Zeit- und beanspruchungsabhängiges Tragverhalten von polymermodifiziertem Beton unter mehrfach wiederholter Beanspruchung

Heidolf, Thorsten

In der vorliegenden Arbeit werden die experimentellen Ergebnisse eigener Untersuchungen an unbewehrtem und bewehrtem polymermodifiziertem Beton unter mehrfach wiederholter Druck- und Zugbeanspruchung vorgestellt und mit den Ergebnissen ähnlicher Versuche an Normalbeton und hochfestem Beton verglichen. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem Formänderungsverhalten, der Steifigkeitsdegradation und der Energiedissipation sowie dem Kriechverhalten und der Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen gewidmet. Die beobachtete signifikante Steifigkeitsdegradation sowie der ausgeprägt nichtlineare Zusammenhang zwischen der viskosen Verformung und der elastischen Stauchung zeigen, dass bei der Analyse der Kriech¬aus¬wirkungen des polymermodifizierten Betons auf das Tragverhalten entsprechender Kon¬struktionen neben den Gebrauchslasten auch die während der Lastgeschichte aufgetretenen maximalen Beanspruchungssituationen sowie die damit verbundenen Strukturveränderungen zu berücksichtigen sind. Auf der Basis der Versuchsergebnisse und der visko-elastisch-plastischen Kontinuumsschädigungstheorie werden rheologische Modelle zur Beschreibung des zeit- und beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Betonbauteile vorgeschlagen. Die numerische Umsetzung der vorgeschlagenen Modelle erfolgt unter Berücksichtigung des zeitabhängigen Materialverhaltens des Betons auf der Basis des HAMILTON-Prinzips unter Vernachlässigung der Trägheitskräfte. Durch eine zeitliche Diskretisierung kann die Problembeschreibung auf das Prinzip von LAGRANGE vom Minimum des Gesamtpotentials zurückgeführt und als nichtlineare Optimierungsaufgabe formuliert werden. Die Simulation des beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Stahlbetonverbundquerschnitten verdeutlicht die Qualität und Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Modellbildung.

The experimental results of the investigations into polymer-modified concrete with multifariously repeated compression or tension load are introduced in the provided work and compared to similar experiments in normal- and high-strength concrete. Special attention is dedicated to the stress-strain relation, the degradation of stiffness and the dissipation of energy as well as the non-linear long-term behaviour and tension-stiffening. Stiffness degradation and non-linear creep of polymer-modified concrete show that maximum strain situations have to be taken into consideration of the behaviour analysis of concrete structures under long-term loading. Based on experimental results and the theory of visco-elastic-plastic continuum damage, rheological models are suggested for the description of the time- and damage-dependent behaviour of reinforced concrete. The numerical concept is based on the HAMILTON-principle. Using time discretisation, mechanical modelling simplifies and can be described as a LAGRANGE-principle concerning minimum of total potential energy. The problem is solved by non-linear optimisation. The efficiency of the suggested model was proven for reinforced concrete cross sections by numerical simulation.

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