Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Zeitvariantes Trag- und Schädigungsverhalten von mehrfach wiederholt beanspruchtem polymermodifizierten Beton (PCC). Teil 2: Modellbildung zum Tragverhalten von Beton
Das Tragverhalten biege- und normalkraftbeanspruchter Stahlbetontragwerke kann unter Vernachlässigung des Querkrafteinflusses näherungsweise auf das Formänderungsverhalten der Druck- und Zugzone zurückgeführt werden. Demzufolge ist für die statische Berücksichtigung von polymermodifiziertem Beton (PCC) als Querschnittsergänzung beziehungsweise für die Bemessung von polymermodifizierten Stahlbetonvollquerschnitten eine genaue Kenntnis über die Druck- und Zugeigenschaften des PCC sowie dessen Verbundverhalten erforderlich. Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass die zu mehrfach wiederholten Lastzyklen mit unterschiedlichen Laststufen gehörenden Spannungs-Dehnungskurven unter anderem folgende drei signifikanten Charakteristika aufweisen: Die wesentlichen Strukturveränderungen finden bereits während des ersten Lastzyklus statt, so dass die Betonsteifigkeit vorwiegend durch die während der Lastgeschichte aufgetretene maximale Beanspruchungssituation beeinflusst wird. Ent- und Wiederbelastungen sind im Wesentlichen von den elastischen und visko-elastischen Verformungen abhängig. Mit steigender Beanspruchung nehmen die bleibenden Verformungen überproportional zu. Auf Basis dieser Versuchsergebnisse und der visko-elastisch-plastischen Kontinuumsschädigungstheorie werden rheologische Modelle zur Beschreibung des zeit- und beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Beton vorgestellt. Die numerische Umsetzung erfolgt unter Berücksichtigung des zeitabhängigen Betonverhaltens auf der Basis des Hamilton-Prinzips unter Vernachlässigung der Trägheitskräfte. Die Simulation des beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Stahlbetonverbundquerschnitten verdeutlicht die Qualität und Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Modellbildung. Ferner werden ausgewählte praxisrelevante Fragestellungen zum zeit- und beanspruchungsabhängigen Betontragverhalten numerisch untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die gewählten Berechnungsansätze das zeit- und beanspruchungsabhängige Formänderungsverhalten von druck- und zugbeanspruchtem Beton hinreichend genau wiedergeben. Neben der Erfassung physikalisch nichtlinearer Zusammenhänge ist eine Abschätzung des Betonversagens infolge tertiärer Kriech- und Schädigungsprozesse möglich. Die Strukturbildung beziehungsweise die Nacherhärtung des Betons kann zur Erfassung des zeit- und beanspruchungsabhängigen Langzeittragverhaltens von Beton berücksichtigt werden. Im Gebrauchslastbereich kann vereinfachend auf die Berücksichtigung der Betonhydratation verzichtet werden. Bei höheren Beanspruchungen sind signifikante Unterschiede zwischen den Modellrechnungen mit und ohne Einbeziehung der Betonnacherhärtung erkennbar, so dass die Vernachlässigung des Strukturbildungsprozesses zur Überschätzung der Verformungen führt. Im gerissenen Zustand ist der Einfluss des zeitabhängigen Materialverhaltens der effektiven Betonzugzone auf das Gesamttragverhalten des Stahlbetonquerschnitts gering und kann vernachlässigt werden.
Zeitvariantes Trag- und Schädigungsverhalten von mehrfach wiederholt beanspruchtem polymermodifizierten Beton (PCC). Teil 2: Modellbildung zum Tragverhalten von Beton
Das Tragverhalten biege- und normalkraftbeanspruchter Stahlbetontragwerke kann unter Vernachlässigung des Querkrafteinflusses näherungsweise auf das Formänderungsverhalten der Druck- und Zugzone zurückgeführt werden. Demzufolge ist für die statische Berücksichtigung von polymermodifiziertem Beton (PCC) als Querschnittsergänzung beziehungsweise für die Bemessung von polymermodifizierten Stahlbetonvollquerschnitten eine genaue Kenntnis über die Druck- und Zugeigenschaften des PCC sowie dessen Verbundverhalten erforderlich. Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass die zu mehrfach wiederholten Lastzyklen mit unterschiedlichen Laststufen gehörenden Spannungs-Dehnungskurven unter anderem folgende drei signifikanten Charakteristika aufweisen: Die wesentlichen Strukturveränderungen finden bereits während des ersten Lastzyklus statt, so dass die Betonsteifigkeit vorwiegend durch die während der Lastgeschichte aufgetretene maximale Beanspruchungssituation beeinflusst wird. Ent- und Wiederbelastungen sind im Wesentlichen von den elastischen und visko-elastischen Verformungen abhängig. Mit steigender Beanspruchung nehmen die bleibenden Verformungen überproportional zu. Auf Basis dieser Versuchsergebnisse und der visko-elastisch-plastischen Kontinuumsschädigungstheorie werden rheologische Modelle zur Beschreibung des zeit- und beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Beton vorgestellt. Die numerische Umsetzung erfolgt unter Berücksichtigung des zeitabhängigen Betonverhaltens auf der Basis des Hamilton-Prinzips unter Vernachlässigung der Trägheitskräfte. Die Simulation des beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Stahlbetonverbundquerschnitten verdeutlicht die Qualität und Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Modellbildung. Ferner werden ausgewählte praxisrelevante Fragestellungen zum zeit- und beanspruchungsabhängigen Betontragverhalten numerisch untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die gewählten Berechnungsansätze das zeit- und beanspruchungsabhängige Formänderungsverhalten von druck- und zugbeanspruchtem Beton hinreichend genau wiedergeben. Neben der Erfassung physikalisch nichtlinearer Zusammenhänge ist eine Abschätzung des Betonversagens infolge tertiärer Kriech- und Schädigungsprozesse möglich. Die Strukturbildung beziehungsweise die Nacherhärtung des Betons kann zur Erfassung des zeit- und beanspruchungsabhängigen Langzeittragverhaltens von Beton berücksichtigt werden. Im Gebrauchslastbereich kann vereinfachend auf die Berücksichtigung der Betonhydratation verzichtet werden. Bei höheren Beanspruchungen sind signifikante Unterschiede zwischen den Modellrechnungen mit und ohne Einbeziehung der Betonnacherhärtung erkennbar, so dass die Vernachlässigung des Strukturbildungsprozesses zur Überschätzung der Verformungen führt. Im gerissenen Zustand ist der Einfluss des zeitabhängigen Materialverhaltens der effektiven Betonzugzone auf das Gesamttragverhalten des Stahlbetonquerschnitts gering und kann vernachlässigt werden.
Zeitvariantes Trag- und Schädigungsverhalten von mehrfach wiederholt beanspruchtem polymermodifizierten Beton (PCC). Teil 2: Modellbildung zum Tragverhalten von Beton
Time-variant behaviour of polymer modified concrete (PCC) under repeated stress with consideration of damage Part 2: Modelling the behaviour of concret
Heidolf, Thorsten (Autor:in)
Beton- und Stahlbetonbau ; 104 ; 823-834
2009
12 Seiten, 4 Bilder, 4 Tabellen, 30 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
Schädigungsmechanismus , Polymerbeton , Tragvermögen , Modellbildung , Biegebeanspruchung , Normalkraft , Stahlbetonbau , Formänderungsvermögen , statische Berechnung , Zugeigenschaft , Druckbeanspruchung , Verbundwerkstoffmechanik , Strukturuntersuchung , Spannungs-Dehnungs-Verhalten , Versuchsergebnis , numerische Analyse