Makroskopische Strukturmodellierung zur Prognose von kritischen Beanspruchungszuständen in Asphaltstraßen

Abstract

Gegenwärtig werden zur Lösung von komplexen Aufgabenstellungen bei der konstruktiven Bemessung von Bauwerken numerische Simulationsverfahren eingesetzt. Auch im Straßenbau gibt es zahlreiche Bestrebungen zur Erstellung geeigneter Simulationsprogramme, die auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basieren.<br />Der erste Teil der gegenständlichen Arbeit beinhaltet eine Auseinandersetzung mit den Grundlagen des Materialverhaltens, welche als Bausteine zur Erstellung von rheologischen Werkstoffmodellen dienen.<br />Aufgrund der Komplexität des Materialverhaltens von Asphalt sind besonders Modelle geeignet, die zeitlich nichtlinear-viskose Elemente enthalten. Eines dieser Materialmodelle ist das Power-Law-Modell. Es besteht aus zwei Elementen, einer linearen Feder und einem parabolischen Dämpfer. Die Parameter dieses Modells können aus den Ergebnissen von statischen und dynamischen Laborversuchen abgeleitet und in eine FEM-Software implementiert werden. Im Zuge von numerischen Simulationen lassen sich Spannungen und Dehnungen von Straßenkonstruktionen ermitteln, welche Verkehrsbelastungen, äußeren Witterungseinflüssen wie Temperaturschwankungen oder der Kombination dieser beiden Einwirkungen ausgesetzt sind. Im Zuge dieser Arbeit wird ein entwickeltes dreidimensionales Berechnungsprogramm zuerst auf Plausibilität durch Vergleichsrechnungen mit anderen Programmen untersucht. Anschließend folgt eine Gegenüberstellung der Ergebnisse aus den zwei- und dreidimensionalen Berechnungsvarianten. Den Abschluss bilden Parameterstudien, welche zur Abschätzung der Einflüsse der einzelnen Materialparameter dienen.<br />

For solutions of copmlex tasks concerning structurally dimensioning of buildings numerical simulation processes are used commonly. There are scores of ambitions to compile applicable simulation processes for road construction too.<br />The first part of the master´s thesis includes an examination of theoretical background of rheological material models behaviour. Due to the complicity of material behaviour of asphalt especially such models are adequate, which do include non-linear time creep elements. One of these Material models is the Power-Law-model. It consists of two elements, a linear spring and a parabolic dashpot. The parameters of these models can be derived from the results of static and dynamic laboratory tests, and implementing to a FEM-Software. By numerical simulation stresses and strains of road constructions, which are exposed to traffic load, thermal changes or the combination of both, can be ascertained. In the course of this study a generated three-dimensional FE-program is primarily tested for plausibility. Subsequent follows a comparison of the results of two- and three-dimensional versions of calculation. Finally parameter studies help to assess the effect of the several measurement parameters.<br />