Extension and verification of an energetic fatigue model for concrete under dynamic compressive loading
Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
Final Report Abstract
In dem Forschungsvorhaben wurde das Verformungsverhalten von ermüdungsbeanspruchtem Beton auf Grundlage eines additiven Dehnungsmodells betrachtet. In dem Modell wurde von der Hypothese ausgegangen, dass unter Ermüdungsbeanspruchung elastische, viskose, thermische und schädigungsinduzierte Dehnungen im Beton auftreten. Die einzelnen Dehnungsanteile entwickeln sich individuell in Abhängigkeit von der Zahl der Lastwechsel, der Versuchsdauer und den zyklischen Beanspruchungsparametern. Kernstück der Forschungstätigkeiten war die Bestimmung eines kriechaffinen Beanspruchungsniveaus, um den viskosen Verformungsanteil in Abhängigkeit von der Ermüdungsbeanspruchung abzuschätzen. Als kriechaffines Beanspruchungsniveau wird dasjenige Spannungsniveau bezeichnet, das unter einer konstanten Druckbeanspruchung die gleichen viskosen Verformungen hervorruft wie unter der Ermüdungsbeanspruchung bei gleicher Beanspruchungsdauer. Das kriechaffine Beanspruchungsniveau wurde auf Grundlage einer rheologischen Modellvorstellung und für verschiedene Kriechtheorien hergeleitet und für unterschiedliche Mittelspannungen, Spannungsamplituden und Belastungsfrequenzen bestimmt. Auf Grundlage des kriechaffinen Beanspruchungsniveaus und bekannter Zusammenhänge für die elastischen und thermischen Dehnungen konnten drei der vier Dehnungsanteile des additiven Dehnungsmodells beschrieben werden, wodurch auch der schädigungsinduzierte Dehnungsanteil identifizierbar wurde. Die gemessenen Dehnungen ermüdungsbeanspruchter Betonproben wurden entsprechend der additiven Modellvorstellung zerlegt und analysiert. Es zeigte sich, dass sich der schädigungsinduzierte Dehnungsanteil in Abhängigkeit der logarithmierten Bruchlastwechselzahl linear entwickelt. Dementsprechend spiegelt sich der lineare Zusammenhang zwischen dem Oberspannungsniveau und der logarithmierten Bruchlastwechselzahl, wie er in den Wöhlerlinien für Beton sichtbar ist, auch im Dehnungsverhalten des Betons wider. Andererseits nehmen die Bruchdehnungen ermüdungsbeanspruchter Betonproben einen konstanten Wert an, wenn die gemessenen Verformungen um die thermischen und viskosen Dehnungen korrigiert werden. Damit widerlegen die Forschungsergebnisse das energetische Ermüdungsschädigungsmodell. Zwischen den thermisch und zeitlich korrigierten Ermüdungsbruchdehnungen und den Bruchdehnungen infolge monoton steigender Beanspruchung kann kein energetisches Gleichgewicht hergestellt werden. Andererseits kann angenommen werden, dass die korrigierten Ermüdungsbruchdehnungen mit den Bruchdehnungen infolge monoton steigender, kraftgeregelter Beanspruchung korrelieren. Diese Beobachtung ist durch weitere Untersuchungen zu belegen und könnte zukünftig als Versagenskriterium herangezogen werden. Auf dieser Basis wird es möglich werden, dass Dehnungsverhalten und die daraus resultierenden Spannungsumlagerungen auf Bauteilebene ermüdungsbeanspruchter Betonbauteile zu berücksichtigen. Damit können ungenutzte Systemreserven für die Bemessung zugänglich gemacht werden, wodurch eine wirtschaftlichere Bemessung möglich wird.
Publications
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(2018) A strain model for fatigue-loaded concrete. Struct Concrete (Structural Concrete) 19 (2) 463–471
Haar, Christoph von der; Marx, Steffen
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Ein mechanisch basiertes Dehnungsmodell für ermüdungsbeanspruchten Beton. Dissertation, Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie, Leibniz Universität Hannover, 2016
von der Haar, C.
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Numerical and Experimental Investigations of the Warming of Fatigue-Loaded Concrete. fib Symposium 2016, Kapstadt, Südafrika, 21.- 23. November 2016
von der Haar, C.; Wedel, F.; Marx, S
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Ein additives Dehnungsmodell für ermüdungsbeanspruchten Beton. Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017) Heft 1, Seiten 31-40
von der Haar, C.; Marx, S.
