Einfluss von Beanspruchungsgeschwindigkeit und -frequenz auf den Ermüdungswiderstand
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
| Titel | Title Einfluss der Beanspruchungsgeschwindigkeit und der Belastungsfrequenz auf den Ermüdungswiderstand von Beton (EBBE-Beton) | Influence of loading velocity and loading frequency on the fatigue resistance of concrete (EBBE-Beton) Förderer | Funding Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Zeitraum | Period 08/2020 – 07/2023 Projektleiter | Project manager Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Bearbeiter | Contributor Raúl Enrique Beltrán Gutiérrez, M. Sc. |
Bericht aus dem Jahrbuch 2021
Betonermüdung schnell oder langsam?
Probekörper unter Druckschwellenbeanspruchung
Betonbrücken werden während ihrer Lebensdauer von einer großen Anzahl an Lastwechseln durch Autos, LKW oder Züge beansprucht. Das hat zur Folge, dass der Beton an den hochbeanspruchten Stellen ermüdet. In den letzten Jahren wurden Wissenslücken sowie Diskrepanzen zwischen dem im Labor beobachteten Ermüdungsverhalten und dem tatsächlichen Ermüdungsverhalten von Betonstrukturen entdeckt. So haben beispielsweise die Ermüdungsfestigkeiten, die auf der Grundlage von Laborversuchen ermittelt wurden, einen niedrigeren Wert als die in den Bauwerken geschätzten tatsächlichen Ermüdungsfestigkeiten. Die hohe Belastungsfrequenz und die daraus resultierende innere Temperaturerhöhung während der Untersuchungen im Labor verursachen anscheinend eine zusätzliche Schädigung in den Betonproben.
Gegenwärtig werden Betonproben unter Laborbedingungen in Ermüdungsversuchen mit der höchstmöglichen Belastungsgeschwindigkeit bis zur Ermüdung geprüft. Dies erfolgt, um Kosten und Prüfzeiten zu minimieren. Um beispielsweise die Anzahl der zyklischen Belastungen bei einem Probekörper zu simulieren, denen eine Brücke über 10 Jahre ausgesetzt ist, würde man unter normalen Laborbedingungen mit einer Belastungsfrequenz von fp = 5 Hz etwa 23 Tage benötigen. Zudem bräuchte man zahlreiche Probekörper um die Ergebnisse der Untersuchungen zu validieren. Es scheint daher logisch, die Belastungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Nur wenn die Prüfzeiten für die Ermüdungsversuche verkürzt werden könnten, ohne die Qualität der Ergebnisse zu beeinträchtigen, wird es möglich, die Entwicklung der Ermüdungsschädigung über die erwartete Lebensdauer der Brücke im Labor realistisch zu simulieren.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden zahlreiche Versuche mit unterschiedlichen Belastungsgeschwindigkeiten und Temperaturbedingungen durchgeführt, um die Ermüdungsfestigkeit von Beton mit den oben genannten Faktoren in Beziehung zu setzen. Aus den Versuchsdaten werden später Modelle entwickelt, die den Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit sowie der Temperaturerhöhung auf die Entwicklung der Ermüdungsschädigung berücksichtigen. Mithilfe der in diesem Forschungsvorhaben entwickelten Modelle wird die bislang unzureichende Übertragbarkeit von Laborergebnissen aus Ermüdungsversuchen auf reale Bauteilsituationen ermöglicht.