Ursachen und Modellierung der Erwärmung von ermüdungsbeanspruchten Betonproben

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Marx; Professor Dr.-Ing. Conrad Völker
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 342801069

Zyklisch-mechanische Beanspruchungen führen im Beton, wie auch in anderen Werkstoffen, zu Deformations- und Schädigungsprozessen, die zum Versagen des Bauteils oder des Probekörpers führen. Dieser Versagenszustand wird selbst bei Beanspruchungszuständen weit unterhalb der Materialfestigkeitsgrenze hervorgerufen. Dieses charakteristische Materialverhalten wird zusammenfassend als Ermüdung bezeichnet.Die Widerstandsfähigkeit des Betons gegenüber zyklischen Beanspruchungen wird üblicherweise in kraftgeregelten Ermüdungsversuchen quantifiziert. Die zyklische Beanspruchung führt im Versuch zu einer Erwärmung des Betonprobekörpers. Die Ursachen werden in der Materialdämpfung des Betongefüges gesehen. Dabei wird die Erwärmung der Betonprobekörper vor allem von der Belastungsfrequenz, der Spannungsschwingbreite und der Versuchsdauer beeinflusst. So führen größere Spannungsschwingbreiten und höhere Belastungsfrequenzen zu einer schnelleren und höheren Erwärmung. Gleichzeitig zeigen experimentelle Untersuchungen, dass Betonprobekörper, die bei hohen Belastungsfrequenzen und damit höheren Betontemperaturen geprüft werden, früher versagen als bei geringen Belastungsfrequenzen und damit niedrigeren Temperaturen. Die Ermüdungsfestigkeit der Betonproben wird somit vom Grad der Erwärmung beeinflusst.Innerhalb des beantragten Forschungsvorhabens soll das Erwärmungsverhalten von ermüdungsbeanspruchten Betonprobekörpern experimentell untersucht und modellmäßig beschrieben werden. Die geplanten Forschungstätigkeiten basieren auf einem energetischen Modellansatz. Dieser Ansatz definiert die freiwerdende Wärmemenge im ermüdungsbeanspruchten Betonprobenkörper. Anhand numerischer Simulationen, die u. a. den Wärmetransport in der Betonprobe sowie den Wärmeübergang an die Umgebung berücksichtigen, soll die Temperaturentwicklung der Probe berechnet werden. Die in den Ermüdungsversuchen aufgezeichneten Temperaturverläufe werden den rechnerisch ermittelten Temperaturverläufen gegenüber gestellt. Die Güte der Ergebnisse wird ein Indiz für die Richtigkeit des aufgestellten energetischen Modellansatzes sein. Zum anderen sollen die Auswirkungen der Erwärmung auf den Betonprobekörper bewertet werden. Diese betreffen zum einen die auftretenden Temperaturdehnungen als auch die abnehmende Ermüdungsfestigkeit infolge der Erwärmung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen