Servohydraulische Universalprüfmaschine
Final Report Abstract
Mit Hilfe des Forschungsgroßgerätes wurden Ermüdungsversuche an zylindrischen Betonproben unter Druckschwellbelastung durchgeführt. Dabei konnte der Ermüdungswiderstand von normalfesten und hochfesten Betonprobekörpern an unterschiedlichen Probendurchmessern bis100 mm Durchmesser bei hohen Prüffrequenzen bestimmt werden. Die neue Universalprüfmaschine in Kombination mit der erweiterten Hydraulikversorgung ermöglicht es, eine sinusförmige Beanspruchung mit einer Belastungsfrequenz von größer 10 Hz aufzubringen. Die Temperaturentwicklung in den Betonproben infolge der zyklischen Belastung bei hohen Belastungsfrequenzen (> 5 Hz) stand im Fokus bei Ermüdungsversuchen an hochfesten Betonen und hochfesten Feinkornbetonen. Die Temperaturentwicklung hat sich als ein wesentlicher Einflussfaktor auf den Ermüdungswiderstand des untersuchten Materials erwiesen. Die untersuchten Probekörper erreichten dabei Oberflächentemperaturen von bis zu 70 °C. Vergleichende Versuche mit geringer Beanspruchungsfrequenz erwärmten sich nur wenig und erreichten dadurch deutlich höhere Bruchlastwechselzahlen. Des Weiteren wurde mit dem Forschungsgroßgerät das Ermüdungsverhalten verschiedener Vergussbetone untersucht. Diese hochfesten Materialien (Druckfestigkeit größer 100 MPa) finden häufig Anwendung in Konstruktionen von onshore und offshore Windenergieanlegen. Bei onshore Windenergieanlagen werden sie speziell im Übergang zwischen Turmfuß und Fundament in der sogenannten Vergussfuge oder zwischen einzelnen Turmsektionen eingesetzt. Bei offshore Windenergieanlagen werden diese Materialien in sogenannten Grouted Joints im Bereich der Gründung der Windenergieanlage eingesetzt. Diese Verbindungen bestehen aus zwei ineinander gesteckten Rohren, bei denen der verbleibende Ringspalt mit dem Vergussmaterial ausgefüllt wird. Zum Ermüdungsverhalten dieser Materialien existierten bis dato wenige unzureichende Erkenntnisse. Daher galt es zunächst zu untersuchen, ob diese Materialien ein anderes Ermüdungsverhalten als herkömmliche Betone besitzen. Bei diesen Versuchen wurden sowohl unterschiedliche Probekörpergeometrien, Beanspruchungsniveaus als auch verschiedene Prüffrequenzen untersucht. Es stellte sich heraus, dass der Ermüdungswiderstand dieser Materialien deutlich stärker von der Prüffrequenz und der damit einhergehenden Erwärmung der Probe abhängig ist als bei Normalbeton. Für diese Versuche war es von besonderer Bedeutung, flexibel und einfach unterschiedliche Probengrößen zu untersuchen. Der Probenraum des angeschafften Großgerätes kann durch die mechanische Klemmung des Querhauptes und die hydraulische Verfahrbarkeit schnell und unkompliziert angepasst werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen in dem Forschungsgroßgerät waren Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten hochfester Betone unter Wasser. Vereinzelte Ergebnisse in der Literatur an normalfesten Betonen deuteten auf eine Abhängigkeit des Ermüdungswiderstandes von der Umgebung hin. Für die Ermüdungsuntersuchungen unter Wasser wurde ein spezieller Versuchsstand entwickelt. Mit Hilfe dieses Versuchsstandes ist es möglich, Ermüdungsversuche vollständig unter Wasser durchzuführen. Die Versuche unter Wasser wurden an Betonen unterschiedlicher Zusammensetzung, Druckfestigkeit und Probengröße mit verschiedenen Beanspruchungsniveaus und –frequenzen durchgeführt. Infolge der Versuchsdurchführung unter Wasser ergab sich für die untersuchten Betone ein stark reduzierter Ermüdungswiderstand im Vergleich zu den Versuchen, die in trockener Umgebung durchgeführt wurden. Insgesamt konnte der Erfahrungshorizont zum Ermüdungsverhalten von Hochleistungsbetonen mit dem neuen Forschungsgroßgerät durch die Vielzahl der durchgeführten Untersuchungen erheblich erweitert werden. Nicht zuletzt auf Basis dieser Versuche konnte das DFG Schwerpunktprogramm „Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual Lab“ erfolgreich eingeworben werden. Somit sind auch in Zukunft mit dem neuen Gerät bedeutsame Forschungsergebnisse zu erwarten.
Publications
- (2015), Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten eines höherfesten Normalbetons. Beton- und Stahlbetonbau, 110: 699–709
von der Haar, C., Hümme, J., Marx, S. and Lohaus, L.
(See online at https://doi.org/10.1002/best.201500034) - (2016), Fatigue behaviour of a normal-strength concrete – number of cycles to failure and strain development, Structural Concrete, Ernst & Sohn
Hümme, J., von der Haar, C., Lohaus, L. and Marx, S.
(See online at https://doi.org/10.1002/suco.201500139|) - (2016), Fatigue behaviour of high-strength concrete with respect to strain and stiffness, International Journal of Fatigue, Volume 87, June 2016, Pages 38–49
Oneschkow, N.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.01.008) - (2016), Prüftechnische Einflüsse auf das Ermüdungsverhalten hochfester feinkörniger Vergussbetone. Beton- und Stahlbetonbau, 111: 233– 240
Elsmeier, K. ; Hümme, J. ; Oneschkow, N. ; Lohaus, L.
(See online at https://doi.org/10.1002/best.201500065)
