Numerische Modellierung des Ermüdungsverhaltens von normal- und hochfestem Beton

Trotz der bemerkenswerten Erkenntnisse, die in den letzten Jahren bei der Modellierung und Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von Beton gewonnen wurden, bleiben noch viele offene Fragen zu klären, um einen tieferen und allgemeinen Einblick in die Phänomenologie der Ermüdung von Beton zu ermöglichen. Dieses Heft umfasst die aktuellen Erkenntnisse zur Modellierung des Ermüdungsverhaltens von Beton. Zur Erläuterung der in der Literatur dokumentierten Ansätze zur Modellierung der Betonermüdung unter Druckbelastung wurde eine vergleichende Studie zur Qualität der Vorhersage ausgewählter repräsentativer Modelle vorgestellt, die verschiedene Kategorien von Schädigungshypothesen für elementare Belastungsszenarien abbilden. Zur Erfassung der triaxialen Spannungsumlagerung unter subkritischen Lastniveaus wurde ein neues numerisches Microplane-Modell für Betonermüdung entwickelt. Das thermodynamisch basierte Modell kann für realistische 3D-Simulationen verwendet werden. Es erfasst die wichtigsten interagierenden dissipativen Mechanismen, die die Ermüdungsentwicklung unter Druckbelastung steuern, und wurde anhand von durchgeführten experimentellen Versuchen an Zylinderprobekörpern kalibriert und validiert. Außerdem wird im Vergleich zu den derzeitigen Ermüdungscharakterisierungsmethoden, die eine große Anzahl von teuren Experimenten erfordern, eine kombinierte numerische, experimentelle und theoretische Methodik eingesetzt, mit der sich die Auswirkungen der Belastungsreihenfolge auf das Ermüdungsverhalten von Beton charakterisieren lassen. Als Ergebnis wird eine erweiterte Bewertungsregel zur Prognose der Ermüdungslebensdauer von Beton unter Druck vorgeschlagen, welche die Auswirkungen der Belastungsreihenfolge berücksichtigt. Ferner wird ein Materialmodell entwickelt, mit dem die in zyklisch biegebeanspruchten Betonbauteilen auftretenden Spannungsumlagerungen und deren positive Wirkung auf die ertragbare Lastwechselzahl der Strukturen abgebildet werden können. In dem Modell, das eine Kombination aus Plastizitäts- und Schädigungstheorie darstellt, werden die nichtlinearen Effekte über viskose und plastische Dehnungsanteile sowie eine lebensdauerabhängige Steifigkeitsdegradation berücksichtigt. Es wurde an experimentellen Ermüdungsversuchen an großformatigen Betonbalken kalibriert und ermöglicht eine Prognose der Bewertung der Lebensdauer von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen. Diese Ansätze demonstrieren eindrucksvoll den potenziellen Beitrag der fortgeschrittenen und effizienten numerischen Modellierungsansätze zur Formulierung zuverlässiger Bemessungskonzepte im Zusammenhang mit dem Ermüdungsverhalten von Materialien und Strukturen.