Modellierung der Einwirkung auf ein Silo bei exzentrischer Entleerung

Silobauwerke weisen hohe Schadensraten auf. Besonders bei Silos mit exzentrisch angeordneter Auslaufoffnung stellt die Bemessungssituation fur die planenden Ingenieure immer noch eine Herausforderung dar. Das Ingenieurmodell nach Rotter fur die Entleerung von Silos mit grosen Exzentrizitaten, das in der aktuellen Norm Anwendung findet, wurde unter Anwendung der Scheibenelementmethode nach Janssen entwickelt. Der auf vereinfachten Annahmen beruhende Ansatz hat sich in der Ingenieurpraxis als unzulanglich erwiesen. Daher ist eine genaue Erfassung der unsymmetrischen Belastungen von Silokonstruktion fur eine wirtschaftliche und sichere Auslegung von vitalem Interesse. Die Modellierung eines Schuttgutes gilt immer als grose Herausforderung in der Numerik. Die Grunde dafur sind zum einen, dass mit einer grosen Verformung zu rechnen ist, wenn das Schuttgut in Bewegung ist. Dies fuhrt in der herkommlichen FEM, basierend auf der Lagrangeschen Formulierung, zu Schwierigkeiten. Zum anderen ist die Beschreibung des nichtlinearen Materialverhaltens eines Schuttgutes sehr komplex. In dieser Arbeit werden mit Hilfe neuer numerischer Methoden die Entleerungsvorgange in Silos simuliert, womit eine langere Entleerungszeit und somit der stationare Zustand erreicht wird. Die Simulationsergebnisse stimmen sehr gut mit den Versuchsergebnissen uberein. Dabei stehen die berechneten Wanddrucke in grosem Kontrast zu den nach der Norm berechneten Werten. In DIN EN 1991-4 wird lediglich das Fliesprofil eines Schlotflusses parallel zur Silowand berucksichtigt. Das numerisch ermittelte Fliesprofil fur Weizen zeigt ein gemischtes Fliesen und fur Sand einen inneren Schlotfluss, dessen Flieskanalgrenze sich bis zur Schuttgutoberflache erstreckt. Dahingehend werden aktuell in der DIN EN 1991-4 keine Unterscheidungen gemacht und es bedarf damit einer Berucksichtigung. Stabilitatsuntersuchungen mit den simulierten Lasten und den Normlasten zeigen, dass die Tragfahigkeit von Silos bei exzentrischer Entleerung nach dem Normansatz deutlich unterschatzt wird. An einem Silo wird die Auswirkung des neuen Ansatzes auf die Bemessung untersucht, dabei zeigen die Berechnungen mit dem neuen Ansatz gegenuber dem Normansatz fur die drei Beulsicherheitsnachweise eine wesentlich bessere Abbildung des realen Tragverhaltens auf. Des Weiteren kann ein Silo mit dem Ansatz aufgrund seiner einfachen Handhabung sowohl wirtschaftlich als auch sicher ausgelegt werden.