Numerische Abbildung von Beton mit einem plastischen Schaedigungsmodell. Grundlegende Untersuchungen zu Normalbeton und UHPC

Die numerische Simulation des Tragverhaltens von Beton- und Stahlbetonkonstruktionen mit nicht-linearen Finite-Element-Modellen gewinnt in der konstruktiven Ingenieurpraxis zunehmend an Bedeutung. In kommerziellen Finite-Elemente-Programmen stehen dem Anwender unterschiedliche Moeglichkeiten zur Abbildung des Betonverhaltens in Form von plastischen Materialmodellen zur Verfuegung. Zur Anwendung dieser Materialmodelle ist dabei in der Regel die Kenntnis des Betontragverhaltens unter einaxialer Druck- und Zugbeanspruchung erforderlich. Im Beitrag werden verschiedene Ansaetze zur mathematischen Beschreibung dieser konstitutiven Beziehung fuer Normalbeton und ultrahochfesten Beton (UHPC) vorgestellt und im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit in plastischen Materialmodellen untersucht. Darauf aufbauend werden numerische Simulationen mit einem plastischen Schaedigungsmodell unter Verwendung eines einheitlichen Parametersatzes durchgefuehrt und mit den Ergebnissen experimenteller Untersuchungen verglichen. Die Untersuchungen umfassen hierbei Materialpruefungen an Normalbeton und UHPC unter verschiedenen ein- und mehraxialen Spannungszustaenden. Durch die Wahl geeigneter konstitutiver Beziehungen kann fuer die untersuchten Spannungszustaende eine gute Uebereinstimmung zwischen simuliertem und experimentell ermitteltem Betontragverhalten erreicht werden. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Non-linear finite element simulations on the structural behavior of concrete and reinforced concrete structures gain vital importance in structural engineering practice. In commercial finite element programs, different options are available for modeling the concrete behavior by means of plastic material models. To apply these material models, knowledge of the material behavior under uniaxial compressive and tensile stresses is usually required. In this paper, various approaches for the mathematical description of these constitutive laws for normal strength concrete and ultra-high performance concrete (UHPC) are presented and analyzed in terms of their applicability in plastic material models. Numerical simulations were carried out using a plastic damage model with single parameter sets for each concrete and compared with experimental results. The investigations comprised material tests on normal strength concrete and UHPC under various uni- and multi-axial stress states. By selecting suitable constitutive laws, a good correlation between the simulated and experimental behavior of concrete structures was obtained. (A)