Einfluss baustofflicher Schädigungsprozesse auf das Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen
Dr.-Ing. Lasse Petersen
Kurzfassung
Stahlbetonbauwerke werden sowohl durch mechanische als auch durch umgebungsbedingte physikalisch-chemische Einwirkungen belastet. Diese letztgenannten Einwirkungen können baustoffliche Schädigungen hervorrufen, die bezüglich ihrer Mechanismen relativ gut erforscht sind, ihr Einfluss auf die bemessungsrelevanten Kenngrößen ist jedoch noch nicht ausreichend untersucht.
Derartige Schädigungen des Betongefüges, wie sie beispielsweise die Frost-Tau-Wechselbeanspruchung hervorrufen kann, werden in erster Linie als Probleme der Dauerhaftigkeit der Betonoberfläche angesehen. Dass sie jedoch auch Auswirkungen auf das Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen haben können, wurde in der Vergangenheit kaum berücksichtigt.
Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeiten wird die Auswirkung einer baustofflich induzierten Schädigung des Betongefüges auf das Tragverhalten von Stahlbetonkonstruktionen nachgewiesen und quantifiziert. Dabei wird exemplarisch die Frost-Tau-Wechselbelastung als Schädigungsmechanismus betrachtet, da sie eine reproduzierbare innere Schädigung hervorruft, die mittels der Verlängerung der Ultraschalllaufzeit bzw. über den Abfall des relativen dynamischen E-Moduls quantifizierbar ist.
Ziel der durchgeführten Forschungsarbeit ist es, die Basis dafür zu schaffen, neben mechanischen Schädigungen auch physikalisch-chemische Einwirkungen im Rahmen schädigungsorientierter Stoffgesetze für den Tragwerksentwurf im Stahlbetonbau erfassen zu können.
Zunächst wird die Veränderung ausgewählter Baustoffkennwerte des Betons infolge der inneren Gefügeschädigung untersucht. In weiteren Untersuchungen wird der Einfluss der inneren Schädigung auf das Verbundverhalten zwischen Stahl und Beton untersucht und hinsichtlich eines schädigungsorientierten Verbundgesetzes für Berechnungen im Stahlbetonbau aufbereitet.
Die erfassten schädigungsbedingten Veränderungen werden im Rahmen dieser Arbeit exemplarisch in ein an der University of Waterloo (Kanada) zu Forschungszwecken entwickeltes Computerprogramm zur Errechnung des Biegetragverhaltens von Stahlbetonbiegebalken implementiert. Die rechnerisch ermittelten Veränderungen des Biegetragverhaltens werden dem experimentell aufgenommenen Tragverhalten befrosteter und unbefrosteter Stahlbetonbalken gegenübergestellt, um auf diese Weise die Anwendbarkeit der formulierten schädigungsorientierten Gesetzmäßigkeiten unter Beweis zu stellen.
