Projektdaten

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Ursachen u. Modellierung der Erwärmung von ermüdungs- beanspruchten Betonproben

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Zyklisch-mechanische Beanspruchungen führen im Beton zu Deformations- und Schädigungsprozessen, die zum Versagen des Bauteils oder des Probekörpers führen. Dieser Versagenszustand wird selbst bei Beanspruchungszuständen weit unterhalb der Materialfestigkeitsgrenze hervorgerufen. Dieses charakteristische Materialverhalten wird zusammenfassend als Ermüdung bezeichnet. Während der Prüfung der Probe führt die zyklische Beanspruchung zu einer Erwärmung des Betonprobekörpers. Die Ursachen werden in der Materialdämpfung des Betongefüges gesehen. Dabei wird die Erwärmung der Betonprobekörper vor allem von der Belastungsfrequenz, der Spannungsschwingbreite und der Versuchsdauer beeinflusst. Größere Spannungsschwingbreiten und höhere Belastungsfrequenzen führen zu einer schnelleren und höheren Erwärmung. Experimentelle Untersuchungen zeigen aber, dass Betonprobekörper, die bei hohen Belastungsfrequenzen und damit höheren Betontemperaturen geprüft werden, früher versagen als bei geringen Belastungsfrequenzen und damit niedrigeren Temperaturen. Die Ermüdungsfestigkeit der Betonproben wird somit vom Grad der Erwärmung beeinflusst. Innerhalb des DFG-Forschungsvorhabens wird das Erwärmungsverhalten von ermüdungsbeanspruchten Betonprobekörpern experimentell untersucht und modellmäßig beschrieben. Die Forschungstätigkeiten basieren auf einem energetischen Modellansatz. Dieser Ansatz definiert die freiwerdende Wärmemenge im ermüdungsbeanspruchten Betonprobenkörper. Anhand numerischer Simulationen, die u. a. den Wärmetransport in der Betonprobe sowie den Wärmeübergang an die Umgebung berücksichtigen, wird die Temperaturentwicklung der Probe berechnet. Die in den Ermüdungsversuchen aufgezeichneten Temperaturverläufe werden den rechnerisch ermittelten gegenübergestellt. Weiterhin werden die Auswirkungen der Erwärmung des Betonprobekörpers und dadurch bedingter Temperaturdehnungen mit den einhergehenden abnehmenden Ermüdungsfestigkeiten bewertet.