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A. Seltenhammer:
"Kalibrierung von Mauerwerkparametern mittels verfeinerter mechanischer Modellierung";
Talk: 11. D-A-CH-Tagung 2009, Zürich; 2009-09-10 - 2009-09-11.

In der mechanischen Modellierung von Mauerwerk- (MWK-) Strukturen unterscheidet man im Allgemeinen zwischen drei Ebenen: Mikro-, Meso- und Makroebene. Bei der Mikromodellierung wird die MWK-Wand bezüglich der lokalen Deformationen der Mörtelfugen und der MWK-Steine untersucht, indem die Fugen und Blöcke diskretisiert werden. Für die Mesomodellierung wird das Gefüge vereinfacht indem man die MWK-Steine als Starrkörper betrachtet die mittels Feder- und Dämpferelemente verbunden sind; vergl. "Rigid Body Spring Model" (Casolo S., Earthquake Engng Struct. Dyn. 2007; 36:1029-1048). Die Starrkörper können auch eine größere Einheit als einen einzelnen MWK-Stein repräsentieren. Auf der Makroebene ist der Detaillierungsgrad hauptsächlich durch die Geometrie der gesamten Wand festgelegt. Das Gefüge an sich wird nicht im Detail sondern mit Hilfe eines homogenisierten Werkstoffmodells beschrieben (Cauchy, Cosserat).
In der vorliegenden Arbeit wird das Rigid Body Spring Model (RBSM) vorgestellt und hinsichtlich seines Einsatzes für dynamisch beanspruchte MWK-Scheiben untersucht. Durch den zweidimensionalen Zugang und die starke Vereinfachung der Geometrie bei dieser Modellierung kann das dynamische Verhalten in Bezug auf die mechanische Schädigung und die hysteretische Energiedissipation beschrieben werden. Weiters ist das Schub- und Kippverhalten abbildbar. Durch unterschiedliche Arbeitslinien für die angenommenen Axial- und die Schubfedern und deren Anordnung können auf der Makroebene die notwendigen Mikrostruktur-Aspekte des heterogenen MWKs beschrieben werden. Hier ist auch nichtlineares Materialverhalten berücksichtigbar. Die Systemantwort auf eine zyklische dynamische Belastung, welche insbesondere in der Baudynamik von Bedeutung ist, wird mittels Zeitintegration dargestellt.
Die Stärke des Modells ist die Beschreibung eines heterogenen Verbundwerkstoffes als ein strukturiertes Kontinuum ohne eine Homogenisierung zu einem generalisierten Cosserat Kontinuum vorzunehmen, womit die komplexe Zuweisung von elastischen und plastischen Eigenschaften des Materials vermieden werden kann. Indem die spezifischen kinematischen Eigenschaften des Starrkörpers ausgenutzt werden, kann die Beschreibung des Materialverhaltens mit wesentlich geringerem Rechenaufwand erfolgen. Die fortschreitende Schädigung und Schwächung des heterogenen Materials kann beschrieben werden, im Speziellen die nichtlineare Antwort nachdem der Verbundwerkstoff seine Mikrostruktur Eigenschaften geändert hat. Mohr-Coloumb Effekte durch die unterschiedliche Orientierung der Fugen werden berücksichtigt.
Die Modellierung an sich aber auch die zur Validierung des Modells durchzuführenden Experimente können zur dynamischen Analyse von MWK-Strukturen herangezogen werden. Bei großen Verhältnissen der E-Moduli, wie dies bei historischem Mauerwerk der Fall ist, ist das Modell im nichtlinearen Bereich einer FEM Analyse vorzuziehen.
Eine wichtige Zielsetzung ist es, die aus dynamischen bzw. statischen Versuchen gewonnenen Parameter das RBSM zu kalibrieren.

Mauerwerk, Erdbeben