ForschungForschungsprojekte
Numerische und experimentelle Untersuchungen zu den Spannungsumlagerungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen im Very-High-Cycle-Fatigue Bereich

Numerische und experimentelle Untersuchungen zu den Spannungsumlagerungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen im Very-High-Cycle-Fatigue Bereich

Leitung:  Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx
Team:  Dennis Birkner
Jahr:  2019
Förderung:  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Laufzeit:  01.09.2019 - 28.02.2022

Bei den bisher durchgeführten Ermüdungsversuchen an biegebeanspruchten Betonbauteilen wurden bislang nur vereinfachte oder nicht verifizierte Materialmodelle zur Prognose des Bauteilverhaltens herangezogen. Anhand dessen können die erlangten Forschungsergebnisse schlussendlich nicht verallgemeinert werden. Zudem wurden die Versuche oftmals vor Erreichen des Probekörperbruchs zur Schonung der Maschinentechnik oder aus Zeitgründen beendet, sodass die Daten zur Auswertung des Ermüdungswiderstandes nicht genutzt werden können.

In diesem Projekt sollen erstmals gezielt und systematisch die Spannungsumlagerungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen untersucht werden. In diesem Rahmen werden sowohl FE-Simulationen als auch experimentelle Versuche durchgeführt. Für die FE-Simulationen wird das am Institut für Massivbau der Leibniz Universität Hannover entwickelte additive Dehnungsmodell für ermüdungsbeanspruchten Beton zugrunde gelegt. Die hierfür bereits erfolgten Vorarbeiten werden im ersten Arbeitspaket weitergeführt und das numerische Modells implementiert. Mit den Ergebnissen der numerischen Simulation wird anschließend in AP 2 das Versuchskonzept für die experimentellen Untersuchungen entwickelt. Die Untersuchungen selbst erfolgen in AP 3 und werden in dem Resonanzversuchstand des Instituts durchgeführt. Dieser weltweit einmalige Versuchsstand ermöglicht die Untersuchung von Betonbalken im Very High Cycle Fatigue-Bereich, also bis in einen Lastwechselbereich von mehr als 1∙107 Lastwechseln. Dies ist für die Versuchsdurchführung von wesentlicher Bedeutung, da die Spannungsumlagerungen zu sehr hohen, ertragbaren Lastwechselzahlen bei den Betonbalken führen werden. Neben den Großformatigen Ermüdungsversuchen werden begleitende Untersuchungen an kleinformatigen Proben durchgeführt, um die Materialparameter des numerischen Modells anzupassen. Außerdem werden Großversuche mit monoton steigender Belastung durchgeführt, um einen Vergleich zu den dynamisch beanspruchten Proben herzustellen. Abschließend werden in AP 4 die numerischen Simulationen an den experimentellen Untersuchungen verifiziert. Auf dieser Grundlage sollen allgemeingültige Aussagen zu dem Verformungsverhalten und den Spannungsumlagerungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen getroffen werden sowie neue Bemessungsvorschläge formuliert werden.

Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens dienen der Bemessung hochdynamisch beanspruchter Bauwerke wie Windenergieanlagen oder Eisenbahnbrücken des Hochgeschwindigkeitsverkehrs. Sie ermöglichen den Schritt in Richtung einer realitätsnäheren Bemessung und damit schlankeren, wirtschaftlicheren und kostengünstigeren Ausführung von ermüdungsbeanspruchten Betonbauwerken.