Ermüdung von UHPC unter ein- und mehraxialer Beanspruchung (Experimentelle Untersuchung und Entwicklung eines mechanischen Modells)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für das räumliche mechanische Modell von UHPC mit anisotroper Schädigung unter mehraxialer Beanspruchung ist die Kenntnis der Druck- und Zugmeridianverläufe notwendig. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt, um die Verläufe der Hauptmeridiane für statisches Versagen und Ermüdungsversagen zu ermitteln. Im Rahmen der einaxialen Untersuchungen wurden verschiedene Einflüsse auf das statische und dynamische Materialverhalten von ultra-hochfestem Beton untersucht. Es hat sich insgesamt gezeigt, dass UHPC im Vergleich zu Normalbeton eine größere Sensibilität gegenüber verschiedenen Einflussfaktoren aufweist. Basierend auf den einaxialen Ermüdungsuntersuchungen wurde ein neues Bemessungsmodell für Beton unter einaxialer Druckschwellbeanspruchung entwickelt, welches in den neuen fib-Model Code 2010 übernommen wurde. Dieses Bemessungsmodell beinhaltet zum einen neu entwickelte Wöhlerlinien, welche im Bereich hoher bezogener Oberspannungen zu deutlich höheren Bruchlastspielzahlen führen. Zum anderen wurde der Bemessungswert der Ermüdungsfestigkeit fcd,fat weiterentwickelt, so dass eine wirtschaftliche Bemessung auch für Betone mit höheren Druckfestigkeit als C 120 ermöglicht wird. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden Versuchsstände entwickelt, um die Ermüdungseigenschaften von UHPC unter dreiaxialer Beanspruchung zu testen. Die dynamischen Querzugversuche ergaben mit der einaxialen Wöhlerlinie weitgehend übereinstimmende Bruchlastwechselzahlen. Die Verläufe der beiden Querdruck-Wöhlerlinien unterscheiden sich signifikant von der Wöhlerlinie für einaxiale Beanspruchung. Beide Linien verlaufen deutlich steiler. Der unter statischer Beanspruchung beobachtete dreiaxiale Festigkeitszuwachs wird mit zunehmender Lastwechselzahl geringer. Zusätzlich zur axialen dynamischen Beanspruchung erzeugt auch der zyklische Querdruck einen Schädigungsanteil. Dieser Schädigungszuwachs ist umso höher, je höher der dynamische Anteil des Querdruckniveaus ist. Die durchgeführten dreiaxialen Versuche haben gezeigt, dass sich das Dreiphasenmodell zu Beschreibung des Druckmeridians eignet. Sowohl die spröde Phase des Materialversagens als auch die duktilen Materialeigenschaften mit zunehmendem Querdruck lassen sich mit diesem Modell abbilden. Das dreiaxiale Ermüdungsversagen kann auf dem Druckmeridian als Kurvenschar mit gleicher ertragbarer Lastwechselzahl beschrieben werden. Durch die unterschiedlichen Neigungen der dreiaxialen Wöhlerlinien sind die Ermüdungsmeridiane keine affinen Abbildungen des statischen Druckmeridians. Mit zunehmender Lastwechselzahl wird die Krümmung des Druckmeridians größer und damit die Neigung der Ermüdungsversagenskurve für Längsdruck mit radialem Querdruck flacher. Für hohe Lastwechselzahlen ist sogar eine zur hydrostatischen Achse abfallende Kurve nicht auszuschließen. Offenbar erzeugt auch der zyklische Querdruck einen Schädigungsanteil, zusätzlich zur axialen dynamischen Beanspruchung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Mehraxiales mechanisches Ermüdungsmodell von Ultra-Hochfestem Beton – Experimentelle und analytische Untersuchungen. In: Beton- und Stahlbetonbau 102 (6), pp. 388–398, 2007
Grünberg, Jürgen; Lohaus, Ludger; Ertel, Christian; Wefer, Maik
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/best.200700553) - Ermüdungsbemessungsmodell für normal-, hochund ultrahochfeste Betone. In: Beton- und Stahlbetonbau 106 (12), pp. 836–846, 2011
Lohaus, Ludger; Wefer, Maik; Oneschkow, Nadja
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/best.201100070) - Design model for the fatigue behaviour of normalstrength, high strength and ultra-high strength concrete. In: Structural Concrete 13 (3), pp. 182–192, 2012
Lohaus, Ludger; Oneschkow, Nadja; Wefer, Maik
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/suco.201100054)
