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Computational Structural Concrete

Theory and Applications
BuchKartoniert, Paperback
424 Seiten
Englisch
Ernst & Sohnerschienen am19.10.20222. Aufl.
Beton ist aufgrund seiner Vorteile der mit Abstand meistverwendete Baustoff: er ist formbar, preiswert und überall verfügbar. Kombiniert mit Bewehrung bietet dies eine immense Bandbreite an Eigenschaften und kann für eine Vielzahl von Zwecken angepasst werden. Damit ist Beton der Baustoff des 20. Jahrhunderts. Um der Baustoff des 21. Jahrhunderts zu sein, muss seine Nachhaltigkeit in den Fokus rücken. Bewehrte Betonkonstruktionen müssen mit geringerem Materialaufwand konstruiert werden, wobei ihr Tragfähigkeitspotential optimal ausgeschöpft werden muss. Computergestützte Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) bieten wesentliche Werkzeuge, um das Ziel zu erreichen. In Kombination mit experimenteller Validierung ermöglichen sie ein tieferes Verständnis der Tragmechanismen. Im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen kann eine realistischere Abschätzung der Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit erreicht werden. Dies ermöglicht eine deutlich verbesserte Ausnutzung der Baustoffe. Damit eröffnet sich auch ein weiterer Horizont für innovative Tragwerksentwürfe. Anspruchsvolle numerische Rechenverfahren werden aber in der Regel als "Black Boxes" bereitgestellt. Daten werden eingegeben, die Ausgaben ungeprüft übernommen, aber das Verständnis für die dazwischenliegenden Schritte ist oft rudimentär. Dies birgt die Gefahr von Fehlinterpretationen, um nicht zu sagen ungültigen Ergebnissen im Vergleich zu den getroffenen Problemdefinitionen. Das Risiko ist insbesondere bei nichtlinearen Problemen hoch. Bewehrter Beton weist als Verbundmaterial in seinen Grenzzuständen ein nichtlineares Verhalten auf, verursacht durch Verbund und nichtlineare Eigenschaften seiner Bestandteile. Seine Rissbildung ist ein reguläres Verhalten. In diesem Buch werden die Mechanismen des bewehrten Betons unter dem Blickwinkel numerischer Methoden aufgezeigt. So sollen auch "Black Boxes" transparent werden. Das Buch beschreibt entsprechende Methoden für Balken, Scheiben, Platten und Schalen im Rahmen von Quasi-Statik und Dynamik. Betonkriechen, Temperatureinwirkungen, Vorspannung, große Verformungen werden beispielhaft behandelt. Weiterhin werden aktuelle Materialmodelle für Beton dargestellt. Dabei werden sowohl die Möglichkeiten als auch die Fallstricke numerischer Methoden aufgezeigt. Die Theorie wird durch eine Vielzahl von Beispielen veranschaulicht. Die meisten von ihnen werden mit dem in Python implementierten und unter Open-Source-Bedingungen verfügbaren Softwarepaket ConFem durchgeführt. (incl. ebook as PDF)mehr
Verfügbare Formate
BuchKartoniert, Paperback
EUR79,00
BuchKartoniert, Paperback
EUR99,00
E-BookPDF2 - DRM Adobe / Adobe Ebook ReaderE-Book
EUR70,99
E-BookEPUB2 - DRM Adobe / EPUBE-Book
EUR70,99

Produkt

KlappentextBeton ist aufgrund seiner Vorteile der mit Abstand meistverwendete Baustoff: er ist formbar, preiswert und überall verfügbar. Kombiniert mit Bewehrung bietet dies eine immense Bandbreite an Eigenschaften und kann für eine Vielzahl von Zwecken angepasst werden. Damit ist Beton der Baustoff des 20. Jahrhunderts. Um der Baustoff des 21. Jahrhunderts zu sein, muss seine Nachhaltigkeit in den Fokus rücken. Bewehrte Betonkonstruktionen müssen mit geringerem Materialaufwand konstruiert werden, wobei ihr Tragfähigkeitspotential optimal ausgeschöpft werden muss. Computergestützte Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) bieten wesentliche Werkzeuge, um das Ziel zu erreichen. In Kombination mit experimenteller Validierung ermöglichen sie ein tieferes Verständnis der Tragmechanismen. Im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen kann eine realistischere Abschätzung der Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit erreicht werden. Dies ermöglicht eine deutlich verbesserte Ausnutzung der Baustoffe. Damit eröffnet sich auch ein weiterer Horizont für innovative Tragwerksentwürfe. Anspruchsvolle numerische Rechenverfahren werden aber in der Regel als "Black Boxes" bereitgestellt. Daten werden eingegeben, die Ausgaben ungeprüft übernommen, aber das Verständnis für die dazwischenliegenden Schritte ist oft rudimentär. Dies birgt die Gefahr von Fehlinterpretationen, um nicht zu sagen ungültigen Ergebnissen im Vergleich zu den getroffenen Problemdefinitionen. Das Risiko ist insbesondere bei nichtlinearen Problemen hoch. Bewehrter Beton weist als Verbundmaterial in seinen Grenzzuständen ein nichtlineares Verhalten auf, verursacht durch Verbund und nichtlineare Eigenschaften seiner Bestandteile. Seine Rissbildung ist ein reguläres Verhalten. In diesem Buch werden die Mechanismen des bewehrten Betons unter dem Blickwinkel numerischer Methoden aufgezeigt. So sollen auch "Black Boxes" transparent werden. Das Buch beschreibt entsprechende Methoden für Balken, Scheiben, Platten und Schalen im Rahmen von Quasi-Statik und Dynamik. Betonkriechen, Temperatureinwirkungen, Vorspannung, große Verformungen werden beispielhaft behandelt. Weiterhin werden aktuelle Materialmodelle für Beton dargestellt. Dabei werden sowohl die Möglichkeiten als auch die Fallstricke numerischer Methoden aufgezeigt. Die Theorie wird durch eine Vielzahl von Beispielen veranschaulicht. Die meisten von ihnen werden mit dem in Python implementierten und unter Open-Source-Bedingungen verfügbaren Softwarepaket ConFem durchgeführt. (incl. ebook as PDF)
Details
ISBN/GTIN978-3-433-30001-5
ProduktartBuch
EinbandartKartoniert, Paperback
Erscheinungsjahr2022
Erscheinungsdatum19.10.2022
Auflage2. Aufl.
Seiten424 Seiten
SpracheEnglisch
Gewicht850 g
Illustrationen161 SW-Abb., 11 Tabellen
Artikel-Nr.50525154

Inhalt/Kritik

Inhaltsverzeichnis
Preface Notations List of Examples 1 INTRODUCTION 2 FINITE ELEMENTS OVERVIEW 2.1 Modeling Basics 2.2 Discretization Outline 2.3 Elements 2.4 Material Behavior 2.5 Weak Equilibrium 2.6 Spatial Discretization 2.7 Numerical Integration 2.8 Equation Solution Methods 2.9 Discretization Errors 3 UNIAXIAL STRUCTURAL CONCRETE BEHAVIOR 3.1 Uniaxial Stress-Strain Behavior of Concrete 3.2 Long-Term Behavior - Creep and Imposed Strains 3.3 Reinforcing Steel Stress-Strain Behavior 3.4 Bond between Concrete and Reinforcement 3.5 The Smeared Crack Model 3.6 The Reinforced Tension Bar 3.7 Tension Stiffening of Reinforced Bar 4 STRUCTURAL BEAMS AND FRAMES 4.1 Cross-Sectional Behavior 4.2 Equilibrium of Beams 4.3 Finite Element Types for Plane Beams 4.4 System Building and Solution 4.5 Creep of Concrete 4.6 Temperature and Shrinkage 4.7 Tension Stiffening 4.8 Prestressing 4.9 Large Displacements - 2nd-Order Analysis 4.10 Dynamics 5 STRUT-AND-TIE MODELS 5.1 Elastic Plate Solutions 5.2 Strut-and-Tie Modeling 5.3 Solution Methods for Trusses 5.4 Rigid-Plastic Truss Models 5.5 Application Aspects 6 MULTIAXIAL CONCRETE MATERIAL BEHAVIOR 6.1 Basics 6.1.1 Continua and Scales 6.1.2 Characteristics of Concrete Behavior 6.2 Continuum Mechanics 6.3 Isotropy, Linearity, and Orthotropy 6.4 Nonlinear Material Behavior 6.5 Elastoplasticity 6.6 Damage 6.7 Damaged Elastoplasticity 6.8 The Microplane Model 6.9 General Requirements for Material Laws 7 CRACK MODELING AND REGULARIZATION 7.1 Basic Concepts of Crack Modeling 7.2 Mesh Dependency 7.3 Regularization 7.4 Multiaxial Smeared Crack Model 7.5 Gradient Methods 7.6 Discrete Crack Modeling Overview 7.7 A Strong Discontinuity Approach 8 PLATES 8.1 Lower Bound Limit Analysis 8.2 Cracked Concrete Modeling 8.3 Reinforcement and Bond 8.4 Integrated Reinforcement 8.5 Embedded Reinforcement with Flexible Bond 9 SLABS 9.1 Classification 9.2 Cross-Sectional Behavior 9.3 Equilibrium of Slabs 9.4 Reinforced Concrete Cross Sections 9.5 Slab Elements 9.6 System Building and Solution Methods 9.7 Lower Bound Limit State Analysis 9.8 Nonlinear Kirchhoff Slabs 9.9 Upper Bound Limit State Analysis 10 SHELLS 10.1 Geometry and Displacements 10.2 Deformations 10.3 Shell Stresses and Material Laws 10.4 System Building 10.5 Slabs and Beams as a Special Case 10.6 Locking 10.7 Reinforced Concrete Shells 11 RANDOMNESS AND RELIABILITY 11.1 Uncertainty and Randomness 11.2 Failure Probability 11.3 Design and Safety Factors 12 CONCLUDING REMARKS A SOLUTION METHODS A.1 Nonlinear Algebraic Equations A.2 Transient Analysis A.3 Stiffness for Linear Concrete Compression A.4 The Arc Length Method B MATERIAL STABILITY C CRACK WIDTH ESTIMATION D TRANSFORMATIONS OF COORDINATE SYSTEMS E REGRESSION ANALYSIS INDEXmehr

Schlagworte

Autor

Ulrich Häussler-Combe studied structural engineering at the Technical University Dortmund and gained his doctorate from the University Karlsruhe. Following ten years of construction engineering and development in computational engineering, he came back to the University Karlsruhe as a lecturer for computer aided design and structural dynamics. In 2003 he was appointed as professor for special concrete structures at the Technical University Dresden. He retired in 2021 and currently is still active as guest professor at the Technical University Munich.