Preisträger 2018

Kurzfassung

Anwendung eines additiven Dehnungsmodells auf ermüdungsbeanspruchte Betonbauteile (Masterarbeit) Kurzfassung: Durch Weiterentwicklungen in der Betontechnologie nimmt die Anwendungsbreite des Werkstoffes Beton immer weiter zu. So wird dieser zunehmend in Bereichen eingesetzt, in denen signifikante Ermüdungsbeanspruchungen, z.B. bei Windenergieanlagen, auftreten. Das aktuelle Nachweiskonzept für ermüdungsbeanspruchten Beton beruht auf starken Vereinfachungen. So werden das Verformungsverhalten und die Steifigkeitsdegradation des Betons infolge Ermüdungsbeanspruchungen nicht näher berücksichtigt. Diese führen jedoch zu Spannungsumlagerungen, die die Lebensdauer der Konstruktion maßgeblich beeinflussen.

Um die Nachweisführung weiterzuentwickeln werden diese Effekte in Ermüdungsversuchen erforscht. Gleichzeitig werden diese Versuche numerisch nachgebildet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde hierzu ein additives Dehnungsmodell für ermüdungsbeanspruchten Beton in das FE-Programm ANSYS implementiert. Das verwendete Dehnungsmodell besteht aus vier Anteilen: einem elastischen, einem viskosen, einem temperaturbedingten und einem schädigungsinduzierten Anteil. Es kann einerseits Schädigungseffekte als auch zeit- und temperaturabhängige Betonverformungen numerisch abbilden. Das numerische Modell wurde an ermüdungsbeanspruchten, kleinformatigen Betonproben verifiziert.

Es ergaben sich sehr gute Übereinstimmungen zwischen den Versuchsergebnissen und den numerischen Berechnungsergebnissen. So konnten die einzelnen Dehnungsanteile des Betons von dem Programm realitätsnah abgebildet werden. Mithilfe des verifizierten FE-Modells wurden Versuche an ermüdungsbeanspruchten Betonbalken nachgerechnet. Das Dehnungsverhalten und die Steifigkeitsdegradation des Betons sowie die resultierenden Spannungsumlagerungen konnten analysiert und eindrucksvoll nachvollzogen werden. Zukünftig kann auf der Grundlage derartiger Simulationen die Nachweisführung von ermüdungsbeanspruchtem Beton realitätsnäher formuliert werden, wodurch ermüdungsbeanspruchte Betonkonstruktionen wirtschaftlicher ausgeführt werden können.