Ermüdung von Beton gesteuert durch kumulative Schubverformung

• Antragsteller: Professor Dr. Rostislav Chudoba; Professor Dr.-Ing. Josef Hegger
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412131890

Das Hauptziel des Forschungsantrages ist die Entwicklung einer Methodik zur Analyse und Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von Beton in Verbindung mit einer systematischen Kali-brierungs- und Validierungsmethodik. Die numerische Modellierung liefert die Basis für ein tieferes Verständnis der Mechanismen, die den Schädigungsfortschritt auf den subkritischen Beanspruchungsniveaus vorantreiben. Die genauere phänomenologische Erfassung der Schädigungsentwicklung im Vergleich zu den aus der Literatur bekannten Modellen soll die Anzahl der kostenintensiven Versuche zur Charakterisierung des Ermüdungsverhalten von Beton reduzieren.Das wissenschaftliche Ziel ist die Formulierung eines mehrskaligen Materialmodells auf der Basis einer thermodynamisch konsistenten Erfassung von Dissipationsmechanismen, die über kumulative zyklische Verformungen auf subkritischem Lastniveau gesteuert werden. Im Vergleich zu bestehenden Ermüdungsmodellen für Beton wird mit diesem Ansatz eine signifikante Erweiterung der Modellvalidität und Effizienz erreicht. Der mehrskalige Ansatz erlaubt zum einen eine konsistente Abbildung der Dissipationsmechanismen auf der Meso- und Makroebene. Zum anderen eröffnet die postulierte Schädigungshypothese die Möglichkeit ein beschleunigtes, implizites Zeitintegrationsverfahren zu formulieren, mit dem sich hohe Lastspielzahlen effizient simulieren lassen.Die Modellierungsstrategie wird durch die Weiterentwicklung von experimentellen Charakterisierungsmethoden begleitet, die anhand von mehreren elementaren Versuchsanordnungen eine systematische Kalibrierung und Validierung der Modelle erlauben. Dabei werden die Versuchsmethoden mit modernen Messmethoden kombiniert, mit dem Ziel einzelne Effekte des Ermüdungsverhaltens zu isolieren, um deren Abhängigkeit von den postulierten Dissipationsmechanismen aufzudecken und zu beschreiben. Konkret wird diese Entwicklung die Erklärung von grundsätzlich unterschiedlichem Ermüdungsverhalten von Beton unter Zug- und Druckbeanspruchung mit variablen Lastamplituden liefern. Im Vergleich zu aktuellen Methoden, wird der vorgeschlagene Ansatz eine verbesserte Basis für eine genauere Charakterisierung und wirtschaftliche Bemessung des Ermüdungsverhaltens bieten. Die entwickelten Methoden werden zur Formulierung von zuverlässigen Ingenieurmodellen für Massivbaukonstruktionen unter Ermüdungsbelastung beitragen. Durch die kooperative Bearbeitung des Projektes wird die Expertise zweier Partnerteams in unterschiedlichen Bereichen gebündelt. Diskrete, mesoskalige Modelle und effiziente Zeitintegrationsalgorithmen werden primär an der TU Brünn entwickelt. Die Entwicklung des phänomenologischen Modellierungsansatzes zur Ermüdungsschädigung und die experimentellen Charakterisierungsmethoden stehen an der RWTH Aachen im Vordergrund.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Jan Elias, Ph.D.; Professor Miroslav Vorechovský, Ph.D.