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
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
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
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
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
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Strukturierung der Diplomarbeit
Stoffgesetz
Numerische Elementtests
Phase2Abaqus
hypo-elastisch
hyper-elastisch
DuncanChang
MohrCoulomb
Dammberechnung
DuncanChang
linearelastisch
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
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Schwerpunkte der Präsentation
Stoffgesetz
Numerische Elementtests
Phase2Abaqus
hypo-elastisch
hyper-elastisch
DuncanChang
MohrCoulomb
Dammberechnung
Programmfehler
Parameterstudie
DuncanChang
linearelastisch
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
Probe 3; σ3 = 300 kN/m2 Phase2 v6.023
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
Probe 3; σ3 = 300 kN/m2 Phase2 v6.023
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
Elementtests DUNCAN CHANG
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 1; σ3 = 100 kN/m2 Phase2 v6.024
Probe 2; σ3 = 200 kN/m2
Probe 3; σ3 = 300 kN/m2 Phase2 v6.024
- Upgrade von PHASE2 auf Version6.024
- Anfangssteifigkeit richtigimplementiert
- sehr gute Approximation derVersuchskurven
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
Elementtests DUNCAN CHANG
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
- Übermittlung der Erkenntnissean ROCSCIENCE
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
Elementtests DUNCAN CHANG
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
- Übermittlung der Erkenntnissean ROCSCIENCE
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
Elementtests DUNCAN CHANG
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
Parameterstudie DUNCAN CHANG
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
Parameterstudie DUNCAN CHANG
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
VersuchswertePhase2 v6.025
Phase2 v6.025
Berechnung für den Parametersatz bestimmt aus ATV-DVWK M502M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
Parameterstudie DUNCAN CHANG
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
VersuchswertePhase2 v6.025
σ3 = 100 kN/m2σ3 = 200 kN/m2σ3 = 300 kN/m2
Berechnung für den Parametersatz bestimmt nach DUNCAN
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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]
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
DUNCAN CHANG VERSION 6.025
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
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
DUNCAN CHANG VERSION 6.023
σ1kN/m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
340 kN/m2
800 kN/m2
Isolinien
- stetiger Verlauf der Spannungen- Spannungsumlagerungen gut erkennbar
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
DUNCAN CHANG VERSION 6.023
um
0
260
520
780
1040
1300
- Steifigkeit wird falsch berechnet- Setzungen um bis zu 800% größer als der Damm
- unsinnige Ergebnisse für Setzugen
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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 ?
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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 ?
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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 ?
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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 ?
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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 ?
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
-
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 ?
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008
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FINE
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
M. Holzmann Fest der Geotechniker 12. Juni 2008