Experimentell gestützte Modellierung von Versagensmechanismen hochfester Betone unter multiaxialer Beanspruchung - MABET

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Manfred Curbach; Professor Dr.-Ing. Yuri S. Petryna
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318143180

Versagenssimulationen von Betonbauteilen unter dreidimensionalen Beanspruchungen sind bis heute eine Herausforderung. Existierende Materialmodelle enthalten oftmals Modellparameter, die keine physikalisch messbaren Größen sind und nur mathematisch an Versuchsergebnisse angepasst werden können. Daher beschränkt sich die Anwendung vorhandener Materialmodelle oftmals auf die Nachrechnung von bekannten Versuchen. Insbesondere bei dreidimensionalen Materialmodellen wird der gegenseitige Einfluss der Belastungen und Verformungen auf die mechanischen Eigenschaften aller Richtungen zu großen Teilen vernachlässigt oder stark vereinfacht. Für die Formulierung von neuen, multiaxialen Evolutionsgleichungen fehlen in der Regel grundlegende experimentelle Erkenntnisse.Hauptziel dieses Vorhabens ist die theoretische Entwicklung und experimentelle Validierung eines neuen Materialmodells, das für Versagenssimulationen von Bauteilen aus hochfesten Betonen unter multiaxialer Beanspruchung geeignet ist. Dabei werden neue Messverfahren für die experimentelle Ermittlung multiaxialer Deformationszustände von Beton entwickelt und erprobt. Basiert auf kontinuierlichen Dehnungsmessungen mittels faseroptischer Sensoren (FOS) sollen sie neuartige Daten über das Dehnungsfeld im Inneren von Betonproben liefern und somit eine Neubewertung existierender Meso- und Makro-Modelle für Beton ermöglichen. Das neue Materialmodell soll demzufolge in der Lage sein, das Tragverhalten, den Schädigungszustand und die Versagensmechanismen von Beton unter multiaxialer Belastung physikalisch korrekt zu beschreiben. Es soll die Möglichkeit einer künftigen Erweiterung auf das Ermüdungsversagen beinhalten. Aufbauend auf ihren Vorarbeiten vertreten die Antragsteller die These, dass es eine verzerrungs- und energiebasierte Formulierung des Werkstoffgesetzes zulässt, Evolutionsgleichungen und Versagensflächen zu definieren, die überwiegend auf messtechnisch nachvollziehbaren Parametern basieren. Die anschließende Implementierung in ein Finite-Elemente-Programm soll eine Simulation realer Bauteile und Tragwerke bei dreidimensionalen Beanspruchungen bis hin zum Versagen ermöglichen. Zahlreiche Anwendungen in der Praxis, beispielsweise die Verankerungen in hochfesten Betonen oder die Grout-Verbindungen bei Offshore-Windenergieanlagen, offenbaren den Bedarf an solchen Modellen. Die Zusammenarbeit der Forschungsgruppen der TU Berlin, mit Schwerpunkt in theoretischer Modellentwicklung, und der TU Dresden, mit Schwerpunkt in experimenteller Forschung, erschließt dabei ein starkes Synergie-Potenzial.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Günter Hofstetter