Numerische Modellierung von Holz- und Holz-Beton-Verbundkonstruktionen

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mit Hilfe geeigneter konstitutiver Materialmodelle auf Basis der Plastizitätstheorie das Tragverhalten und die Versagensmechanismen in Brettstapel-Beton- Verbundkonstruktionen zu simulieren. Zum Einsatz kommt dabei das Programmsystem ANSYS.     

Im Rahmen des Forschungsvorhabens müssen für die Baustoffe Holz und Beton dreidimensionale Bruchkriterien implementiert werden. Für den Stahl, als Grundwerkstoff für die meisten Verbindungsmittel sowie die Betonbewehrung, steht mit der im FE-Programm enthaltenen „von Mises“-Theorie ein gesichertes Materialmodell zur Verfügung. Um das Tragverhalten unter Berücksichtigung der Werkstoffschädigung exakter erfassen zu können, muss das aus Versuchen bekannte Ver- resp. Entfestigungsverhalten der Werkstoffe numerisch umgesetzt werden. Von Bedeutung ist ebenfalls die wirklichkeitsnahe Abbildung der Fugen zwischen den Baustoffen, wobei Kräfteumlagerungen durch ein Öffnen und/oder Abgleiten der Kontaktflächen erfasst werden müssen. Zur Verifikation der FE-Formulierung werden zahlreiche eigene und durch andere Forschungsgruppen veröffentlichte Versuchsergebnisse herangezogen. Mit Hilfe dieser Modelle ist die Berechnung der Tragfähigkeit verschiedener Verbindungstechniken in Abhängigkeit von der Materialgüte und Einbaubedingungen möglich. Von großem Interesse ist aber ebenfalls die Voraussage der Versagensmechanismen der Verbundelemente. So kann vor der Durchführung aufwendiger Scherversuche die Wirkung von Maßnahmen zur Erhöhung der Steifigkeit und Tragfähigkeit solcher Schubverbindungen simuliert werden.     

Mit Hilfe des im Rahmen dieses Forschungsvorhabens zu entwickelnden Materialgesetzes für Holz ist es möglich, alle Bereiche mit hohen Spannungskonzentrationen zu untersuchen. Dies eröffnet vielfältige Möglichkeiten zur Berechnung der Rissentwicklung in hölzernen Bauteilen. Damit kann dieses numerische Modell als Grundalge für die Tragfähigkeitsuntersuchung z. B. von Queranschlüssen, Ausklinkungen und Durchbrüchen unter Berücksichtigung der räumlich nichtlinearen Materialeigenschaften dienen. Darüber hinaus ist eine Erweiterung zur Berücksichtigung von zeitabhängigem Materialverhalten angedacht.