Dynamische Eigenschaften von Beton im Experiment und in der Simulation

Beton verhält sich unter dynamischer Belastung anders als unter statischer Belastung. Als wesentliche stoffliche Ursache hierfür werden üblicherweise innere Transporteffekte bei niedrigen Dehnraten bis ca. &egr; = 1/s angenommen. Bei höheren Dehnraten bis ca. &egr; = 300/s werden vermutlich Trägheitseffekte bei der Bildung von Rissen maßgebend. Die messtechnische Erfassung dieser Effekte und die klare Trennung von stofflichen und strukturellen Phänomenen sind Gegenstand aktueller Forschung. Eine Möglichkeit, das Verhalten von Beton bei höheren Belastungsgeschwindigkeiten zu untersuchen, bietet der Split-Hopkinson-Pressure-Bar-Versuch (SHPB-Versuch).
Nachfolgend werden Versuche für einen Normalbeton C35/45 mit Belastungen im quasi-statischen Bereich bis hin zu Lasten, die Dehnraten von bis zu &egr; = 211/s erzeugen, vorgestellt, ausgewertet und durch Simulationen abgebildet. In der Simulation wird ein Materialmodell verwendet, das auf einem um eine nicht-lokale Formulierung der Plastizität erweiterten Modell der Mikroebenen basiert. Zusätzlich wird die Massenträgheit der Struktur berücksichtigt. Es wird aufgezeigt, dass die experimentell ermittelte höhere Beanspruchbarkeit des Betons bei gesteigerten Dehnraten numerisch abgebildet werden kann.

Dynamic properties of concrete in experiment and simulation
Concrete subjected to dynamic loads behaves differently compared to static loading. As an explanation at low strain rates up to &egr; = /s, internal transport effects are assumed to be originated in the material. At higher strain rates up to &egr; = 300/s, inertial effects during the formation of cracks are postulated. The experimental identification of these phenomena and the definite separation of their substantial and structural sources are subject to current research. The split Hopkinson pressure bar experiment enables the investigation of the behaviour of concrete subjected to dynamic loading.
In the following, experiments in the range of quasi-static loading up to loads that induce strain rates until &egr; = 211/s on a standard concrete C35/45 grade are presented, evaluated and simulated. In the simulation, a material model is applied that bases on the micro-plane model extended by a non-local formulation of plasticity. Furthermore, structural inertia effects are taken into account. It is shown that the experimentally found increase in strength of the concrete at higher strain rates can be modelled by the simulation.