Title: Fracture behavior of mass-concrete under biaxially stress
Other Titles: Fracture behavior of mass-concrete under biaxially stress
Language: Deutsch
Authors: Steller, Stephan Jörg 
Qualification level: Doctoral
Advisor: Kolbitsch, Andreas
Assisting Advisor: Tschegg, Elmar
Issue Date: 2012
Number of Pages: 132
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
In der Praxis ist es von großer Bedeutung, das tatsächliche Bruchverhalten der verwendeten Baustoffe zu kennen. Nur so ist bei Ingenieurbauwerken ein ökologisch sinnvolles, trotzdem sicheres Dimensionieren von Tragwerken möglich.
Dazu sind für alle gängigen Baustoffe Festigkeitsansätze normiert. Diese stellen die Wirklichkeit nur näherungsweise dar, da diese Festigkeiten in der Regel durch uniaxiale Belastungsversuche ermittelt werden. Die Standardversuche dazu stellen beispielsweise RILEM-Verfahren dar.
Unter üblichen Belastungen einer Konstruktion treten jedoch zumeist mindestens biaxiale, teilweise sogar multiaxiale Spannungszustände auf.
Weisen diese einge-prägten Spannungen unterschiedliche Vorzeichen auf, handelt es sich also um Druckkräfte in die eine und Zugkräfte in die andere Richtung, so können diese die Gesamtfestigkeit maßgeblich beeinflussen.
Es zeigt sich bei früheren Arbeiten über Faserbeton sowie bei im Hochbau üblichen Betonsorten das Phänomen, dass die Abnahme der Festigkeiten aufgrund äußerer Druckvorspannungen nicht unbegrenzt ist. Wird eine gewisse Vorspannung über-schritten, so steigt die erreichbare Bruchenergie wieder an. Erstmals wird in diesem Zusammenhang maximales Größtkorn von 63 mm Durchmesser, wie es beispiels-weise in Massenbeton zur Anwendung kommt, untersucht. Im Gegensatz dazu haben sich die meisten der bisherigen Arbeiten auf im Hochbau übliche Korngrößen der Zuschlagsstoffe bis 32 mm beschränkt. Biaxiale Versuche sind bisher hauptsächlich im Größenbereich bis 13 mm durchgeführt worden.
Die vorliegende Arbeit befasst sich zuerst mit bisherigen Untersuchungen zum biaxialen Bruchverhalten zementgebundener Werkstoffe und die zugrundeliegenden Versuchsmethoden. Weiters werden die notwendigen physikalischen Grundlagen zur Bruchmechanik, Rauigkeit von Oberflächen und dem Size-effect erläutert. Nach einer ausführlichen Darstellung der Keilspaltmethode nach Tschegg sind die durchgeführten Versuche inklusive Versuchsanordnung und Probenherstellung detailliert beschrieben. Im Anschluss daran erfolgt die Auswertung der Versuche, welche im letzten Kapitel mit den Ergebnissen anderer Arbeiten verglichen werden. Es zeigt sich im uniaxialen Belastungsbereich eine gute Übereinstimmung der erzielten Ergebnisse mit denen anderer Forscher. Bei Steigerung des Größtkorndurchmessers zeigen sich auch bei biaxialer Beanspruchung höhere erreichbare Werte der Bruchenergie.

It is very important to know as much as possible about the fracture behaviour of building materials which are used by engineers. If there is a high level of knowledge about the materials, structures may be planned economically without reduction of the safety of future users.
To guarantee a minimum of safe constructions every national standardization institute sets strength approaches for all common materials. But these strength approaches have a big deficiency, as the research institutes usually use uniaxial testing series to determine these approaches. So the results are reflecting the behaviour only approximately. In the sector of concrete the standard attempts are e.g.
the RILEM-procedures.
Within a construction under normal load conditions there are mostly biaxial or multi-axial stress conditions. If these biaxial stress conditions have different directions, that means a compressive stress in one and tension in the other direction, this kind of stress condition may be problematic because it may influence the overall resistancy of the material significantly.
The results of previous works on fibre reinforced concrete and usual kinds of building construction concrete show a special effect, not expected in the first moment. The decrease of the strength, described above, has a minimum. The special feature of this Doctoral Thesis is about the maximum aggregate size used of 63 mm in diameter, which is used in the sample cubes. Most of the previous works on this sector were limited to usual aggregate sizes up to 32 mm used at building constructions. Biaxial attempts mostly used aggregates up to 13 mm diameter.
First this Thesis focuses on previous investigations on biaxial fracture behaviour of cementitious materials and the experimental methods which were used. Additionally the necessary physical principles of fracture mechanics, roughness of surfaces and the size-effect will be explained.
A detailed presentation of the wedge split method according Tschegg, as well as the description of the experimental arrangement, follows. After that the results of research will be processed and interpreted. At the end a comparison between results of this work and results of other scientists will be done. New impulses and inspiration for thought for future fracture mechanics material models to depict mass concrete will be given.
Increasing the maximum grain diameters also in case of biaxial stress situation show that the values of fracture energy are also increasing.
Keywords: Bruchverhalten; Massenbeton; Keilspaltmethode; Druck-Zug-Beanspruchung; biaxial
biaxially; fracture behavior; wedge splitting test; pressure; tension
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-51432
http://hdl.handle.net/20.500.12708/8762
Library ID: AC07813277
Organisation: E206 - Institut für Hochbau und Technologie 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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