Modellierung von seismisch beanspruchten Mauerwerksausfachungen in Stahlbetonrahmentragwerken

Kubalski, Thomas; Klinkel, Sven (Thesis advisor); Goldack, Arndt (Thesis advisor); Butenweg, Christoph (Thesis advisor)

Aachen : Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik (2022, 2023)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriftenreihe des Lehrstuhls für Baustatik und Baudynamik der RWTH Aachen 18 (2022)
Seite(n)/Artikel-Nr.: 199 Seiten

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Auslegung und Modellierung von Mauerwerksausfachungen in Stahlbetonrahmentragwerken, die horizontal in und senkrecht zu ihrer Ebene beansprucht werden. Insbesondere der Lastfall Erdbeben führt infolge der großen auftretenden Relativverformungen zu hohen Lasten auf Rahmen und Ausfachung. Letztere bleiben in der Praxis bei der Auslegung der Rahmentragwerke trotz der in der Literatur vorhandenen Rechenansätze meist unberücksichtigt. Die Vernachlässigung bei der Auslegung sowie die generelle Anfälligkeit dieser Bauweise gegenüber horizontalen Beanspruchungen spiegeln sich in den zahlreichen Schäden vergangener Erdbeben wieder. Die Berücksichtigung der als nicht-strukturelle Elemente betrachteten Ausfachungen kann bei der Berechnung unter Ansatz verschiedener Modellierungsebenen erfolgen, die sich in der zugrundeliegenden Komplexität unterscheiden. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Ansatz zur Abbildung der Mauerwerksausfachung basierend auf einem sogenannten Makromodell vorgestellt. Unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode erfolgt die Wahl unterschiedlicher Elementtypen, die entsprechend ihrer Aufgabe innerhalb des Makromodells mit mehreren Materialformulierungen kombiniert werden. Auf Grundlage der maßgebenden Versagensfälle erfolgt eine Abbildung selbiger durch phänomenologische Materialmodelle getrennt für den jeweiligen Versagenstyp. Hierbei wird, soweit möglich, auf etablierte Ansätze aus der Literatur zurückgegriffen. Diese werden durch zahlreiche Anpassungen für die Problemstellung optimiert. Sowohl die Belastungsrichtungen in als auch senkrecht zur Wandebene werden dabei zunächst getrennt abgebildet. Hieraus ergeben sich zwei Modelle, die unabhängig voneinander für die Modellierung des jeweiligen Tragverhaltens der Ausfachung angewendet werden können. Aufgrund einer möglichen räumlichen, nicht ausschließlich in eine Richtung wirkenden Einwirkung werden die Modelle für die beiden Belastungsrichtungen mittels entsprechender Interaktionsansätze miteinander gekoppelt. Essentiell ist hier die mögliche gegenseitige Beeinflussung der Tragfähigkeiten infolge Schädigungen in die eine oder andere Richtung, die so berücksichtigt werden kann. Im Anschluss an die abschließende Validierung anhand experimenteller Untersuchungen steht somit ein Makromodell zur vollständigen Beschreibung von Mauerwerksausfachungen in Rahmentragwerken für den Einsatz innerhalb dreidimensionaler Modelle zur Verfügung. Durch die genauere Berechnung der resultierenden Beanspruchungen ist so eine sicherere Auslegung der Tragstruktur möglich.