Erweiterung und Verifizierung eines energetischen Ermüdungsmodells für druckschwellbeanspruchten Beton

Ingenieurkonstruktionen wie Windenergieanlagen sowie Eisenbahn- und Straßenbrücken sind hochdynamisch beanspruchte Bauwerke. Die dynamischen Beanspruchungen führen im Beton, wie auch in anderen Werkstoffen, zu Deformations- und Schädigungsprozessen, die zum Versagen des Bauwerks führen können. Diese Deformations- und Schädigungsprozesse unter dynamischer bzw. zyklischer Beanspruchung werden im Allgemeinen als Materialermüdung bezeichnet.

Obwohl ein Großteil der oben genannten Ingenieurbauwerke in Betonbauweise erstellt wird ist die modellmäßige, konsistente Beschreibung der im Beton auftretenden Deformations- und Schädigungsprozesse unter zyklischer Beanspruchung nur unzureichend möglich. Die in der Literatur veröffentlichten Materialmodelle wurden weder hinreichend validiert noch berücksichtigen sie den Einfluss des Betonkriechens, der zwangsläufig parallel mit der zyklischen Beanspruchung auftritt, hinreichend.

Das beantragte Forschungsvorhaben zielt auf die Erweiterung eines bestehenden Ermüdungsmodells für Beton. Das aus der Literatur zugrunde gelegte Modell wird als eines der vielversprechendsten Modelle zur Beschreibung der Betonermüdung betrachtet. Die Erweiterung besteht insbesondere in der Erfassung des Betonkriechens. Hierzu werden umfangreiche Versuche an kleinformatigen Betonproben durchgeführt, mit dem Ziel die Deformations- und Schädigungsprozesse die aus der zyklischen Beanspruchung resultieren, von den Deformationsprozessen die aus dem Betonkriechen resultieren zu trennen. Im Weiteren soll in Abhängigkeit der zyklischen Beanspruchungsgrößen ein kriecherzeugendes Beanspruchungsniveaus festgelegt werden.

Das erweiterte Ermüdungsmodell soll abschließend im Zuge von systematisch abgestimmten Versuchsprogrammen auf Grundlage der experimentellen Ergebnisse verifiziert werden. Hierdurch soll zukünftig die Möglichkeit geboten werden, Ermüdungsprozesse an Betonbalken bzw. Betonbauteilen unter Berücksichtigung der Ermüdungs- und Kriechprozesse realitätsnah numerisch abzubilden. Mit dem resultierenden Modell können Spannungsumlagerungen zyklisch beanspruchter Bauteile betrachtet und Erkenntnisse zur Bemessung ermüdungsbeanspruchter Bauwerke unter Ausnutzung derzeitig nicht genutzter Systemreserven gezogen werden.