Energetische Schädigungsanalyse von ermüdungsbeanspruchtem Beton

Abstract

Aufgrund von zunehmend schlankeren Bauwerken nimmt der dynamische Beanspruchungsanteil gegenüber dem Anteil der ständigen Beanspruchungen bei Brückenbauwerken und Windenergieanlagen zu. Daraus ergibt sich ein großer Forschungsbedarf im Bereich der Betonermüdung. Im Rahmen dieser Arbeit werden kraftgeregelte Druckschwellversuche energetisch ausgewertet. Aus den Spannungs-Dehnungslinien lassen sich dabei neben einem elastischen und plastischen Energieanteil ebenfalls die Dissipationsenergiewerte bestimmen. Diese Dissipationsenergie ist wiederum für die Erwärmung der Probekörper infolge der zyklisch-mechanischen Beanspruchung verantwortlich. Auf Basis der festgestellten Korrelation zwischen der Probekörpererwärmung und der Schädigungsentwicklung werden die Hypothesen, die einen Zusammenhang zwischen der Dissipationsenergie und der Rissanzahl sowie der Rissgröße im Probekörper beschreiben, untersucht. Es zeigt sich, dass sich die Verläufe der mit jedem Lastwechsel dissipierten Energie analog zu den bereits bekannten Verläufen anderer Messparameter und Schädigungsindikatoren in drei Phasen aufteilen lassen. Ein direkter quantitativer Zusammenhang zwischen dem Schädigungsgrad und der Dissipationsenergie je Lastwechsel ist hingegen nicht erkennbar. Aus der Auswertung der bis zum Versagen eines Probekörpers kumulierten Dissipationsenergie resultiert hingegen ein funktionaler Zusammenhang zur jeweiligen Bruchlastwechselzahl. Sämtliche Auswertungspunkte, die durch die Bruchlastwechselzahlen und den bis zum jeweiligen Versagen kumulierten Dissipationsenergiewerten beschrieben werden, liegen auf einer Kurve. Diese lässt sich durch eine Potenzfunktion beschreiben und wird als Versagenskurve bezeichnet. Die Gültigkeit der Versagenskurven wird durch die Auswertung weiterer Versuchsserien validiert. Dabei ergeben sich aus der Form der Versagenskurve Rückschlüsse auf das Ermüdungsverhalten der Versuchsserie. Aufbauend auf den Versagenskurven wird in dieser Arbeit ein neuer Schädigungsparameter eingeführt und ein neues Schädigungsmodell beschrieben. Der Schädigungsparameter ergibt sich aus dem relativen Abstand zwischen der kumulierten Dissipationsenergie des Probekörpers und der Versagenskurve der Versuchsserie. Sobald die Werte übereinstimmen, tritt das Versagen des Probekörpers ein. Aus den Auswertungen ergeben sich plausible dreiphasige Verläufe des Schädigungsparameters über die Versuchslaufzeit. Durch Modellerweiterungen kann das Modell sowohl für Einstufenversuche mit festgelegten Spannungsniveaus als auch für mehrstufige Versuche mit abnehmenden oder ansteigenden Oberspannungsniveaus verwendet werden.