Abstract

Die Berechnung von Natursteinmauerwerk unter beliebiger Lastausmitte und Mauerwerksschlankheit wird am Quadermauerwerk aus Postaer Sandstein aufgezeigt. Materialeigenschaften von Stein und Mörtel, sowie beliebige geometrische Bedingungen des Wandaufbaus sind realitätsnah im entwickelten Mauerwerksmodell aus finiten Elementen berücksichtigt. Als Materialparameter benötigt man neben den elastischen Kennwerten – Elastizitätsmodul und Querdehnzahl – die einachsige Druck- und Zugfestigkeit des Steins und die Druckfestigkeit des Mörtels.

Der Mörtel stellt im Modell ein elastisch - idealplastisches Material dar. Wirkt an einem Punkt im Mörtel ein Spannungszustand, der auf die definierte Fließfläche nach DRUCKER-PRAGER trifft, verformt sich der Mörtel an diesem Punkt plastisch und entzieht sich weiterer Laststeigerung; wachsende Beanspruchungen lagern sich auf Nachbarbereiche um. Für den Stein bildet die Brucheinhüllende nach M
OHR-COULOMB im Hauptspannungsraum die Grenze möglicher elastischer Spannungszustände. Steigt die Spannung eines Punktes im Stein bis zur Brucheinhüllenden an, ist im rechnerischen Modell für
den sprödbrüchigen Sandstein die Bruchlast erreicht. Die Versagensarten Steinversagen und Gelenkbildung in der Lagerfuge bestimmen die Versagenslast. Ein Gelenk bildet sich bei Laststeigerung derart aus, daß sich die Lastübertragungsfläche in der Fuge verkleinert und das System mit zusätzlich gebildetem Gelenk instabil wird, ohne dabei die Steinfestigkeit zu erreichen. Für den Bruchzustand sind unter zentrischen und exzentrischen Lasten die Spannungsverteilungen in Stein und Mörtel für Quadermauerwerk im Ergebnis der Finiten Elemente Berechnung graphisch dargestellt. Die berechneten Traglasten und ablesbaren Versagensarten sind den Versuchsergebnissen gegenübergestellt und zeigen eine gute Übereinstimmung. In Form von Diagrammen sind für 20 cm dickes Quadermauerwerk aus Postaer
Sandstein die Querschnittstragfähigkeit unter wichtigen Einflüssen wie Fugendicke, Mörtelfestigkeit, Steinformat und Lastausmittigkeit dargestellt. Spezielle Mauerwerksstrukturen, die nicht mit den
aufgestellten Kurven analysierbar sind, lassen sich nach angepaßtem Modell in gleicher Weise berechnen. Dies trifft neben Geometrie- und Festigkeitswerten auch auf beliebige Laststellungen zu.
Für bisher fehlende Stabilitätsuntersuchungen zum Natursteinmauerwerk besteht mit dem rechnerischen Modell nun ein Hilfsmittel, die Tragfähigkeit unter wesentlichen Einflußfaktoren genauer zu berechnen. Eine hohe Qualität der Ergebnisse läßt sich erreichen, wenn das Finite Elemente Modell vergleichbare Verformungseigenschaften (Spannungs-Dehnungs-Beziehung) wie im Experiment ermittelt besitzt. Berechnete Zusatzverformungen nach Theorie II. Ordnung sind dann realitätsnah abgebildet. Der Einfluß von Fugendicke und Mörtelfestigkeit auf die Tragfähigkeit ist in Form von praktisch nutzbaren Diagrammen ausgewertet. Für den Gebrauch führen angegebene Versagenslasten − behaftet mit Sicherheitsbeiwerten − zur Beanspruchbarkeit, die kleiner oder gleich den mit Lastfaktoren behafteten äußeren Einwirkungen sein muß. Experimente im Maßstab 1:1 bestätigen eine sichere Einschätzung der Tragfähigkeit mit dem rechnerischen Modell sowohl für die Querschnittstragfähigkeit als auch für Wände unter Schlankheitseinfluß.

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@phdthesis{Purtak2001c,
title = {Tragfähigkeit von schlankem Quadermauerwerk aus Naturstein},
author = {F Purtak},
editor = {TU Dresden},
year  = {2001},
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school = {TU Dresden},
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Der Mörtel stellt im Modell ein elastisch - idealplastisches Material dar. Wirkt an einem Punkt im Mörtel ein Spannungszustand, der auf die definierte Fließfläche nach DRUCKER-PRAGER trifft, verformt sich der Mörtel an diesem Punkt plastisch und entzieht sich weiterer Laststeigerung; wachsende Beanspruchungen lagern sich auf Nachbarbereiche um. Für den Stein bildet die Brucheinhüllende nach M 
OHR-COULOMB im Hauptspannungsraum die Grenze möglicher elastischer Spannungszustände. Steigt die Spannung eines Punktes im Stein bis zur Brucheinhüllenden an, ist im rechnerischen Modell für 
den sprödbrüchigen Sandstein die Bruchlast erreicht. Die Versagensarten Steinversagen und Gelenkbildung in der Lagerfuge bestimmen die Versagenslast. Ein Gelenk bildet sich bei Laststeigerung derart aus, daß sich die Lastübertragungsfläche in der Fuge verkleinert und das System mit zusätzlich gebildetem Gelenk instabil wird, ohne dabei die Steinfestigkeit zu erreichen. Für den Bruchzustand sind unter zentrischen und exzentrischen Lasten die Spannungsverteilungen in Stein und Mörtel für Quadermauerwerk im Ergebnis der Finiten Elemente Berechnung graphisch dargestellt. Die berechneten Traglasten und ablesbaren Versagensarten sind den Versuchsergebnissen gegenübergestellt und zeigen eine gute Übereinstimmung. In Form von Diagrammen sind für 20 cm dickes Quadermauerwerk aus Postaer 
Sandstein die Querschnittstragfähigkeit unter wichtigen Einflüssen wie Fugendicke, Mörtelfestigkeit, Steinformat und Lastausmittigkeit dargestellt. Spezielle Mauerwerksstrukturen, die nicht mit den 
aufgestellten Kurven analysierbar sind, lassen sich nach angepaßtem Modell in gleicher Weise berechnen. Dies trifft neben Geometrie- und Festigkeitswerten auch auf beliebige Laststellungen zu. 
Für bisher fehlende Stabilitätsuntersuchungen zum Natursteinmauerwerk besteht mit dem rechnerischen Modell nun ein Hilfsmittel, die Tragfähigkeit unter wesentlichen Einflußfaktoren genauer zu berechnen. Eine hohe Qualität der Ergebnisse läßt sich erreichen, wenn das Finite Elemente Modell vergleichbare Verformungseigenschaften (Spannungs-Dehnungs-Beziehung) wie im Experiment ermittelt besitzt. Berechnete Zusatzverformungen nach Theorie II. Ordnung sind dann realitätsnah abgebildet. Der Einfluß von Fugendicke und Mörtelfestigkeit auf die Tragfähigkeit ist in Form von praktisch nutzbaren Diagrammen ausgewertet. Für den Gebrauch führen angegebene Versagenslasten − behaftet mit Sicherheitsbeiwerten − zur Beanspruchbarkeit, die kleiner oder gleich den mit Lastfaktoren behafteten äußeren Einwirkungen sein muß. Experimente im Maßstab 1:1 bestätigen eine sichere Einschätzung der Tragfähigkeit mit dem rechnerischen Modell sowohl für die Querschnittstragfähigkeit als auch für Wände unter Schlankheitseinfluß.},
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tppubtype = {phdthesis}
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