Zyklisch viskoelastisch‐viskoplastischer Stoffansatz nichtbindiger Böden und Schotter

Abstract

Stoffgesetze/StoffansätzeDie Beschreibung des Stoffverhaltens nimmt in der Geotechnik einen wesentlichen Stellenwert ein. Dies ist in der Vielzahl der unterschiedlichen Böden mit ihren sehr komplexen Eigenschaften und Abhängig-keiten begründet.In der Geotechnik existiert eine große Bandbreite an Modelltheorien, die in Abhängigkeit von der Bodenart und deren Eigenschaften das Spannungs-Dehnungs-Verhalten ermitteln. Zu nennen sind die klassischen Spannungs-Dehnungs-Betrachtungen der linearen Elastizitäts-und Plastizitätstheorie, die im Laufe der Entwicklung um das nichtlineare Materialverhalten sowie Ver-und Entfestigung erweitert wurden. Darüber hinaus entstanden u. a. viskoelastische und viskoplastische Formulierungen sowie das hypoplastische Stoffgesetz, mit welchen die Zeitabhängig-keit des Bodens berücksichtigt wird.Für zyklische bzw. zyklisch-dynamische Belastungsvorgänge und die daraus resultierenden Dehnungen wurden neben physikalisch begründeten Stoffgesetzen, wie das hypoplastische Stoffgesetz, empirische Setzungsgesetze (settlement law) entwickelt. Mit diesen wird das elastische und plastische Dehnungsverhalten der Böden hauptsächlich in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwechsel beschrieben. Nur vereinzelt werden Spannungszustände oder Materialkenngrößen berücksichtigt. Bei entsprechender Problemstellung werden bei diesen Ansätzen die Parameter aus Labor-bzw. Modellversuchen unter den gegebenen Randbedingungen ermittelt und als feste Größen in die Setzungsgesetze eingefügt.Der nachfolgend beschriebene Stoffansatz erweitert die bestehenden Setzungsgesetze dahingehend, daß plastische und elastische Dehnungen in Abhän-gigkeit der Spannungszustände, der Anzahl der Lastwechsel und deren Frequenz sowie der Materialeigenschaften ermittelt werden.

Inspection of a high-cycle accumulation model for large numbers of cycles (N=2 million)

“…The residual deformations of foundations under high-cyclic loading, involving many cycles (N Z 10 3 ) with relatively small strain amplitudes (ε ampl r 10 À 3 ), can be predicted using empirical settlement formulas [8,9,19,12], engineer-oriented models [24,2,13] or high-cycle accumulation (HCA) models [20][21][22]3,[15][16][17]6,1,11]. Furthermore, several empirical formulas have also been developed in the field of pavement engineering, dedicated to the prediction of permanent deformations in pavements caused by traffic loading (e. g. [10,14,5,26,25,18]).…”

“…Unfortunately, only a very limited number of experimental studies have been performed with one million load cycles or more (e.g. [23,7,6,4,1]). Consequently, it is unclear so far if the various models proposed in the literature are suitable for such large numbers of cycles.…”

Numerische Modellierungen mit einem zyklisch-viskoplastischen Stoffansatz für granulare Böden

“…B. Verkehrswegebauwerke und Maschinenfundamente genannt. In [1] ist dazu ein zyklischviskoplastischer Stoffansatz für nichtbindige Böden und Schotter dargestellt. Unter nichtruhenden Lasteinwirkungen werden im Allgemeinen nicht statische Belastungen verstanden.…”

“…Die dargestellten Arbeiten beschäftigen sich daher mit der Implementierung, Validierung und Anwendung eines neuen, im folgenden als "zyklisch-viskoplastisch" bezeichneten Stoffansatzes für granulare Böden unter nichtruhender Lasteinwirkung. Die wesentlichen Grundlagen dieses Ansatzes sind dabei im Heft 4, 2004, dieser Zeitschrift beschrieben, [1]. Das erreichte Ziel war, den Stoffansatz für numerische Berechnungsmodelle ingenieurmäßig aufzubereiten, zu implementieren, sowie das Berechnungsmodell zu verifizieren und auf reale Problemstellungen anzuwenden.…”

“…Hence, the objective of this work is to be seen in the necessity of investigations on the long-term deformation behaviour of granular soils and ballast under cyclic loading. In the present paper the validation and implementation of a cyclic viscoplastic constitutive approach for granular under cyclic dynamic loading, [1], into a numerical model is carried out. The investigation and set up of a theoretical and physical complete model has not been intended.…”