DI Michael HOLZMANN - BOKU...-Axialsymmetrischer Spannungszustand bzw. Randbedingungen - Spannungen...

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DI Michael HOLZMANN

STUDIE ZUR ANWENDBARKEITVERSCHIEDENER MATERIALMODELLE IN DER

FE-BERECHNUNG VON STAUDÄMMEN

in Kooperation mit

12. Juni 2008

M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
Zielsetzung

Nachrechnung eines bestehenden Schüttdammes

- Spannungs-Verformungsverhalten numerisch analysieren

- Eignung verschiedener Stoffgesetze für geotechnischeFragestellungen

- Bewertung und Überprüfung der numerischen Ergebnisse erfolgtedurch Vergleich mit

1 Versuchswerten von Triax- und Ödometerproben2 Messwerten am Staudamm Gepatsch

- Verwendung der FE-Programme ABAQUS und PHASE2

Zielsetzung







Zielsetzung







Zielsetzung







Zielsetzung







Strukturierung der Diplomarbeit

Stoffgesetz

Numerische Elementtests

Phase2Abaqus

hypo-elastisch

hyper-elastisch

DuncanChang

MohrCoulomb

Dammberechnung

DuncanChang

linearelastisch

Schwerpunkte der Präsentation

Stoffgesetz

Numerische Elementtests

Phase2Abaqus

hypo-elastisch

hyper-elastisch

DuncanChang

MohrCoulomb

Dammberechnung

Programmfehler

Parameterstudie

DuncanChang

linearelastisch

Elementtests

ab

cd

1

3

2

E

- Axialsymmetrischer Spannungszustand bzw.Randbedingungen

- Spannungen und Verformungen sind homogenverteilt

- Hauptrichtungen der Spannungen undVerformungen

- Berechnung unter ödometrischen und triaxialenRandbedingungen

- Nachgerecht wurden Versuchskurven vonHochstetten-Sand

Elementtests

ab

cd

1

3

2

E






Elementtests

ab

cd

1

3

2

E






Elementtests

ab

cd

1

3

2

E






Elementtests

ab

cd

1

3

2

E






Elementtests DUNCAN CHANG

Hochstetten-Sand

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

Phase2 v6.023

Probe 1; σ3 = 100 kN/m2 Phase2 v6.023

Probe 2; σ3 = 200 kN/m2


σ1 − σ3

ε1

- Berechnung mit PHASE2 v6.023

- Ansatz von JANBU

E0 = fkt. (σ3)

- σ3 hat keinen Einfluß aufAnfangssteifigkeit E0→ Implementierungsfehler

- Übermittlung der Erkenntnissean ROCSCIENCE


Hochstetten-Sand

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

Phase2 v6.023


Probe 2; σ3 = 200 kN/m2


σ1 − σ3

ε1

- Berechnung mit PHASE2 v6.023

- Ansatz von JANBU

E0 = fkt. (σ3)

- σ3 hat keinen Einfluß aufAnfangssteifigkeit E0→ Implementierungsfehler



Hochstetten-Sand

σ1 − σ31400

1200

1000

800

600

400

200

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

ε1

Phase2 v6.024


Probe 2; σ3 = 200 kN/m2


- Upgrade von PHASE2 auf Version6.024

- Anfangssteifigkeit richtigimplementiert

- sehr gute Approximation derVersuchskurven


Monterey-Sand

100

200

300

400

500σ3 = 29.4 kN/m

2 Phase2 v6.024

Phase2 v6.024σ3 = 58.8 kN/m2

σ3 = 117.7 kN/m2 Phase2 v6.024

σ1 − σ3

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

ε1

- anelastisches Verhalten durchSchaltfunktion implementiert

- Be- und Entlastung soll einerGeraden folgen

→ Implementierungsfehler



Monterey-Sand

100

200

300

400

500σ3 = 29.4 kN/m

2 Phase2 v6.024

Phase2 v6.024σ3 = 58.8 kN/m2

σ3 = 117.7 kN/m2 Phase2 v6.024

σ1 − σ3

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

ε1

- anelastisches Verhalten durchSchaltfunktion implementiert

- Be- und Entlastung soll einerGeraden folgen

→ Implementierungsfehler



Monterey-Sand

500

400

300

200

100

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

σ3 = 29.4 kN/m2 Phase2 v6.025

Phase2 v6.025σ3 = 58.8 kN/m2

σ3 = 117.7 kN/m2 Phase2 v6.025

σ1 − σ3

ε1

- Upgrade der Software aufVersion 6.025

- Steifigkeit Eur für Ent- undWiederbelastung richtigimplemtiert

Parameterstudie DUNCAN CHANG

- Vergleich numerischer Ergebnisse für 3 verschiedene Parametersätze mitVersuchswerten an Hochstetten-Sand

- für eine Berechnung nach DUNCAN CHANG sind 8 Kenngrößen erforderlich

- Bestimmen der Parameter aus:

I Ödometerversuch - Entwicklung eines eigenen Konzeptes zurParameterbestimmung

I Triaxialversuch - Parametersatz nach ATV-DVWK M502

I Triaxialversuch - Parametersatz nach DUNCAN


200

400

600

800

1000

1200

1400

σ3 = 100 kN/m2σ3 = 200 kN/m2σ3 = 300 kN/m2

σ1 − σ3

ε10.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

ε1

εv

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

200

400

600

800

1000

0 0.01 0.02 0.03

VersuchswertePhase2 v6.025

σ1

ε1

100

200

300

400

0 200 400 600 800 1000

Phase2 v6.025

σ3

σ1

a)

b)

c)

d)-0.03

Berechnung für den Parametersatz bestimmt aus Ödometerversuch


200

400

600

800

1000

1200

1400

σ1 − σ3

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

ε1

εv

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

200

400

600

800

1000

100

200

300

400

0 200 400 600 800 1000

σ3

σ1

a)

b)

c)

d)

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

ε1 ε1

σ1

-0.03

σ3 = 100 kN/m2σ3 = 200 kN/m2σ3 = 300 kN/m2


Phase2 v6.025

Berechnung für den Parametersatz bestimmt aus ATV-DVWK M502M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008

200

400

600

800

1000

1200

1400

σ1 − σ3

ε10.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

ε1

εv

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

200

400

600

800

1000

0 0.01 0.02 0.03

σ1

ε1

100

200

300

400

0 200 400 600 800 1000

σ3

σ1

a)

b)

c)

d)-0.03

Phase2 v6.025


σ3 = 100 kN/m2σ3 = 200 kN/m2σ3 = 300 kN/m2

Berechnung für den Parametersatz bestimmt nach DUNCAN

Staudammberechnung

Spannungs-Verformungsanalyse am Staudamm Gepatsch

- TIWAG stellte die benötigten Daten und Software zur Verfügung

- Berechnung mit dem FE-Programm PHASE2 v6.025

- Linear elastische Berechnung (E-Moduli nach Prof. SCHOBER)

I DiskretisierungsbereichI NetzkonvergenzI Modellierungsarten

- Berechnung mit dem Stoffgesetz von DUNCAN CHANGI Parameter wurden aus Triaxialversuchen ermittelt

Staudammberechnung







Staudammberechnung







Staudammberechnung







Staudamm Gepatsch

130

m

153

m

Krone 1772 m

102

m

Stauziel 1767

Absenkziel 1665

Kern

FilterStützkörper

Moräne

Fels

420 m

Stützkörper

Moräne

Hauptschnitt vom Steinschüttdamm Gepatsch; [TIWAG]

DUNCAN CHANG VERSION 6.025

kN/m20

1000

2000

3000

4000

5000

σ1

340 kN/m2

800 kN/m2

Isolinien

- unstetiger Verlauf der Spannungen- weiterhin Fehler im Programm

- für Interpretation der Ergebnisse ungeeignet


um

4.0

2.0

0.0

1.0

3.0

- Tendenz der Setzungsverteilung erkennbar- lokale unrealistische Spitzen

- Größe des gestörten Bereichs von Vernetzung und Elementtyp abhängig


σ1kN/m2

0

1000

2000

3000

4000

5000

340 kN/m2

800 kN/m2

Isolinien

- stetiger Verlauf der Spannungen- Spannungsumlagerungen gut erkennbar


um

0

260

520

780

1040

1300

- Steifigkeit wird falsch berechnet- Setzungen um bis zu 800% größer als der Damm

- unsinnige Ergebnisse für Setzugen

FAZIT

- Ergebnisse aus einer numerischen Berechnung sind auf Plausibilität zu prüfen

- Ingenieur sollte ausreichend theoretische Grundlagen über Numerik verfügen

- Numerische Rechnungen sind für eine quantitative und qualitative Abschätzunggeeignet

- Versuchsbedingungen sind den zu erwartenden Verhältnissen imDammbauwerk anzupassen

- Rechnungen mit dem Stoffgesetz von DUNCAN CHANG liefern gute Ergebnisse

- ? PHASE2 ?

FAZIT






- ? PHASE2 ?

FAZIT






- ? PHASE2 ?

FAZIT






- ? PHASE2 ?

FAZIT






- ? PHASE2 ?

FAZIT






- ? PHASE2 ?

FINE

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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