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Schädigungsprozesse in faserbewehrtem ultrahochfestem Beton unter zyklischer Zugbeanspruchung

Die derzeit eingesetzten ultrahochfesten Faserbetone (UHPFRC) weisen in der Regel sehr hohe Fasergehalte auf, um einem Versagen mit Sprödbruch entgegenzuwirken. Die hohe Faserzugabe führt unter Zugbeanspruchung zu einem überkritischen Zugtragverhalten mit hoher Nachrisszugfestigkeit, das einen erheblichen Einfluss auf das Trag- und Verformungsverhalten von UHPFRC-Bauteilen unter Biegung, Querkraft und Torsion hat. UHPFRC wird aufgrund der sehr hohen erzielbaren Festigkeiten im Vergleich zu Normalbeton vorzugsweise für schlanke und dünnwandige sowie gewichts- und leistungsoptimierte Bauteile eingesetzt, die allerdings aufgrund ihrer hohen Schlankheit besonders schwingungsanfällig sind. Unklar ist, inwieweit sich zyklische Beanspruchungen auf die Fasertragwirkung bzw. die Nachrisszugfestigkeit auswirken. Das Degradationsverhalten von UHPFRC unter Ermüdungsbeanspruchung ist aufgrund der wenigen vorhandenen Untersuchungen nur ansatzweise verstanden.

Daher sollen innerhalb dieses Teilprojektes des SPP 2020 – Schädigungsprozesse in faserbewehrtem ultrahochfestem Beton unter zyklischer Zugbeanspruchung – der Schädigungsverlauf und die Schädigungsmechanismen von UHPFRC unter zyklischer Zugbeanspruchung grundlegend experimentell und numerisch untersucht werden. Zum einen sollen systematisch abgestufte experimentelle Untersuchungen an kleinformatigen Probekörpern, wie Faserzugversuche, Faserauszugversuche und UHPFRC-Zugversuche durchgeführt werden. Mithilfe mechanischer Messverfahren und bildgebender Methoden, wie z. B. Digitalmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Computertomografie und photogrammetrischer Messsysteme sollen die Versuche ausgewertet, analysiert und dokumentiert werden. Zum anderen soll das Spannungs-Deformations-Verhalten von UHPFRC mathematisch-numerisch konsistent auf der Mesoskala modelliert werden. Kontinuumsmechanische Modelle mit Berücksichtigung von inelastischem Deformationsverhalten und Schädigung werden für die Beschreibung des Materialverhaltens der Einzelkomponenten unter Ermüdungsbeanspruchung erweitert. Das Verbundverhalten von Faser und Betonmatrix soll diskret mithilfe eines weiterzuentwickelnden Verbundmodells in Finite-Element-Analysen berücksichtigt werden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erfassung, Beschreibung und Modellierung des Degradationsverhaltens von faserbewehrtem Ultrahochleistungsbeton unter zyklischer Zugbeanspruchung mit konsistenter Beachtung der Schädigungsentwicklung und -mechanismen auf der Mikro- und Mesoskala.

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Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektbeteiligte Forschungseinrichtungen:

Technische Universität Braunschweig
Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz
Prof. Dr.-Ing Martin Empelmann

Technische Universität Braunschweig
Institut für Statik
Prof. Dr.-Ing Dieter Dinkler

Förderdauer/Laufzeit: 2017 - 2020

Ansprechpartner: Jan-Paul Lanwer, M.Sc.

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