Instationaeres 3D Thermo-mechanisches Modell fuer Beton / Transient 3D thermo-mechanical model for concrete

Im vorliegenden Bericht wird das instationaere, thermische, dreidimensionale Modell fuer Beton dargestellt. Um die Temperaturverteilung zu bestimmen, wird zunaechst eine drei-dimensionale, instationaere, thermische Finite-Elemente-Analyse (FE) durchgefuehrt. In dieser Berechnung wird angenommen, dass die thermischen Eigenschaften des Betons unabhaengig von der Verteilung der Spannungen und Dehnungen sind. Im thermo-mechanischen Modell fuer Beton wird der gesamte Dehnungstensor in die rein mechanische Dehnung, die freie thermische Dehnung und die lastinduzierte thermische Dehnung zerlegt. Die mechanische Dehnung wird unter Verwendung des Microplane Modells fuer Beton berechnet. Das Modell wurde in ein dreidimensionales FE-Programm implementiert. Zur Ueberpruefung des Modells sowie der Implementierung wurden aus der Literatur bekannte experimentelle Untersuchungen nachgerechnet. Weiterhin wurde das Verhalten von Kopfbolzen unter Brandbeanspruchung fuer drei verschiedene Verankerungstiefen und vier thermische Lastgeschichten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Tragfaehigkeit der Kopfbolzen unter Brandbeanspruchung deutlich abnehmen kann. Die groesste Abminderung der Tragfaehigkeit wurde bei relativ kleinen Verankerungstiefen beobachtet, besonders wenn der Betonkoerper zuerst erhitzt und danach abgekuehlt wurde. Die numerischen Ergebnisse stimmen mit den gemessenen Werten gut ueberein. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: In the present paper a transient three-dimensional thermo-mechanical model for concrete is presented. For a given boundary conditions, temperature distribution is calculated by employing a three-dimensional transient thermal finite element analysis. The thermal properties of concrete are assumed to be constant and independent of the stress-strain distribution. In the thermo-mechanical model for concrete the total strain tensor is decomposed into pure mechanical strain, free thermal strain and load induced thermal strain. The mechanical strain is calculated by using temperature dependent microplane model for concrete. The model is implemented into a three-dimensional FE code. The performance of headed stud anchors exposed to fire was studied. For a given geometry of a concrete member and for a constant concrete properties a three-dimensional transient thermal FE analysis was carried out for three embedment depths and for four thermal load histories. The analysis shows that the resistance of anchors can be significantly reduced if they are exposed to fire. The largest reduction of the load capacity was obtained for anchors with relatively small embedment depth. The numerical results agree well with the available experiments. (A)