Einfluss des Massstabseffekts und der Umgebungsbedingungen auf das Kriechen und Schwinden von Beton

Abstract

Für die Planung von ökonomischen, ökologischen und ästhetischen Tragwerken ist es essentiell die Eigenschaften des Baumaterials richtig zu verstehen und ein wirklichkeitsnahes und praxistaugliches Materialmodell zu verwenden. Die meisten Modelle basieren auf kleinformatigen Laboruntersuchungen. Das Labor ermöglicht gezielt einzelne Betoneigenschaften festzustellen, wobei die individuellen Materialeigenschaften separat untersucht werden. Die Laborproben sind meist relativ klein im Vergleich zu den realen Konstruktionen und werden unter gleichbleibender Temperatur und Luftfeuchtigkeit geprüft.Werden Kriech- und Schwinduntersuchungen durchgeführt, so dauern diese in den meisten Fällen nur ein paar Monate mit einer anschließenden Extrapolation der gemessenen Ergebnisse.Trotz der doch sehr realitätsfernen Untersuchungsmethoden wird erwartet, dass die kleinen Laborproben mit einer ausreichenden Genauigkeit Rückschlüsse über die rheologischen Prozesse einer mehrfeldrigen Brücke über hundert Jahre liefern können.Zusätzlich zu den Laboruntersuchungen können Verzerrungen infolge Kriechen und Schwinden von Betontragwerken mittels Monitorüberwachung von realen Konstruktion festgestellt werden. Die korrekte Interpretation und Auswertung der gemessenen Ergebnisse sind oft sehr kompliziert, da alle Einflüsse auf die Konstruktion gleichzeitig gemessen werden.Aus diesem Grund können auch diese Messdaten nicht direkt zur Erarbeitung eines rheologischen Models verwendet werden.Eine Kooperation der Technischen Universität Wien und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) erlaubte die zwei oben beschriebenen Situationen (Labor und Monitorüberwachung) zu kombinieren und einen Versuchsaufbau zu entwickeln, der die Vorteile von beiden Konzepten in den Vordergrund stellen würde. Zur Erreichung des Projektziels wurden vier Versuchsserien mit großformatigen Betonprismen und entsprechende Vergleichsproben für Laboruntersuchungen unter Baustellenbedingungen hergestellt. Die Betonprismen wurden im Freien gelagert, vorgespannt, und mit hochgenauer Messtechnik ausgestattet. Es konnte gezeigt werden, dass dieser neuen Versuchsaufbau die realen Eigenschaften des Betons klar darstellt und genau aufzeigen kann, wie jene durch die veränderliche Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden. Ein Einklang zwischen den Messergebnissen und den Vorhersagemodellen wurde mittels einer Weiterentwicklung der bestehende Modelle des EC 1992-1-1 und MC 2010 ermöglicht.Die weiterentwickelten Modelle wurden anschließend für die Spannungsumlagerungsanalyse eines 30 m langen dünnwandigen Fertigteilträgers, der nachträglich vorgespannt und ausbetoniert wurde, angewandt. Die vorhergesagten Betonstauchungen des Versuchsträgers für einen Zeitraum von sieben Jahre befanden sich in Einklang mit den Messdaten. Die in dieser Dissertation beschriebenen Modelle wurden ebenfalls für die Spannungsumlagerungsanalyse der S7.22 Brücke über den Lahnbach, unter Berücksichtigung aller Bauphasen, eingesetzt. Die Lahnbach Brücke ist weltweit die erste Brücke, die mit der an der TU Wien neu entwickelten Brückenbaumethode, dem Brückenklappverfahren, errichtet wurde.

In order to design sustainable and economically valuable engineering and architecturalstructures out of reinforced or prestressed concrete it is necessary to create realistic and practical models for the material behaviour. The currently applied creep and shrinkage models are mainly based on results from laboratory experiments. The laboratory testing allows for a separate investigation of single material properties during the experiments. The specimens used are usually relatively small compared to the dimensions of the actual concrete structures and are examined under constant temperature and humidity. The duration of the standard creep and shrinkage tests equate to a few months with a subsequent extrapolation of the measured results.Despite the very unrealistic examination methods, it is expected that these small concrete specimens, loaded over a couple of months, can sufficiently describe the rheology of a largemulti-span bridge over a duration of hundred years.The development of concrete creep and shrinkage strains can be determined, in addition to laboratory testing, by monitoring of real bridge structures. Unfortunately, the evaluation and interpretation of the measured values is complicated, due to the different influences affectingt he measured results. For this reason, the measured values alone cannot be use for the establishing of a new rheological model.The idea of the Creep & Shrinkage project conducted by TU Wien and Karlsruhe Institute of Technology (KIT) was to combine the two described situations creating an experimental setup which would benefit from the advantages of both approaches. For the observation of the realconcrete rheological behaviour, four test series of large concrete specimens and accompanying concrete laboratory specimens were produced. The experiment setup simulates the conditions at a construction site. The large concrete specimens were equipped with an accurate measuring technique, prestressed and exposed to changing environment conditions. During the measurements many interesting phenomena were discovered, among others, the strong dependency of concrete creep and shrinkage on changing temperature and humidity conditions.In order to achieve a congruency of the measured values with those of present prediction models of the EC 1992-1-1 and MC 2010 it was necessary to upgrade these models.The upgrade and developed models were used for the evaluation of the stress redistribution ofa 30 m long thin-walled precast girder. The girder was prestressed and filled with cast in-situconcrete. The concrete strains of the prediction model show a good conformity with the measured values over a period of seven years. The prediction models described in this doctoralthesis were used for the stress redistribution analysis of the S7.22 Bridge over the Lahnbach under consideration of all construction stages. This bridge, is the first bridge ever to be erected using the novel bridge building method, the Balanced Lift Method, developed at TU Wien.