsstelle. Daraus resultiert eine deutliche Abnahme der Traglast und des Verformungsvermögens. Das reduzierte Verformungsvermögen ist insbesondere für statisch unbestimmte Stahlbetonkonstruktionen sowie solche mit verformungsabhängigen Einwirkungen kritisch, da in beiden Fällen ein ausreichendes Verformungsvermögen vorausgesetzt wird.
Um das verbleibende Verformungsvermögen und die dazugehörige Traglast von bestehenden, lokal korrodierten Stahlbetonkonstruktionen zu bestimmen, wird das korrodierte Zuggurtmodell in eine Software für Finite-Elemente-Berechnungen implementiert. Ein bereits vorhandenes benutzerdefiniertes Materialmodell in ANSYS Mechanical APDL, das CMM Usermat, beschreibt das nichtlineare Verhalten von Stahlbetonbauteilen basierend auf dem gerissenen Scheibenmodell und bietet eine gute Ausgangslage für eine Betrachtung lokal korrodierender Elemente. Im Rahmen dieser Master-Arbeit wird CMM Usermat um das korrodierte Zuggurtmodell erweitert.
Zuerst werden die Resultate des erweiterten CMM Usermat an in der Ebene beanspruchten Scheibenelementen verifiziert. Danach werden die Resultate am Beispiel einer lokal korrodierten Kragplatte auf Strukturebene plausibilisiert, und der Einfluss der lokalen Korrosion auf die Lastabtragung wird untersucht. Dabei wird im mittleren Bereich der Einspannung eine lokal korrodierte Hauptzugbewehrung angenommen, siehe Abbildung 1 (dunkelrote Fläche). Die Resultate der Berechnungen zeigen deutlich, dass die Lastumlagerung vom inneren, geschwächten Bereich in den äusseren, steiferen Bereich der Kragplatte mit höheren Korrosionsgraden ansteigt. Das lässt sich gut an der Richtung der Hauptquerkraft vprinc und am Biegemomentenverlauf mx, welche für Querschnittsverluste von ζ=0.15 und ζ=0.45 in Abbildung 1 dargestellt sind, erkennen. Die Resultate entsprechen den Erwartungen und sind plausibel.
Das erweiterte CMM Usermat ist ein wertvolles Mittel zur numerischen Simulation des Einflusses lokaler Korrosion auf die Traglast und das Verformungsvermögen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung der veränderten Lastabtragung und des Versagensrisikos von betroffenen Bauteilen, wie bspw. Winkelstützmauern und Fahrbahnplatten.
