Ursachen und Modellierung der Erwärmung von ermüdungsbeanspruchten Betonproben

Die Widerstandsfähigkeit des Betons gegenüber zyklischen Beanspruchungen wird üblicherweise in kraftgeregelten Ermüdungsversuchen quantifiziert. Die zyklische Beanspruchung führt im Versuch jedoch auch zu einer Erwärmung des Betonprobekörpers. Die Ursachen werden in der Materialdämpfung und in Reibprozessen auf der Mikroebene 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. Anhand numerischer Simulationen, die u. a. die Wärmetransportmechanismen in den Betonproben und die Wärmeübergangsbedingungen von den Proben an die Umgebung berücksichtigen, soll die Temperaturentwicklung der Proben berechnet werden. Die in den Ermüdungsversuchen aufgezeichneten Temperaturverläufe werden den rechnerisch ermittelten Temperaturverläufen gegenüber gestellt. Zum anderen sollen die Auswirkungen der Erwärmung auf die Betonprobekörper bewertet werden. Diese betreffen zum einen die auftretenden Temperaturdehnungen als auch die abnehmende Ermüdungsfestigkeit infolge der Erwärmung.

Forschungspartner: Professur Bauphysik, Bauhaus-Universität Weimar