Bewertung der Standsicherheit und Gebrauchs-tauglichkeit imperfekter Schalentragwerke mit nichtlinearen Verfahren

摘要

Der vorliegende Beitrag behandelt die Anwendung nichtlinearer Berechnungs- und Nachweisverfahren in Anlehnung an DIN 1045-1 [2] zur Beurteilung der Standsicherheit imperfekter dünnwandiger Schalentragwerke. Tragwerke sind naturgemäß nicht ohne Abweichungen von der Sollgeometrie herstellbar. Überschreiten die ausgeführten Geometrieabweichungen die in Vorschriften festgelegten Ausführungstoleranzen, sind im Allgemeinen zusätzliche Nachweise zu führen. Diese Nachweise lassen sich nicht ohne weiteres mit linearen Verfahren durchführen, sondern erfordern eine wirklichkeitsnahe globale nichtlineare Betrachtungsweise unter Berücksichtigung der geometrischen und physikalischen Nichtlinearitäten zur Beurteilung des Ist-Zustands des mit Imperfektionen ausgeführten Tragwerks. Zunächst wird die numerische Berücksichtigung von Imperfektionen am einfachen Beispiel von Stabtragwerken behandelt und im Anschluss auf doppelt gekrümmte Flächentragwerke übertragen. An einem mit großen Imperfektionen in der Realität ausgeführten schlanken Kühlturmschalenbauwerk wird die Vorgehensweise im Rahmen einer bau praktischen Umsetzung aufbereitet und die Einflüsse der Imperfektionen hinsichtlich Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit aufgezeigt.%This contribution deals with the application of nonlinear analysis and design verification methods with reference to DIN 1045-1 [2] for the assessment of structural safety and serviceability of imperfect thin walled shell structures. Naturally, no structure can be erected without deviations from the originally scheduled geometry. If the executed deviations exceed admissible deviations according to design standards, additional design checks have to be carried out in general. These checks cannot be conducted using standard linear methods, but require a realistic nonlinear consideration with inclusion of both geometric and material nonlinearities. First, the method of consideration of imperfections is presented for beam structures. This method is further generalized for spatial double curved shell structures. The nonlinear analysis concept is then applied to an erected slender cooling tower structure with huge imperfections where these deviations are considered realistically and its effects on structural safety and serviceability are discussed.