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Balkeninp.zip Testbeam.jpg stressstrain.jpg

Hallo zusammen,
ich modelliere aktuell einen einfachen eingespannten Betonbalken. Er ist auf der einen Seite eingespannt. (0,25 auf 0,25 auf 1,50m) Er soll dazu dienen ein durchaus komplizierteres Modell vorher zu entlasten und das Modell erst einmal zu prüfen. Er besitzt 4ds6 Bewehrungseisen, die als truss im Balken embedded sind.
Ich benutze für die Modellierung ABAQUS "Concrete Damage Plasticity". Sowohl für den Balken als auch für den Stahl verwende ich akutell lineare Elemente. Quadratische habe ich bereits untersucht und liefern keine besseren und leicht anderen Ergebnisse.
Das Modell läuft soweit eigentlich gut, würde es nicht irgendwann den plastischen Bereich erreichen. Dieser liegt bei einer Stahlspannung von 500N/mm². Ab da sind die Ergebnisse einfach falsch. Dazu die angefügten Dateien:
Die eine zeigt den Spannungs-Dehnungs-Verlauf der Bewehrung, so wie ich ihn aus Abaqus erhalte. Diese entspricht exakt dem Verlauf, wie er dem Modell angegeben wurde.
Die zweite Datei zeigt die Ergebnisse unterschiedlicher Berechnungen.
Die erst orange Kurve zeigt den Verlauf eines Modells, welches sowohl Beton als auch Stahl rein elastisch annimmt.
Die Zweite galt ebenfalls dem Vergleich. Hier wurde das concrete damage plasticity verwendet, jedoch ist der Stahl noch als elastisch angenommen worden. Die maximale Stahlspannung konnte demnach auch nicht erreicht werden bzw. wird überschritten.
Die 2 anderen blauen Kurven sind sowohl im Beton als auch im Stahl als plastisch eingegeben worden. Sie zeigen gute Ergebnisse, allerdings nur bis zur ersten plastischen Dehnung des Stahls. Von da an spuckt mir die Berechnung totalen Müll aus. Je höher das Biegemoment ist desto langsam steigt die Spannung in der Bewehrung am Einspannpunkt. Das macht für mich keinen Sinn.
Zum Vergleich habe ich eine Handrechnung nach dem kd-Verfahren durchgeführt um so die Ergebnisse besser einschätzen zu können. Das maximale Biegemoment im Zustand 2 beträgt demnach ca 17kNm. Danach ist die maximale Spannung der Bewehrung von 680N/mm² erreicht. (grüner Punkt) Die restlichen Berechnungen haben diese Spannung bei einem Biegemoment von 22kNm noch nicht mal erreicht. Dies entspricht einer Laststeigerung von über 30%.
Hat jemand dazu eine Idee? Könnte es was mit dem Auflagerbereich zu tun haben? Falls noch weitere Infos interessant sind bitte kurz schreiben, ich melde mich umgehend. Habe die inp als zip ebenfalls mit angehängt.
Besten Dank schon mal.

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Biegemoment über die Spannung zu plotten ist normalerweise nicht meine Vorgehensweise.
Wenn ich allerdings Spannung über Dehnung des Bewehrungsstahls plotte, zeigt deine Rechnung das korrekte Verhalten. Auch bei einem klassischen Kraft-Verschiebungsdiagramm erhalte ich das erwartete Ergebnis.

Ich vermute den Fehler also eher in deiner Interpretation deiner o.g. Spannungs-Biegemomenten-Kurve.
Rechne doch, um einen besseren Vergleich zu erhalten, mal einen Balkenversuch aus der Literatur nach.

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Servus Tobias, danke für deine Antwort.
Ich habe eigene Laborversuche, die ich mit dem Abaqus-Modell nun nachrechnen möchte. Genau dieses Phenomän tritt doch auch auf, weshalb ich die Berechnung erst einmal auf ein kleines Modell abgespeckt habe, um die Rechenzeit zu minimieren.

Die Verschiebung bzw. die Durchbiegung verläuft ganz OK, brauchbare Werte. Was allerdings nicht zu verstehen ist, warum überhaupt ein enorm großes Moment aufgenommen werden kann, obwohl bereits viel früher die maximale Spannung des Stahl erreicht sein müsste. (Theorie  )
Was ich mir nun genauer angeschaut habe ist der Spannungs-Dehnungs-Verlauf eines Betonelementes. Das ist wiederrum sehr interessant. Dieser nimmt bei höheren Dehnungen irgendwann wieder an Spannungen zu. Diesen Ansatz verfolge ich aktuell und habe eine neue Berechnung gestartet in der zum einen die höheren Dehnungen weiterhin mit einer geringen Spannungen eingegeben sind (ca 15%, durch tension-stiffening) und eine andere Berechnung, bei der die Spannung dann fast zu null geht (1% von fctm muss ja bleiben).
Werde die Ergebnisse dann mal hier posten.

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Hallo zusammen, nun geht es weiter - ich habe nun tatsächlich zeigen können, dass der unbewehrte Beton nicht reißt, sondern angekommen bei der maximalen Belastund, diese erst einmal fröhlich hält. Wahrscheinlich lagert er die Spannungen auf das nächste Element um oder so.

Hat jemand von euch schon mal genauere Untersuchungen zum Rissöffnungsgesetz für unbewehrten Beton gemacht? Interessant wäre dies vor allem bei Biegung zu betrachten.

Zusammenfassend sei gesagt, das ursprüngliche Problem ist analysisert und gefunden worden. Nun stellt sich für mich die Frage, wie alternativ unbewehrter Beton darzustellen ist.

Ich danke euch für jeden Gedankenanstoß! Beste Grüße

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Hast du bei Verwendung von Tensile Behavior, Type=Strain, die gleichen Probleme wie bei Verwendung der Rissöffnungsbeziehung?

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Hab ich noch nicht weiter betrachtet, da in der Literatur oft auf eine Rissöffnungsbeziehung hingewiesen wird, um eine Elementabhängigkeit zu vermeiden.
Habe allerdings gestern angefangen mich damit zu beschäftigen. Hast du damit bereits Erfahrungen machen können?

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Ich modelliere gerade den gekerbten unbewehrten Balken aus dem benchmark Manual nach, und bekomme unter Verwendung der bilinearen Rissöffnungsbeziehung bei Netzverfeinerung und Verwendung anderer Elemente als im Manual deutlich andere Ergebnisse heraus als im Manual/ Versuch. Für Type_Strain passt die Maximallast, habe im Nachbruchbereich aber Probleme mit der Konvergenz.

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Wie groß wählst du denn deine Elemente und welche verwendest du? Bilinearer Verlauf - gem. ModelCode?
Nach welchem Ansatz hast du den Type Strain angesetzt? Werde mir die Sachen heute Nachmittag genauer anschauen, hab nun kurz ne Veranstaltung. Um eine Elementunabhängigkeit bei Strain zu erhalten, muss man sich auf eine "charakteristische Länge der Elemente" beziehen - wie wählst du diese?
Probleme mit der Konvergenz, hast du die steps zu groß gewählt? Da meckert er immer gerne bei mir. Alternativ kannst du auch mal einen Versuch rein kraftgesteuert rechnen lassen - ist für diesen Bereich vielleicht von Vorteil.

Wenn ich mal so aus dem Stand überlege, bei Erreichen des maximalen Wertes ist die Berechnung eigentlich nur rein elastisch oder? Komisch finde ich es, dass du dennoch andere Ergebnisse erhältst. Eventuell sind die Elemente dann zu fein?

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Genau, ich habe den Ansatz nach Modelcode verwendet.
Zu den Elementen: Zunächst habe ich wie im Manual C3D8R verwendet, die Ergebnisse mit C3D8i und C3D20R verglichen, mit unterschiedlichen Netzfeinheiten, jeweils Würfelförmig, von 5 cm bis zu 1 cm. Bei letzterer Elementfeinheit treten die Konvergenzprobleme auf, bei gröberen Netzen kaum.

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komische_linien.jpg

So, ist wieder etwas Zeit verstrichen ... mit den unterschiedlichen Elementtypen habe ich mich bisher nicht intensiv auseinander gesetzt. Mir wurde gesagt, dass C3D8R und C3D20R für meine Anwenungen gut sind. Hatte mal angefangs einige kleine Untersuchungen dazu gemacht und bin ebenfalls darauf gekommen. Warum und weshalb ...???

Ansonsten muss man bei der Wahl der Elemente eh unterschiedliche Elementgrößen betrachten. Wenn einige Elemente ähnliche Größen ausgeben ist dann mit diesen zu rechnen. Die anderen bilden entsprechend ein zu steifes oder zu weiches Bauteilverhalten wieder. Kann man nie genau und pauschal sagen.

Wo wir gerade bei Elementen sind, schon mal sowas gehabt wie im angehängten Bild? Im Bauteil sehe ich Linien, die ich mir nicht erklären kann. Je nach Laststufe wandern diese kreuz und quer durch das Bauteil ohne erkennbaren Grund.

Grüße

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So, also was ich mir nun erarbeitet habe, dass durch die Anwendung jedes Rissöffnungsgesetzes eine Netzabhängigkeit der Ergebnisse entsteht. Abaqus nimmt die Rissöffnung und verschmirrt diese über ein gesamtes Element. Jetzt kann man sich gut vorstellen, dass der Unterschied eines 1cm großen Elements entsprechend anders ausfällt, als wenn ich ein 5cm großes Element verwende.
Die Frage die mir nun aufkommt wäre, wir groß ist das Rissband (lt), über das diese Rissöffnung verschmiert werden muss. Bazant gibt einen Wert von 3mal des Größkorndurchmesser, Hillerborg Werte zwischen 50-100mm.
Die Rissöffnung ist ja bisher abhängig von der Bruchenergie, somit wäre mit epsilon = w / lt sowohl unabhängig von der Probe, sowie auch von dem verwendeten Element oder?
Ich habe dazu erste Rechnungen angestellt, aber sicher zusagen könnte ich es noch nicht. Was sagst du dazu?

Wie groß sind deine Abstände der Materialkennwerte? Ich überlege gerade, ob die einen Höchst- oder Mindestabstand haben müssen, damit die Simulation konvergiert.

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