Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Ultrahochleistungsfaserbetonen unter Zugschwellbeanspruchung

Abstract

Der Anstieg des Verkehrsaufkommens in den letzten Jahren, insbesondere jener im Bereich des Güterverkehrs, verursacht eine steigende Belastung für Infrastrukturbauwerke und in weiterer Folge höhere Ermüdungsbeanspruchungen für eingebaute Materialien. UHPC (Ultra High Performance Concrete) wird aufgrund seiner ausgezeichneten Dauerhaftigkeitseigenschaften undder hohen Festigkeit vermehrt als Aufbetonschicht zur Instandsetzung von Brückenbauwerken verwendet. Dies bedarf einer Neubetrachtung der derzeit in Österreich gültigen Regelwerke, da diese bis dato bei der Ermüdungsbemessung lediglich Normalbeton berücksichtigen.Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde das Ermüdungsverhalten von faserbewehrten Ultra-Hochleistungsbetonen (UHPFRC) unter Zugschwellbeanspruchung untersucht. Die betrachteten Betonrezepturen wurden im Zuge der Richtlinienerstellung für Ultra-Hochleistungsbetone von der Österreichischen Bautechnikvereinigung (ÖBV) entwickelt. Es handelt sich dabei um zwei UHPFRC-Feinkorn-Rezepturen mit unterschiedlichem Fasergehalt, unterschiedlichem Nachbruchverhalten und unterschiedlicher Zugtragfähigkeit. Diese Arbeit beinhaltet eine Literaturrecherche über den Stand der Technik des Ermüdungsverhaltens von UHPC und UHPFRC sowie die Dokumentation von Erfahrungen, Auswertungen und Analysen eines Versuchsprogramms mit UHPFRC-Probekörpern unter Zugschwellbeanspruchung.Für die Untersuchungen des Ermüdungsverhaltens von UHPFRC unter Zugschwellbeanspruchung wurden die Probekörper jeweils einem klassischen, kraftgeregelten, einstufigen und einaxialen Wöhlerversuch unterzogen. Da ein gerissener Querschnitt infolge von zwangsinduzierten Rissen(Schwindrissen) in der Praxis durchaus die Regel ist, wurden die Probekörper vor Beginn derdynamischen Versuche über die Erstrissfestigkeit hinaus vorbelastet (pre-cracking), um ein praxisnäheres Ergebnis zu erzielen. Die kraftgesteuerten Wöhlerversuche wurden mit vorgegebenen Unter- und Oberspannungen mit einer Lastwechselobergrenze von 2 · 106 Lastzyklen durchgeführt.Aus den Messdaten der Ermüdungsversuche wurden auf Grundlage statistischer Auswertungsmethoden Wöhlerlinien ermittelt. Die auftretenden Schädigungsverläufe der Probekörper während der dynamischen Versuche wurden ausgewertet und analysiert.II

The increase of traffic, especially of freight traffic, in recent years is causing a load increase on infrastructure buildings and in further consequence a greater fatigue stress for built-in materials.Because of its excellent durability properties and its high compressive and tensile strength, UHPC (Ultra High Performance Concrete) is increasingly used for the top layer of concrete carriagewayslabs in order to maintain and repair damaged bridge structures. This requires a revision of current standards and regulations, because there is no fatigue verification in these standards for concretes other than NSC (Normal Strength Concrete) yet. As part of this master thesis, the fatigue behavior of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) under cyclic tensile load was investigated. The observed concrete mixtures were developed by the Austrian Society for Construction Technology (ÖBV – Österreichische Bautechnikvereinigung) within the framework of the creation of a guideline for UHPC. Both investigated UHPFRC mixtures are fine grained concretes with different amounts of added fibers.This master thesis contains a literature search concerning the fatigue behavior of UHPC and UHPFRC as well as the documentation of experiences, evaluations and analyzes performed as part of an experimental test program with UHPFRC specimen, which should reflect the fatigue behavior of this material as well as possible. To investigate the fatigue behavior of UHPFRC under cyclic tensile load, specimens were tested in uniaxial, force-controlled and cyclicexperiments with constant amplitude. The specimens were pre-cracked before the dynamic testsin order to simulate cracked cross sections due to shrinkage. To achieve this, the specimen were preloaded with static force until the elastic limit was exceeded. The force-controlled fatigue testswere conducted with preset maximum and minimum loads as well as a load cycle limit of 2 · 106 load cycles. With the data gained from the fatigue tests, fatigue curves were calculated based on statistical analysis methods. The deformation growth curves of the specimens which had to endure dynamic load tests were analyzed.III