Einfluss der Beanspruchungsgeschwindigkeit und der Belastungsfrequenz auf den Ermüdungswiderstand von Beton

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Marx
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433963337

In den letzten Jahrzehnten ist das Ermüdungsverhalten von Beton immer stärker in den Fokus der Wissenschaft gerückt. Für die Untersuchungen des Ermüdungsverhaltens wurden meist zylindrische Betonproben im Laborversuch zyklisch beansprucht. Während solcher Laborversuche wurden die Ermüdungsbeanspruchungen für gewöhnlich mit Belastungsfrequenzen zwischen fP = 1 Hz bis fP = 10 Hz aufgebracht. Besonders für den Lastwechselzahlenbereich der High-Cycle-Fatigue (N > 10^3) und Very-High-Cycle-Fatigue (N > 10^7) wurden die Versuche mit möglichst hohen Belastungsfrequenzen durchgeführt um die Versuchsdauer und –kosten zu minimieren. Jedoch hat die aufgebrachte Belastungsfrequenz einen Einfluss auf die ertragbaren Lastwechselzahlen von Beton. Dieses Phänomen ist zwar bekannt und es existieren Hypothesen, die diese Erscheinungen zu erklären versuchen, jedoch können diese nach neuesten Untersuchungen nicht uneingeschränkt für alle Beanspruchungsniveaus angewendet werden. Zudem fehlt bislang eine Beschreibung der tatsächlich ablaufenden Schädigungsprozesse im Betongefüge, sodass die Ursache des Frequenzeinflusses noch nicht geklärt ist.In dem beantragten Vorhaben soll das Ermüdungsverhalten von Beton unter verschiedenen Belastungsfrequenzen versuchstechnisch untersucht und modellmäßig beschrieben werden. Ziel ist es, die Hypothese zu bestätigen, dass der Frequenzeinfluss auf hohen bezogenen Oberspannungsniveaus (Smax > 0,75) überwiegend auf dem druckfestigkeitsändernden Spannungsgeschwindigkeitseinfluss und bei niedrigeren bezogenen Oberspannungsniveaus (Smax < 0,75) überwiegend auf dem druckfestigkeitsändernden Temperatureinfluss beruht. In dem beantragten Vorhaben soll mithilfe einer temperaturabhängigen Versuchsregelung der Temperatureinfluss minimiert werden, sodass anhand der Versuche mit unterschiedlichen Prüffrequenzen der Einfluss der Spannungsgeschwindigkeit separat untersucht werden kann. Zusammen mit den Ergebnissen des Temperatureinflusses aus einem DFG-Vorhaben kann der Frequenzeinfluss aus den Einzelkomponenten Temperatureinfluss und Spannungsgeschwindigkeitseinfluss zusammengesetzt werden. Sollte diese Hypothese bestätigt werden, wäre dies ein fundamentaler Schritt für die bislang noch unzureichende Übertragbarkeit von Laborergebnissen auf reale Bauteilsituationen, welche meist mit deutlich geringeren Belastungsfrequenzen beansprucht werden. Im Weiteren soll der Einfluss der Belastungsfrequenz auf das Dehnungsverhalten von Beton untersucht werden. Hierzu werden die elastischen, schädigungsinduzierten, viskosen und thermischen Dehnungsanteile voneinander getrennt, sodass der Einfluss der Belastungsfrequenz auf die einzelnen Anteile gezielt untersucht werden kann. Schließlich soll ein mechanisch basiertes Dehnungsmodell entwickelt werden, mit dem die Belastungsfrequenz in der Berechnung der Dehnungsevolution von Beton berücksichtigt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen