Modellierung der Einwirkung auf ein Silo bei exzentrischer Entleerung

Silobauwerke weisen hohe Schadensraten auf. Besonders bei Silos mit exzentrisch angeordneter Auslauföffnung stellt die Bemessungssituation für die planenden Ingenieure immer noch eine Herausforderung dar. Das Ingenieurmodell nach Rotter für die Entleerung von Silos mit großen Exzentrizitäten, 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 unzulänglich erwiesen. Daher ist eine genaue Erfassung der unsymmetrischen Belastungen von Silokonstruktion für eine wirtschaftliche und sichere Auslegung von vitalem Interesse. Die Modellierung eines Schüttgutes gilt immer als große Herausforderung in der Numerik. Die Gründe dafür sind zum einen, dass mit einer großen Verformung zu rechnen ist, wenn das Schüttgut in Bewegung ist. Dies führt in der herkömmlichen FEM, basierend auf der Lagrangeschen Formulierung, zu Schwierigkeiten. Zum anderen ist die Beschreibung des nichtlinearen Materialverhaltens eines Schüttgutes sehr komplex. In dieser Arbeit werden mit Hilfe neuer numerischer Methoden die Entleerungsvorgänge in Silos simuliert, womit eine längere Entleerungszeit und somit der stationäre Zustand erreicht wird. Die Simulationsergebnisse stimmen sehr gut mit den Versuchsergebnissen überein. Dabei stehen die berechneten Wanddrücke in großem Kontrast zu den nach der Norm berechneten Werten. In DIN EN 1991-4 wird lediglich das Fließprofil eines Schlotflusses parallel zur Silowand berücksichtigt. Das numerisch ermittelte Fließprofil für Weizen zeigt ein gemischtes Fließen und für Sand einen inneren Schlotfluss, dessen Fließkanalgrenze sich bis zur Schüttgutoberfläche erstreckt. Dahingehend werden aktuell in der DIN EN 1991-4 keine Unterscheidungen gemacht und es bedarf damit einer Berücksichtigung. Stabilitätsuntersuchungen mit den simulierten Lasten und den Normlasten zeigen, dass die Tragfähigkeit von Silos bei exzentrischer Entleerung nach dem Normansatz deutlich unterschätzt wird. An einem Silo wird die Auswirkung des neuen Ansatzes auf die Bemessung untersucht, dabei zeigen die Berechnungen mit dem neuen Ansatz gegenüber dem Normansatz für 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.