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Trennflächenformulierungen für die statische und dynamische Berechnung von Bogenstaumauern

Inhalt

Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der ETH Zuerich ueber die Erdbebenbeanspruchung von Staumauern entstand der vorliegende Bericht zu Moeglichkeiten der nichtlinearen Berechnung von Bogenstaumauern mit der Methode der finiten Elemente. Eine Sichtung der Bemessungs- und Konstruktionsprinzipien erlaubt zusammen mit Beobachtungen an bestehenden Staumauern und Labormodellen, typische Schwaechezonen zu identifizieren, die einen massgebenden Einfluss auf das statische und dynamische Verhalten haben. Kritische Fragen zur Anwendung der Methode der finiten Elemente werden aufgenommen, Entwicklungstendenzen lokaler Versagensmodelle vorgestellt und mit bisherigen Ansaetzen nichtlinearer Bogenstaumauerberechnung verglichen. Das Konzept diskreter, raeumlicher Trennflaechen wird weiterverfolgt. Eine Loesungsform des allgemeinen Kontaktproblems, die Technik der Straffunktionen, fuehrt auf die Familie zwei- und dreidimensionaler Fugenelemente. Die unterschiedlichen Modellvorstellungen zur Kraftuebertragung in der Trennflaeche und ihre Umsetzung in variabel-elastische und elasto-plastische Kontaktgesetze werden diskutiert. Schliesslich wird versucht, die numerischen Loesungsverfahren im Hinblick auf Stabilitaet, Konvergenz und Pfadabhaengigkeit neu zu sichten und zusammenzustellen. (-y-); The present report explores the prospects of nonlinear analysis of arch dams with the finite element method. The principles of design and construction of arch dams as well as observations on prototypes and physical models suggest typical zones of weakness, which significantly affect the static and dynamic behaviour of a dam. The applicability of finite elements is investigated, reporting current trends in localized fracture modeling and comparing them with existing approaches to nonlinear arch dam analysis. The concept of discrete, three-dimensional joints is adopted for further study. A special variant of the general contact problem, the technique of penalty stiffness parameters, leads to the family of joint elements in two and three dimensions. Various concepts for the stress transfer across the joint and their conversion into variable-elastic and elasto-plastic constitutive relations are discussed. The last part then attempts quite a comprehensive survey of numerical procedures with view to stability, convergence and path dependency. (-z-)

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