Promotion Vivian Frei

Am 30.09.2024 verteidigte Herr Vivian Frei, M.Sc. erfolgreich seine wissenschaftliche Arbeit im Rahmen des Promotionsverfahrens mit dem Thema „Analyse des Ermüdungsprozesses von hochfestem Beton unter Berücksichtigung der Probengröße“. Neben dem Vorsitzenden der Promotionskommission, Prof. Dr. Michael Kaliske (TU Dresden), waren als Gutachter Prof. Dr. Steffen Marx (TU Dresden), Prof. Dr. Frohmut Wellner (TU Dresden), Dr. Marc Thiele (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung)  anwesend. Als weiteres Mitglied der Promotionskommission war Prof. Dr. Katharina Kleinschrot (TU Dresden) vor Ort anwesend.

Abstract:

Für die Bemessung gegen Ermüdung stellt die Übertragbarkeit von Laborergebnissen auf
bauteilrelevante Abmessungen eine große Herausforderung dar. Die Frage der Übertragbarkeit stellt sich bezüglich des Größeneffekts in Anbetracht immer größer werdender Strukturen, wie Windenergieanlagen und Brücken, sowie hinsichtlich der Eigenschaften hochfester Betonzusammensetzungen. Sie sind von besonderem Interesse für die Ermüdung, weil mit zunehmender Betondruckfestigkeit das Verhältnis von zyklischen zu statischen Lasten zunimmt. Von diesen und weiteren Einflussfaktoren hängt die Schädigungsentwicklung ab, welche mit einer lebensdauerbegleitenden Schädigungsanalyse charakterisiert werden kann. Eine zuverlässige Schädigungsanalyse ermöglicht zusätzlich die Erfassung des Istzustands gealterter Bauwerke. Eine fundierte Bewertung der Schädigungsentwicklung baut dabei auf einem umfassenden Verständnis des Ermüdungsprozesses auf.

Folglich ist es das Ziel dieser Arbeit den Ermüdungsprozess unter Druckschwellbelastung
an drei Druckfestigkeiten und drei Probengrößen mit mechanischen und akustischen Prüfmethoden zu analysieren. Die Hypothese ist, dass mit zunehmender Druckfestigkeit und Probengröße die auftretenden Probenveränderungen abnehmen bzw. die Sprödigkeit zunimmt. Sie basiert auf einem bruchmechanischen Modellansatz des Größeneffekts, nach welchem der Volumenanteil einer lokal begrenzten, anisotropen Schädigungszone am Probenvolumen mit zunehmender Probengröße und Homogenität des Gefüges abnimmt.

Das Auftreten einer Schädigungszone in der dritten Ermüdungsphase kann in hochfestem
Beton sowohl mit der Schallemissionsortung und der Ultraschallprüfung gezeigt werden.
Mit letzterer wird die anisotrope Entwicklung der Ultraschallgeschwindigkeit analysiert.
Zudem wird das bevorzugt lastparallele Risswachstum bei der Belastung im oberen Spannungsbereich mit einer Zunahme der plastischen Energiedichte in Verbindung gebracht.

Mit zunehmender Druckfestigkeit wird eine abnehmende Veränderung plastischer Probeneigenschaften wie der Verdichtung und der axialen Dehnung festgestellt. Die Ultraschallgeschwindigkeit und die Steifigkeit zeigen bei hochfestem Beton geringere Veränderungen als bei normalfestem Beton. Der Einfluss der Zusammensetzung wird anhand der geprüften normal und hochfesten Betone diskutiert. Mit zunehmender Probengröße ist bei der Zusammensetzung HFB-2 eine abnehmende Veränderung einiger Probeneigenschaften am Ende der Lebensdauer festzustellen, während bei der Zusammensetzung HFB-1 keine Größenabhängigkeit beobachtet wird.

Der bruchmechanische Modellansatz kann die beobachtete Abhängigkeit des Ermüdungsprozess auf der Probenebene von der Probengröße und der Druckfestigkeit weitestgehend erklären. Aufgrund des Zusammenhangs lastparalleler Risse mit der Querdehnung bzw. des aus der Ultraschallgeschwindigkeit senkrecht zur Lastrichtung abgeleiteten dynamischen E-Moduls, werden diese Probeneigenschaften als Schädigungsindikatoren diskutiert.

Wir gratulieren Herrn Vivian Frei herzlich zum abgeschlossenen Promotionsverfahren und wünschen ihm alles erdenklich Gute und viel Erfolg für seinen weiteren Weg.