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Support CenterWissensdatenbank-Artikel2.7 Lösungsverfahren und Algorithmus zur Laststeuerung
2.7 Lösungsverfahren und Algorithmus zur Laststeuerung
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2.7 Lösungsverfahren und Algorithmus zur Laststeuerung

Dieser Artikel ist auch verfügbar in
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Zur Lösung eines nichtlinearen FEM-Problems wird ein standardmäßiger vollständiger Newton-Raphson-Algorithmus (NR) verwendet. 

Im Allgemeinen konvergiert der NR-Algorithmus häufig nicht, wenn die volle Last in einem einzigen Schritt aufgebracht wird. Üblicherweise, und so auch hier, wird die Last schrittweise in mehreren Inkrementen aufgebracht. Das Ergebnis des vorherigen Lastinkrements dient dabei als Startwert für die Newton-Lösung des folgenden Inkrements. Zu diesem Zweck wurde ein Algorithmus zur Laststeuerung auf Basis des Newton-Raphson-Verfahrens implementiert. Konvergieren die NR-Iterationen nicht, wird das aktuelle Lastinkrement auf die Hälfte seines Wertes reduziert und die NR-Iterationen werden erneut durchgeführt.

Ein zweiter Zweck des Algorithmus zur Laststeuerung ist die Ermittlung der kritischen Last, die bestimmten „Abbruchkriterien“ entspricht – konkret der maximalen Dehnung im Beton, dem maximalen Schlupf in den Verbundelementen, der maximalen Verschiebung in den Verankerungselementen und der maximalen Dehnung in den Bewehrungsstäben. Die kritische Last wird mit dem Bisektionsverfahren bestimmt. Wird das Abbruchkriterium irgendwo im Modell überschritten, werden die Ergebnisse des letzten Lastinkrements verworfen und ein neues Inkrement mit der halben Größe des vorherigen berechnet. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die kritische Last mit einer bestimmten Fehlertoleranz gefunden ist.

Für Beton wurde das Abbruchkriterium an den Integrationspunkten der Schalenelemente auf eine Dehnung von 5 % im Druckbereich (d. h. etwa eine Größenordnung größer als die tatsächliche Bruchdehnung von Beton) und 7 % im Zugbereich festgelegt. Im Zugbereich wurde der Wert so gewählt, dass zuerst die Grenzdehnung der Bewehrung erreicht werden kann, die ohne Berücksichtigung der Zugverfestigung üblicherweise bei etwa 5 % liegt. Im Druckbereich wurde der Wert aus mehreren Alternativen so gewählt, dass er groß genug ist, damit die Auswirkungen des Quetschens in den Ergebnissen sichtbar werden, aber klein genug, um nicht zu viele Probleme mit der numerischen Stabilität zu verursachen.

Fig. 17Constitutive relationship of bond and anchorage elements used for anchorage length verification:\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 17\qquad Constitutive relationship of bond and anchorage elements used for anchorage length verification:}}}Fig. 17Constitutive relationship of bond and anchorage elements used for anchorage length verification:

(a) bond shear stress slip response of a bond element; (b) force-displacement response of an anchorage element.\textsf{\textit{\footnotesize{(a) bond shear stress slip response of a bond element; (b) force-displacement response of an anchorage element.}}}(a) bond shear stress slip response of a bond element; (b) force-displacement response of an anchorage element.

Für die Bewehrung wird das Abbruchkriterium über Spannungen definiert. Da die Spannungen am Riss modelliert werden, entspricht das Kriterium im Zugbereich der Zugfestigkeit der Bewehrung unter Berücksichtigung des Sicherheitsbeiwerts. Der gleiche Wert wird für das Kriterium im Druckbereich verwendet.

Das Abbruchkriterium in den Verbundelementen und Verankerungsfedern beträgt α·δumax, wobei δumax der in den Normnachweisen verwendete maximale Schlupf ist und α = 10.

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