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Detailergebnis zu DOK-Nr. 44425

Kontakt-Element-Modell für die dynamische Analyse einer Betonfahrbahn mit Fugen (Orig. engl.: Contact-element model for dynamic analysis of jointed concrete pavements)

Autoren	M. Zaman A. Alvappillai
Sachgebiete	11.1 Berechnung, Bemessung, Lebensdauer 11.7 Flugplatzbefestigung

Journal of Transportation Engineering 121 (1995) Nr. 5, S. 425-433, zahlr. B, Q

Finite Elemente Modelle (FEM) sind ideal geeignet, um Fahrbahnsysteme mit Diskontinuitäten, wie z.B. Betondecken mit unterschiedlicher Fugenausbildung zu analysieren. Die bisher bekannten Lösungen hierfür sind i.a. auf statische Belastungsfälle begrenzt. Der hier dargelegte FE-Algorithmus ermöglicht die Ermittlung der dynamischen Reaktion von verdübelten Betonplatten unter rollenden Flugzeuglasten. Dabei wird die Betonplatte durch dünne, rechteckige FE ersetzt, die auf einer viskoelastischen Bettung, bestehend aus gleichmäßig verteilten Federn und Dämpfern (Kelvin-Modelle) ruhen. Die Dübel in den Querfugen werden durch masselose, ebene Rahmen-Elemente repräsentiert. Das Zusammenwirken zwischen Dübel und Betonplatte unter Berücksichtigung eines Spaltes wird durch spezielle Kontakt-Elemente idealisiert. Das Hauptfahrwerk des Flugzeuges wird durch Massen, die über Feder- Dämpfer-Systeme auf der Fahrbahn einwirken, dargestellt. Die Genauigkeit des Programms wurde verifiziert durch Vergleich der Rechenergebnisse mit den vorliegenden analytischen Lösungen für eine nur an den Plattenrändern teilweise durch abgesackte Auflager unterstützte rechteckige Stahlplatte. Der Kontakt-Algorithmus wurde auch durch die Analyse des Verformungsverhaltens von 2 verdübelten Betonplatten unter statischer Belastung überprüft, wobei der Dübelspalt bis zu 0,127 mm betrug. In einer Parameterstudie wurde die Reaktion eines Plattensystems aus 6 Platten (7,6 * 7,6 m, 30 cm dick) mit verdübelten Querfugen und Nut- und Feder-Ausbildung der Längsfuge unter einem mit V = 161 km/h rollenden Flugzeug B 727 untersucht. Die statische Belastung ergibt dabei höhere Einsenkungen als die dynamische Belastung mit V, allerdings können sich im niedrigen Geschwindigkeitsbereich um bis zu 5 % größere Einsenkungen als bei statischer Belastung ergeben. Der Wirksamkeits-Index der verdübelten Querfugen nimmt mit zunehmendem Spalt zwischen Dübel und Beton unter dynamischer Belastung stärker ab als unter statischer Belastung. Für die Dickendimensionierung einer Flugplatzbefestigung ist demnach i.a. die statische Belastung maßgebend, für die Optimierung der Fugenausbildung kann die dynamische Bemessung von Bedeutung sein.