Beton mit Bewehrung
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: reinforced concrete Kategorie: 
Level 3 Material
Allgemeine Informationen hierzu finden Sie zum Beispiel bei wikipedia:Stahlbeton
Simulation
Bauteile aus Beton mit Bewehrung werden im allgemeinen mit Volumen-Elementen diskretisiert. Dabei wird die Bewehrung in diesem Volumen "verschmiert", also nicht als Stange oder Stab mit Elementen modelliert, sondern als zusätzliche Eigenschaft der Volumen-Elemente.
Das Material Beton wird meistens nichtlinear simuliert. Dabei wird für die Spannung ein Grenzwert festgelegt. Wenn die aktuelle Spannung unterhalb dieses Grenzwertes liegt, wird das Material als tragend angenommen. Wenn die Spannung aber den Grenzwert überschreitet, wird angenommen, dass das Material reißt und keine Tragfähigkeit mehr hat. Die Simulation muss dabei berücksichtigen, dass auch nach dem Reißen des Betons durch Zugspannungen bei einer Entlastung und Umkehr der Belastung (wenn also eine Druckspannung entsteht) der Beton wieder tragfähig ist und diese Druckspannung ertragen kann. Als Stoffgesetz wird oftmals Mohr-Coulomb verwendet.
Dann übernimmt die Bewehrung die Aufgabe, die Tragfähigkeit des Bauteils weiterhin aufrechtzuerhalten.
Die Dateneingabe für die Volumen-Elemente eines solchen Modells besteht bei einer "verschmierten" Berücksichtigung der Bewehrung
- aus den Materialdaten des Betons: meistens ein nichtlineares Stoffgesetz nach Mohr-Coulomb,
- aus dem Volumenanteil der Bewehrung und den Querschnitts-Abmessungen: welchen Anteil hat der Bewehrungs-Stahl am Gesamtvolumen des Materials,
- aus der Richtung der Bewehrung: das sind die Raumwinkel der Bewehrung in Bezug auf das Element-Koordinatensystem, und
- aus den Materialdaten der Bewehrung: meistens ein nichtlineares Stoffgesetz.
Aus der Praxis
Die hier zugrunde gelegte Idealisierung, bei der die Bewehrung in dem Beton-Volumen "verschmiert" einbezogen wird, wird überwiegend verwendet. Es ist zu beachten, dass dabei die gemeinsame Tragwirkung von Beton und Bewehrung pauschal und unscharf simuliert wird, es gehen Details verloren. Gerade an solchen Stellen, an denen Bewehrungsprofile enden und Lastumleitungen zwischen Bewehrung und Beton erfolgen, muss das Wissen des Simulations-Anwenders und die Erfahrung aus dem Bauwesen kombiniert werden.
Als Beispiel kann dazu die Offshore-Plattform "Sleipner" herangezogen werden. Diese Plattform wurde 1991 fertiggestellt. Bei der Inbetriebnahme am Einsatzort in der Nordsee versagte die Tragstruktur am 23.8.1991 und führte zum Totalverlust der Plattform. Die Suche nach den Ursachen führte zu einer fragwürdigen FEM-Modellierung im Bereich der tragenden Caissons aus Stahlbeton. Es ist möglich, dass dabei diese Kombination der Simulations-Details und der Stahlbeton-Erfahrung eine Rolle spielte (Auszug aus einem Bericht: "..The wall failed as a result of a combination of a serious error in the finite element analysis and insufficient anchorage of the reinforcement in a critical zone..").
