Bild 5
Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit σ· auf die relative Druckfestigkeit von Beton [14] Loading rate influence on relative compression strength [14]
erklärt werden kann. In Ermüdungsversuchen werden die aufgebrachten Spannungen in der Regel auf eine statische Druckfestigkeit bezogen. Die Belastungsgeschwindigkeit der Druckfestigkeitsversuche beträgt meistens 0,5 N/mm2s. Bei Ermüdungsversuchen werden jedoch deutlich größere Belastungsgeschwindigkeiten erreicht. Diese sind sowohl vom Beanspruchungsniveau als auch von der Belastungsfrequenz abhängig. Werden die aufgebrachten Spannungen nicht auf die statische Druckfestigkeit, sondern auf eine infolge der Belastungsgeschwindigkeit erhöhte Festigkeit bezogen, so ergeben sich für den Ermüdungsversuch effektiv geringere Spannungsniveaus. Im Folgenden soll die Druckfestigkeitserhöhung näher erläutert werden.
2.2
Einfluss der Spannungsgeschwindigkeiten auf die statische Druckfestigkeit
Die Druckfestigkeit von Beton nimmt mit steigender Belastungsgeschwindigkeit zu. Um die Beziehung zwischen der Belastungsgeschwindigkeit und der relativen Druckfestigkeit zu untersuchen, führten WESCHE & KRAUSE [14] statische Versuche mit konstanten Belastungsgeschwindigkeiten zwischen 0,005 N/mm2s und 5 N/mm2s durch. Die Versuchsergebnisse wurden auf Belastungsgeschwindigkeiten von 5 · 10-4 N/mm2s bzw. 50 N/mm2s extrapoliert (vgl. Bild 5). Im halblogarithmischen Maßstab dargestellt, ergibt sich ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen der Belastungsgeschwindigkeit und der relativen Druckfestigkeit. Die gemessene Druckfestigkeit wird dabei auf die Druckfestigkeit infolge einer Belastungsgeschwindigkeit von 0,5 N/mm2s bezogen. Diese entspricht der Geschwindigkeit während eines statischen Druckversuches. Höhere Belastungsgeschwindigkeiten führen zu größeren relativen Druckfestigkeiten, wohingegen geringere Belastungsgeschwindigkeiten auch geringere relative Druckfestigkeiten zur Folge haben. Der Einfluss ist nach WESCHE & KRAUSE abhängig vom Wasser-
Bild 6
Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit σ· auf die relative Druckfestigkeit infolge Stoßbelastung [15] Loading rate influence on relative compression strength due to impact loading [15]
zementwert. Je größer der anteilige Wassergehalt im Beton ist, desto größer ist auch der Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit. P OPP [15] ermittelte in seinen Versuchen den Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit unter Stoßbelastung (Bild 6). Bis zu einer Belastungsgeschwindigkeit zwischen 105 N/mm2s und 106 N/mm2s zeigt die Kurve im halblogarithmischen Diagramm einen annähernd linearen Anstieg der relativen Druckfestigkeit mit zunehmender Belastungsgeschwindigkeit. Bei einer weiteren Steigerung der Belastungsgeschwindigkeit kommt es allerdings zum überproportionalen Anstieg der relativen Druckfestigkeit. Dies ist der Bereich der Stoßbelastung. Nach CURBACH [16] ist die Festigkeitssteigerung auf verschiedene Ursachen zurückzuführen. In Bild 7 ist die Festigkeitssteigerung in Abhängigkeit von der Dehngeschwindigkeit dargestellt. Im Bereich bis zu einer Dehngeschwindigkeit von ε· < 100 1/s tritt ein vermehrtes Zuschlagkornversagen ein, wodurch die relative Druckfestigkeit linear zunimmt. Durch den höheren E-Modul der Zuschlagkörner treten Spannungskonzentrationen
Bild 7
Ursachen der Festigkeitssteigerung in Abhängigkeit von der Dehnungsgeschwindigkeit [16] Causes of the strength increase depending to the strain rate [16]
Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12
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FACHTHEMA ARTICLE
S. Schneider, D. Vöcker, S. Marx: About loading frequency and stress rate influences on fatigue strength of concrete