S. Schneider, D. Vöcker, S. Marx: Zum Einfluss der Belastungsfrequenz und der Spannungsgeschwindigkeit auf die Ermüdungsfestigkeit von Beton
Bild 17 Zulässige Frequenzen für Ermüdungsversuche in Abhängigkeit von der Spannungsschwingbreite (fc = 40 N/mm² und Ec = 33 000 N/mm²) Frequency limit for fatigue tests depending on the stress range (fc = 40 N/mm² and Ec = 33 000 N/mm²)
Ec = 33 000 N/mm² dargestellt. Je kleiner die bezogene Spannungsschwingbreite Δσ/fc,dyn wird, umso größer ist die zulässige Belastungsfrequenz fGrenz. Dies ist auch plausibel, da bei geringeren Spannungsschwingbreiten geringere Spannungsgeschwindigkeiten auftreten (vgl. Bild 10). Um eine Dehnungsgeschwindigkeit von ε· = 10–1 1/s zu erreichen, kann daher die Belastungsfrequenz erhöht werden.
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Zusammenfassung und Ausblick
Viele in der Literatur dokumentierte Ermüdungsversuche zeigen, dass die Ermüdungsfestigkeit von Beton eine Abhängigkeit von der Belastungsfrequenz aufweist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass je höher die Belastungsfrequenz f ist, desto größer sind auch die Bruchlastwechselzahlen N bei hohen bezogenen Oberspannungen (Smax > 0,75). Für den Bereich von geringeren Oberspannungen gibt es teilweise unterschiedliche Aussagen. Zwar
konnten bisher schon WÖHLERlinien entwickelt werden, die den Frequenzeinfluss berücksichtigen, allerdings unterschieden sich deren Verläufe deutlich voneinander. Die hier vorgestellten Untersuchungen an Versuchsergebnissen aus der Literatur lassen vermuten, dass der Frequenzeinfluss auf die Bruchlastwechselzahlen von normalfestem Beton auf die erhöhte Druckfestigkeit unter hohen Spannungsgeschwindigkeiten zurückgeführt werden kann. Bei sonst gleichbleibenden Belastungen steigt durch eine Erhöhung der Belastungsfrequenz die Spannungsgeschwindigkeit und somit auch die wirksame Druckfestigkeit des Betons. Dies hat zur Folge, dass effektiv auf einem geringeren Spannungsniveau geprüft wird. Dieser Umstand sollte zukünftig bei Ermüdungsversuchen an Beton stärkere Beachtung finden. Weiterhin wird ein Ansatz für eine Grenzfrequenz für Ermüdungsversuche vorgestellt, der auf einer zulässigen Dehngeschwindigkeit von ε· = 10–1 1/s beruht. Diese Dehngeschwindigkeit wurde aufgrund der Tatsache gewählt, dass höhere Dehngeschwindigkeiten zu größeren Streuungen in den Ergebnissen der Druckfestigkeitsuntersuchungen führen. Zudem werden durch diese Begrenzung die druckfestigkeitssteigernden Effekte aus den verringerten Kerbspannungen und der geringeren Rissausbreitungsgeschwindigkeit ausgeschlossen. Bisher fehlen Untersuchungen, die sich mit dem Einfluss der Dehn- bzw. Spannungsgeschwindigkeit auf die Bruchlastwechselzahlen gezielt auseinandersetzen und die erhöhten Druckfestigkeiten berücksichtigen. Um die beschriebene Theorie weiter zu stützen, sind am Institut für Massivbau der Universität Hannover weitere Ermüdungsversuche geplant. Anhand dieser Versuche sollen die oben dargestellten Einflüsse geklärt und eine Grenzfrequenz für Ermüdungsversuche experimentell bestimmt werden. Diesbezüglich sind zudem der Einfluss der Betonfestigkeit, der Probekörpergeometrie und des Feuchtegehaltes von Interesse.
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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12
[6] GRÜNBERG, J.; ONESCHKOW, N.: Abschlussbericht zum BMU-Verbundforschungsprojekt „Gründung von OffshoreWindenergieanlagen aus filigranen Betonkonstruktionen unter besonderer Beachtung des Ermüdungsverhaltens von hochfestem Beton“. Leibniz Universität Hannover, 2011. [7] KLAUSEN, D.: Festigkeit und Schädigung von Beton bei häufig wiederholter Beanspruchung. Dissertation, Technische Hochschule Darmstadt, 1978. [8] HOHBERG, R.: Zum Ermüdungsverhalten von Beton. Dissertation, Fakultät VI Bauingenieurwesen u. Angewandte Geowissenschaften, Technische Universität Berlin, 2004. [9] WEIGLER, H.; F REITAG, W.: Dauerschwell- und Betriebsfestigkeit von Konstruktionsleichtbeton. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 247, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1975. [10] HSU, T. T. C.: Fatigue of Plain Concrete. ACI Journal, 78 (1981), S. 292–305.