Spannungsumlagerungen bei ermüdungsbeanspruchten Spannbetonbalken im numerischen Modell und Versuch

Mithilfe eines Resonanzprüfstands werden vorgespannte Betonbalken bis in den Very-High-Cycle-Fatigue Bereich auf Ermüdung beansprucht. Es werden großformatige Probekörper untersucht, sodass im Vergleich zu üblichen Probekörpergrößen Effekte wie lokale Steifigkeitsänderungen und Spannungsumlagerungen abgebildet werden können, die einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer von Beton haben. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden hinsichtlich der Dehnungs- und Steifigkeitsänderung ausgewertet und anschließend mit numerischen Berechnungen verglichen. Das verwendete numerische Modell ist ein in einem kommerziellen Finite-Elemente-Programm implementierter Algorithmus, der in der Lage ist, Steifigkeitsverluste infolge Ermüdungsbeanspruchungen abzubilden und somit auch Spannungsumlagerungen darzustellen, die messtechnisch in den Versuchen nicht erfassbar sind. Die Ergebnisse zeigen eine kontinuierliche Schädigungsentwicklung mit einem dreiphasigen Verlauf, infolgedessen es zu Spannungsumlagerungen von den stärker beanspruchten Querschnittsrändern ins Balkeninnere und somit zu einer Verlängerung der Bauteillebensdauer kommt.

Stress redistributions in fatigue loaded prestressed concrete beams in a numerical model and experiment
Prestressed concrete beams are subjected to fatigue loading into the very-high-cycle fatigue range using a resonant fatigue testing facility. Contrary to common cylindrical specimen scales large scale beam specimens are tested and allow reproducing effects such as local stiffness degradation and stress redistributions from external to internal fibres which have a positive effect on the lifetime of concrete structures. The results are investigated regarding strain and stiffness development and compared to numerical simulations. The numerical model is an algorithm implemented into a commercial finite element software and is able to describe stiffness degradation due to fatigue loading. This allows the simulation of stress redistributions which cannot be measured in the tests. The results show a continuously progressing damage with a three-phase course. As a consequence stress redistributions from higher loaded edges into the inner fibres of the cross section occur which increases the lifetime of the structure.