111. Hauptversammlung

Idealized Structural Unit Method zur Traglastberechnung von Plattenstrukturen unter axialer und lateraler Druckbeanspruchung

Dr.-Ing. Thomas Lindemann, Universität Rostock, Georg-Weinblum-Preisträger 2016

Die Idealized Structural Unit Method (ISUM) ist ein vereinfachtes Verfahren zur Traglastberechnung von Plattenstrukturen mit reduziertem numerischen Aufwand. Platten werden lediglich mit einer geringen Anzahl von ISUM-Plattenelementen diskretisiert, weil spezielle Formfunktionen zur Beschreibung des Lateralverschiebungszustandes für axiale und laterale Druckbeanspruchungen zur Anwendung kommen. Die Amplituden der Formfunktionen werden als separate Freiheitsgrade für jedes einzelne Element verwendet. Geometrische und materielle Nichtlinearitäten sind innerhalb der Elementformulierung in idealisierter Form berücksichtigt. Die Anwendbarkeit wird für verschiedene Beanspruchungszustände unterschiedlicher Platten demonstriert sowie mittels nichtlinearer FE-Analysen (FEA) validiert. Zur Traglastberechnung versteifter Platten kommt ein kombiniertes ISUM-Platten/Balkenelemente-Modell zur Anwendung, bei dem die Beplattung durch ISUM-Plattenelemente und Steifen durch Balkenelemente abgebildet werden. Zusätzlich werden Traglastberechnungen von Kastenträgern unter 4-Punkt-Biegung präsentiert und mit experimentellen Daten verglichen.

Idealized Structural Unit Method for Collapse Analyses of Plate Structures under Inplane and Lateral Loads

The Idealized Structural Unit Method (ISUM) is a simplified matrix method to determine the collapse behaviour of plate structures with reduced computational efforts. Plate panels are modelled by only several ISUM-plate elements because special shape functions are used to describe the internal lateral deflections under inplane thrust and lateral pressure. The amplitudes of the shape functions are treated as separate degrees of freedom for each element. Geometrical and material nonlinearities are idealized within the element formulation. Progressive collapse analyses are performed for different plate panels and the results are validated against nonlinear finite element analyses (FEA). A combined ISUM-plate/beam-column element model is proposed to simulate the collapse behaviour of stiffened plate panels for different load cases. The stiffeners are modelled with beam-column elements to account for overall stiffener deflection. Furthermore, ISUM is applied to determine the load carrying capacity of two box-girder specimens in four point bending. Appropriate numerical models are presented and the corresponding ultimate strength values are validated against experimental results.