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

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Marx
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417209030

Beton weist unter zyklischen Lasten ein komplexes Verformungsverhalten auf. Dieses beeinflusst die Spannungsverteilung auf der Querschnittsebene von Betonbauteilen und wirkt sich positiv auf deren Lebensdauer aus. Das normative Ermüdungsnachweiskonzept prognostiziert die Lebensdauer von Betonbauteilen auf der Grundlage von Wöhlerlinien. Die Verformungsentwicklung des Betons und die Spannungsumlagerungen auf der Querschnittsebene finden nahezu keine Berücksichtigung, wodurch ermüdungsbeanspruchte Betonbauwerke gemäß dem derzeitigen Nachweiskonzept nicht wirtschaftlich bemessen werden.Das Ziel des Forschungsvorhabens ist das Verformungsverhalten und im speziellen die Spannungsumlagerungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen zu untersuchen. In diesem Rahmen werden sowohl FE-Simulationen als auch experimentelle Versuche durchgeführt. Für die Simulationen wird ein am Institut für Massivbau der Leibniz Universität Hannover entwickeltes Dehnungsmodell für ermüdungsbeanspruchten Beton zugrunde gelegt. Die experimentellen Untersuchungen werden auf 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•10^7 Lastwechseln. Dies ist für die Versuchsdurchführung von wesentlicher Bedeutung, da die Spannungsumlagerungen sehr hohe, ertragbare Lastwechselzahlen bei den Betonbalken bedingen.Die numerischen Simulationen werden anhand der experimentellen Untersuchungen verifiziert. Auf dieser Grundlage können allgemeingültige Aussagen zu dem Verformungsverhalten und den Spannungsumlagerungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen getroffen werden sowie neue Bemessungsvorschläge formuliert werden. Die Erkenntnisse des Vorhabens dienen der Bemessung dynamisch 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.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen