Bestimmung der Erddruckverteilung bei Ansatz nichtlinearer Materialgesetze

Im ersten Teil dieser Arbeit werden in einer kurzen Zusammenfassung analytische Methoden zur Ermittlung der Erdwiderstandes beschrieben. Ebenso erfolgt die chronologische Darstellung verschiedener Modellversuche zur Bestimmung des Erddrucks und Versagensbilder mit Versuchsaufbau und Versuchsergebnissen. Im den darauf folgenden Abschnitten wird auf die Grundlagen elastoplastischer Stoffgesetze der Boden- und Felsmechanik eingegangen sowie verschiedene Stoffgesetze ausführlich erläutert. Anschließend wird in der Arbeit aufgezeigt, wie die zuvor beschriebenen Stoffgesetze programmiert und in das kommerzielle FE-Programmsystem ANSYS implementiert wurden. Im abschließenden Teil wird über die Umsetzung von Erddruckversuchen in ein FE-Modell die Übertragbarkeit von Versuchsergebnissen auf ein FE-Modell in Abhängigkeit der Wahl des Stoffgesetzes analysiert und beurteilt.

1;Bestimmung der Erddruckverteilung bei Ansatz nichtlinearer Materialgesetze;1 1.1;Inhaltsverzeichnis;3 1.2;Bezeichnungen;6 1.3;1 Einleitung;8 1.4;2 Analytische Methoden zur Bestimmung des Erdwiderstandes;11 1.4.1;2.1 Mohr-Coulomb (1773);11 1.4.2;2.2 Krey (1936);11 1.4.3;2.3 Ohde (1938);12 1.4.4;2.4 Caquot-Kerisel (1956);12 1.5;3 Erddruckversuche;14 1.5.1;3.1 Franzius (1928), [32];14 1.5.2;3.2 Narain, Saran, Nandakumaran (1969), [58];15 1.5.3;3.3 Roscoe (1970), [3];18 1.5.4;3.4 Laumans (1977), [51];19 1.5.5;3.5 Vogt (1984), [79];21 1.5.6;3.6 Mao (1993), [52];23 1.5.7;3.7 Wittlinger (1994), [85];25 1.5.8;3.8 Bartl (1997), [11];27 1.5.9;3.9 Zusammenstellung der Erddruckversuche;30 1.6;4 Elastoplastische Stoffgesetze der Boden- und Felsmechanik;31 1.6.1;4.1 Grundlagen;31 1.6.1.1;4.1.1 Fließkriterium;31 1.6.1.2;4.1.2 Fließregel;31 1.6.1.3;4.1.3 Verfestigungs- und Entfestigungsregel;33 1.6.2;4.2 Invarianten;36 1.6.3;4.3 Mohr-Coulomb Kriterium;39 1.6.4;4.4 Drucker-Prager Kriterium;43 1.6.5;4.5 Braunschweiger Kappenmodell;46 1.6.6;4.6 Zusammenstellung elastoplastischer Stoffgesetze;50 1.7;5 Implementierung elastoplastischer Stoffgesetze in das FE-Programm ANSYS;51 1.7.1;5.1 Einführung;51 1.7.2;5.2 Analyse des Fortranquellcodes USERPL.F;52 1.7.3;5.3 Programmierung elastoplastischer Stoffgesetze über die Benutzerschnitt-stelle UPF;53 1.7.3.1;5.3.1 Flußdiagramm für die Umsetzung der elastoplastischen Stoffgesetzeüber die Benutzerschnittstelle UPF;53 1.7.3.2;5.3.2 Beschreibung der Eingabedaten für die Anwendung der elastoplastischen Stoffgesetze;54 1.7.3.3;5.3.3 Berechnung der TRIAL-Spannungen;55 1.7.3.4;5.3.4 Abprüfung des 1. Fließkriteriums und Berechnung der Dehnungsinkremente;56 1.7.3.5;5.3.5 Umformung der Tangentensteifigkeitsmatrix;58 1.7.3.6;5.3.6 Abprüfung des 2. Fließkriteriums bei Anwendung des entwickelten Braunschweiger Kappenmodells mit einer volumetrischen Fließbedingung und Berechnung der Dehnungen;58 1.7.4;5.4 Einbinden des Fortranquellcodes in das FE-Programm
ANSYS;60 1.7.5;5.5 Verifikation der programmierten Stoffgesetze anhand eines FE-Modells;61 1.8;6 Vergleichsberechnungen FE-Erddruckmodell nach Schweiger;65 1.8.1;6.1 Modellaufbau und Materialkennwerte;65 1.8.2;6.2 Vergleich und Beurteilung der Berechnungsergebnisse;66 1.8.3;6.3 Zusammenstellung der Berechnungsergebnisse;69 1.9;7 Umsetzung von Erddruckversuchen in ein FE-Modell;81 1.10;7.1 Erddruckversuche Narain, Saran und Nandakumaran;81 1.10.1;7.1.1 Zusammenstellung von Bodenkennwerten und Materialparametern;81 1.10.2;7.1.2 Aufbau des FE-Modells;82 1.10.3;7.1.3 Vergleich und Beurteilung der Berechnungsergebnisse mit denVersuchsergebnissen;84 1.10.4;7.1.4 Zusammenstellung der Berechnungsergebnisse;88 1.10.5;7.2 1g-Modellversuch nach Bartl;115 1.10.5.1;7.2.1 Zusammenstellung von Bodenkennwerten und Materialparametern;115 1.10.5.2;7.2.2 Aufbau des FE-Modells;116 1.10.5.3;7.2.3 Vergleich und Beurteilung der Berechnungsergebnisse mit den Versuchsergebnissen;117 1.10.5.4;7.2.4 Zusammenstellung der Berechnungsergebnisse;118 1.11;8 Analytische Berechnung des Erdwiderstandes;120 1.11.1;8.1 Erddruckversuche von Narain, Saran und Nandakumaran;120 1.11.2;8.2 1g-Modellversuch von Bartl;121 1.12;9 Gegenüberstellung und Beurteilung der bestimmtenErddruckverteilungen;123 1.13;10 Zusammenfassung;132 1.14;11 Literaturverzeichnis;135