Sachstandbericht zur Ermüdung von dynamisch hoch beanspruchten Betontragwerken. Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Dipl.-Ing. Sebastian Schneider

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Silvia Goldschmidt
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1 Sachstandbericht zur Ermüdung von dynamisch hoch beanspruchten Betontragwerken Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Dipl.-Ing. Sebastian Schneider 3. Jahrestagung des DAfStb,

2 Dynamisch beanspruchte Bauwerke Seite 2

3 Wöhlerlinien für druckschwellbeanspruchten Beton CEB-FIP Model Code 1990 fib Model Code 2010 bez. Oberspannung S cd,max = σ cd,max / f cd,fat 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Lastwechselzahl log N 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 bez. Unterspannung S cd,min = σ cd,min / f cd,fat bez. Oberspannung S cd,max = σ cd,max / f cd,fat 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Lastwechselzahl log N 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 bez. Unterspannung S cd,min = σ cd,min / f cd,fat Bezogene Oberspannung: S cd,max = σ cd,max f cd,fat Bezogene Unterspannung: S cd,min = σ cd,min f cd,fat Seite 3

4 Bemessungsdruckfestigkeit unter Ermüdungsbeanspruchungen f cd,fat f cd,fat nach Model Code 1990: f cd,fat nach Model Code 2010: f cd,fat = 0,85 β cc t f ck γ c 1 f ck 250 f cd,fat = 0,85 β cc t f ck γ c,fat 1 f ck 400 α cd,fat α cd,fat 0,85 : Berücksichtigung der abweichenden Belastungsfrequenz f ck : Charakteristische Betondruckfestigkeit γ c = γ c,fat = 1,5 : Teilsicherheitsbeiwert für Beton α cd,fat : Beiwert zur Berücksichtigung des Festigkeitseinflusses Seite 4

5 Auswirkung von α cd,fat auf f cd,fat f cd,fat [MPa] f cd αfat MC 2010 MC 1990 MC 2010: 40 34, , f ck [MPa] α cd,fat = 1 f ck 400 MC 1990: α cd,fat = 1 f ck 250 Seite 5

6 Auswirkung von α cd,fat auf f cd,fat f cd,fat [MPa] f cd αfat MC 2010 MC 1990 MC 2010: 42, , f ck [MPa] α cd,fat = 1 f ck 400 MC 1990: α cd,fat = 1 f ck 250 Seite 6

7 Ermüdungsversuche an Beton C 100/115 bez. Oberspannung S c,max = σ c,max / f c 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Lastwechselzahl log N MC 2010, S c,min = 0,2 Versuchswöhlerlinie MC 1990, S c,min = 0,2 Seite 7

8 Ermüdungsversuche an Beton C 100/115 Bemessungsoberspannung σ c,max [MPa] Lastwechselzahl log N MC 2010, S c,min = 0,2 (bezogen auf f ck ) MC 1990, S c,min = 0,2 (bezogen auf f ck ) MC 2010, S cd,min = 0,2 und f cd,fat = 42,5 MPa MC 1990, S cd,min = 0,2 und f cd,fat = 34 MPa Seite 8

9 Ermüdungsversuche an Beton C 100/115 Bemessungsoberspannung σ c,max [MPa] ,3 MPa 20,9 MPa MC 2010, S c,min = 0,2 (bezogen auf f ck ) MC 1990, S c,min = 0,2 (bezogen auf f ck ) MC 2010, S cd,min = 0,2 und f cd,fat = 42,5 MPa MC 1990, S cd,min = 0,2 und f cd,fat = 34 MPa Lastwechselzahl log N Seite 9

10 Ermüdungsversuche an Beton C 100/115 Bemessungsoberspannung σ c,max [MPa] ,0 MPa 61,3 MPa 29,8 MPa 20,9 MPa MC 2010, S c,min = 0,2 (bezogen auf f ck ) MC 1990, S c,min = 0,2 (bezogen auf f ck ) MC 2010, S cd,min = 0,2 und f cd,fat = 42,5 MPa MC 1990, S cd,min = 0,2 und f cd,fat = 34 MPa Lastwechselzahl log N Seite 10

11 Weitere Fragestellungen zur Betonermüdung Einfluss der Belastungsfrequenz bezogene Oberspannung S max [-] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 f = 0,1 Hz f = 1 Hz f = 10 Hz Lastwechselzahl log N [-] (Oneschkow 2014) Seite 11

12 Weitere Fragestellungen zur Betonermüdung Ermüdungsfestigkeit im Very-High-Cycle Fatigue Bereich (N > 10 7 ) S cd,max [-] bez. Oberspannung S max [-] 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0, Lastwechselzahl log log N N [-] [-] Seite 12

13 Weitere Fragestellungen zur Betonermüdung Einfluss von Spannungsumlagerungen Spannungsverteilung zu Beginn der Lastgeschichte Spannungsverteilung am Ende der Lastgeschichte Verbreiterung der Druckzone (Göhlmann 2009) Seite 13

14 Weitere Fragestellungen zur Betonermüdung Einfluss der Wassersättigung Hümme (2015) Seite 14

15 Weitere Fragestellungen zur Betonermüdung Einfluss von Amplitudenwechsel Holmen (1979) Seite 15

16 Weitere Fragestellungen zur Betonermüdung Einfluss der Probekörpergeometrie und des Maßstabeffekts Statisch F Dynamisch f ck = 0,82 f ck,cube,150? F? f ck,cube,200 = 0,95 f ck,cube,150 F? F? Seite 16

Verbundforschungsvorhaben WinConFat Materialermüdung von On- und Offshore Windenergieanlagen aus Stahlbeton und Spannbeton unter hochzyklischer Beanspruchung Fördermittelgeber: Bundesministerium für

17 Verbundforschungsvorhaben WinConFat Materialermüdung von On- und Offshore Windenergieanlagen aus Stahlbeton und Spannbeton unter hochzyklischer Beanspruchung Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Fördersumme: ~ Industriemittel: ~ Geplante Laufzeit: Verbundpartner: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e. V. Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e. V. Leibniz Universität Hannover RWTH Aachen Technische Universität Dresden Technische Universität München Ruhr-Universität Bochum Karlsruher Institut für Technologie Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Seite 17

18 Verbundforschungsvorhaben WinConFat Seite 18

19 Messgrößen bei Ermüdungsversuchen Bisher: Lastwechselzahl Ober- und Unterlast Belastungsfrequenz Dehnungen Zukünftig: Lastwechselzahl Ober- und Unterlast Belastungsfrequenz Dehnungen Oberflächentemperaturen Kriech- und Schädigungsdehnung Feuchtegehalt Ultraschalllaufzeiten Seite 19

20 Ultraschallmessungen am Beton Messtechnik Messrechner US-Generator & Wandler Sender & Empfänger Seite 20

21 Ultraschallmessungen am Beton Statischer Druckversuch Weggesteuerte Versuchsdurchführung ε` = konst. 75% f c Seite 21

22 Ultraschallmessungen am Beton Ermüdungsversuch σ max 1 Lastwechsel R = σ min / σ max σ m = (σ min + σ max ) / 2 Δσ = σ max - σ min 1 0,9 Spannung σ σ m Δσ σ min bez. Schallgeschwindigkeit 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 PK26 PK039 PK044 PK045 PK046 S max =0,70 S min =0,05 f p =10Hz 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 bez. Lastwechselzahl Sekantenmodul Es [%] Zeit t S max =0,950 S max =0,900 S max =0,825 S max =0,750 S max =0,675 S min =0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 bezogene Lebensdauer N/N f Seite 22

Prüfung von großen Bauteilen Versuchsbalken Länge: 9m Höhe: 80 cm Prüffrequenz: 13-18 Hz Amplitude: ±2mm Ziel Erfassung

23 Prüfung von großen Bauteilen Versuchsbalken Länge: 9m Höhe: 80 cm Prüffrequenz: Hz Amplitude: ±2mm Ziel Erfassung der Spannungsumlagerungen auf Bauteilebene Fördermittelgeber Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Seite 23

24 Prüfung von großen Bauteilen Spannungsumlagerungen auf Bauteilebene Ultraschallmessungen 5 Sender- & Empfänger-Paare Seite 24

25 Prüfung von großen Bauteilen Spannungsumlagerungen auf Bauteilebene M N (Pfanner 2003) Seite 25

26 Sachstandbericht zur Ermüdung von dynamisch hoch beanspruchten Betontragwerken Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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