Jiabin Li
Development and validation of a new material model for concrete on the basis of microplane theory
Monographic series TU Graz - Schriftenreihe des Instituts für Betonbau -SIB-, Band 2
2012, 165 p.,
Verlag d. Technischen Universität Graz

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Beton, Stahlbeton und Stahl-Beton-Verbundbauten werden in modernen Bauwerken vielfältig eingesetzt, wie zum Beispiel im Wohn- und Industriebau, sowie im Brückenbau, etc. Die Produktion der für die Errichtung von Stahlbeton und Verbundbauten benötigten Materialien, besonders Zement, sowie Bau- bzw. Bewehrungsstahl, entfällt auf einen Großteil des Primärenergieverbrauchs, sowie der CO2 Emissionen im Bausektor. Eine Reduktion des Materialverbrauchs dieser Bauwerke würde demzufolge stark positive Auswirkungen auf die Erschöpfung der globalen Ressourcen und die Klimaerwärmung zur Folge haben. Die Bemessung nach dem Stand der Technik ist sehr konservativ und resultiert oftmals in unnötigem Materialverbrauch. Durch den Einsatz nichtlinearer Berechnungsmethoden kann unnötiger Ressourcen- und Energieverlust vermieden werden. Ein wirtschaftlicher und nachhaltiger Einsatz in der Bauwirtschaft wird ermöglicht. Um das Tragverhalten von Stahlbeton- und Verbundtragwerken mithilfe der nichtlinearen FE-Simulation realitätsnah erfassen zu können, d.h. um Tragreserven auszuschöpfen, neue nachhaltige Bauweisen zu finden und außergewöhnliche Beanspruchungen zu bewältigen, sind entsprechende Materialmodelle für Beton zwingend vorauszusetzen. Die heterogene Struktur von Beton in allen Skalen führt insbesondere in Grenzbereichen zu einer Reihe spezieller Eigenschaften - belastungsinduzierte Anisotropie, Dilatanz, Entfestigung, Lokalisierung, Schädigung kombiniert mit Plastizität für die bisher jedoch keine umfassenden Materialgesetze vorliegen. In dieser Arbeit wurde ein solches Materialmodell für Beton entwickelt, mit dem das komplexe nichtlineare Verhalten von Beton besser beschrieben werden kann. Durch das neue Materialmodell wird der Stand der Technik im Bereich der nichtlinearen FE-Berechnung von Stahlbetonbauteilen und Verbundbauteilen erweitert, um in Zukunft eine wirtschaftliche und nachhaltige Bauteilbemessung zu erzielen.

Andre Glaubitt
Optimiertes Vorhersagemodell zur Ermittlung der dynamischen elastischen Konstanten von Beton mittels gesicherter Ultraschallmesstechnik
Berichte aus dem Bauwesen
2008, 131 S.,
Shaker

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Die ersten Vorhersagemodelle zur Bestimmung der elastischen Eigenschaften von Beton entstanden in den 1930er Jahren. Im Laufe der Zeit wurden die Vorhersagemodelle basierend auf Erkenntnissen in anderen Bereichen der Wissenschaft häufig verändert. Eine Anwendbarkeit der vorhandenen Vorhersagemodelle zur Bestimmung der dynamischen elastischen Konstanten von Beton mittels Ultraschallmessverfahren war bisher nicht möglich, da die eingesetzte Messtechnik nicht exakt genug war. Zentrales Ziel dieser Arbeit ist daher die vorhandenen, aber bisher nicht anwendbaren Vorhersagemodelle zur Bestimmung der dynamischen elastischen Eigenschaften von Beton aus den dynamischen elastischen Eigenschaften seiner Bestandteile Zementstein und Zuschlag/Gesteinskörnung zu überprüfen und zu optimieren und damit auch einer praktischen Nutzung zuzuführen. Ein solches optimiertes Modell wäre dann nämlich sogar in der Lage, umgekehrt aus den dynamischen elastischen Eigenschaften eines Betonprobekörpers und denen seines Zementsteins erstmals die dynamischen elastischen Eigenschaften auch eines Korngemisches zu ermitteln. Derartige Kenntnisse ließen sich für die zielgerichtete Entwicklung aller Baustoffe einsetzen, in denen Korngemische ein wesentlicher Bestandteil sind.

Holger Hamfler
Berechnung von Temperatur-, Feuchte- und Verschiebungsfeldern in erhaerteden Betonbauteilen nach der Methode der finiten Elemente
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 395
1988, 159 S.,
Beuth

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Während der Hydratationsphase werden die Materialeigenschaften und Beanspruchungen des Betons maßgeblich von der Temperatur und dem Feuchtehaushalt eines Bauteils beeinflußt. Zwang- und Eigenspannungen entstehen durch die äußere Behinderung bzw. einen über den Bauteilquerschnitt ungleichförmigen Verlauf der Volumendehnungen aus Temperatur- und Feuchteänderungen, die bei der Hydratationswärmeentwicklung, Abkühlung und Austrocknung des Betons auftreten. Zur Untersuchung der Rißgefährdung verformungsbehinderter Stahlbetonbauteile wurde ein Programmsystem auf der Grundlage der Methode der finiten Elemente zur Ermittlung der Temperatur- und Feuchtefelder sowie der daraus resultierenden zeitabhängigen Verformungen und Beanspruchungen des erhärtenden Betons entwickelt, das die unterschiedlichen, miteinander gekoppelten thermischen, hygrischen und mechanischen Vorgänge während der Hydratationsphase erfaßt. (-y-)

Harald Budelmann
Zum Einfluss erhoehter Temperatur auf Festigkeit und Verformung von Beton mit unterschiedlichen Feuchtegehalten
Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der Technischen Universität Braunschweig
1987, VI,215 S.,
Technische Uni Braunschweig Inst. f. Baustoffe

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Im Zuge der Entwicklung von Spannbeton-Reaktordruckbehaeltern wurde der Einfluss erhoehter Temperatur auf die Betoneigenschaften fuer die Grenzsituationen der Betonfeuchte, gesaettigt bzw. versiegelt und trocken, die i.w. fuer massige Bauteile zutreffen, intensiv studiert. Hingegen ist der Kenntnisstand fuer vergleichsweise feingliedrige Bauteile anderer Bauwerke der Energietechnik gering. Der ueberwiegende Querschnittsbereich derartiger Bauteile korrespondiert, aktiviert durch erhoehte Temperatur, mit der Umgebungsluft. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss der Betonfeuchte auf Festigkeit und Verformung von Beton unter der Einwirkung erhoehter Temperatur bis ca. 100 Grad C. Die klimatischen und geometrischen Parameter werden so modelliert, dass sie zur Erschliessung des Feuchtebereiches zwischen den genannten Grenzsituationen geeignet sind. (-z-)

Konrad Hinrichsmeyer
Strukturorientierte Analyse und Modellbeschreibung der thermischen Schaedigung von Beton
Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der Technischen Universität Braunschweig
1987, II,162 S.,
Technische Uni Braunschweig Inst. f. Baustoffe

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Fuer die Erforschung des Verhaltens von Beton unter Brandbeanspruchung werden neben den mechanischen Kennwerten wie Festigkeit, Elastizitaetsmodul, Bruchstauchung und Kriechen auch die im Koerper auftretenden physikalischen und chemischen Reaktionen studiert, um das thermische Verhalten des Baustoffs grundlegend zu verstehen. Mit Hilfe von Modellen, die den strukturellen Aufbau des Werkstoffs idealisiert wiedergeben, wird versucht, ueber rein phaenomenologische Zuordnungen hinaus, direkte Verknuepfungen zwischen physikalischen und chemischen Reaktionen und bestimmten Veraenderungen der mechanischen Eigenschaften herzustellen. Bisher entwickelte Modelle geben das Verhalten des Betons jedoch nur unzureichend wieder, weil meist alle mechanischen Phaenomene allein aus dem Verhalten des Bindemittels abgeleitet wurden oder die Verbundeigenschaften in den Vordergrund gestellt wurden, ohne physikalische oder chemische Veraenderungen in den Komponenten zu beruecksichtigen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Betonstruktur nach thermischen Belastungen zu analysieren, und, auf den Ergebnissen aufbauend, die temperaturbedingten Veraenderungen der mechanischen Eigenschaften zu beschreiben. (-z-)

Karl-Christian Thienel
Festigkeit und Verformung von Beton bei hoher Temperatur und biaxialer Beanspruchung - Versuche und Modellbildung
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 437
1994, 126 S.,
Beuth

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Die Arbeit gibt einen Überblick des derzeitigen Kenntnisstands zum mechanischen Betonverhalten bei erhöhter Temperatur vor dem Hintergrund verschiedener Material- und Umgebungseinflüsse. Neben dem Festigkeits- und Verformungsverhalten in isothermischen Bruchversuchen werden anisothermische Kriech- und Zwängungsversuche ausführlich behandelt. Das eigene Versuchsprogramm wird dargestellt und die verwendete Prüftechnik beschrieben. Die nachfolgende Auswertung umfaßt Ergebnisse zur Hochtemperaturfestigkeit und zum Verformungsverhalten unter ein- und biaxialer Druck- und Zugbeanspruchung. Hinzu kommen Ergebnisse aus anisothermischen Kriech- und Zwängungsversuchen unter ein- und biaxialer Beanspruchung. Die Auswertung zeigt, daß Festigkeit und Verformung bei erhöhter Temperatur von der sich entwickelnden Rißstruktur abhängen und diese selbst wieder nachhaltig von den betontechnologischen und den mechanischen Parametern beeinflußt wird. Die Resultate werden auf der Grundlage der chemisch-physikalisch bedingten Veränderungen der Poren- und Rißstruktur diskutiert und den maßgebenden Mechanismen zugewiesen. Ausgehend von vorhandenen Festigkeits- und Verformungsmodellen bei Raumtemperatur werden im letzten Abschnitt diese Modelle dahingehend erweitert, daß es mit einfachen Versuchen möglich wird, das Betonverhalten bei erhöhten Temperaturen und mehraxialer Belastung in geeigneter Weise zu erfassen.

Herbert Duda
Bruchmechanisches Verhalten von Beton unter monotoner und zyklischer Zugbeanspruchung
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 419
1991, 60 S.,
Beuth

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Ein neu entwickeltes rheologisches Werkstoffmodell wird vorgestellt. Es ermöglicht eine realistische Beschreibung des komplexen Verhaltens von Beton unter monotoner und zyklischer Zugbeanspruchung. Das Modell ist aus rheologischen Elementen aufgebaut. Die Enveloppe und die Hystereseschleifen bei allen Arten von zyklischer Beanspruchung werden mit dem selben Modell beschrieben. Die Numerik des Modells ist sehr einfach und kann deshalb leicht im Zusammenhang mit Finite-Element Programmen verwendet werden. Mit den eigenen Versuchen (4-Punkt Biegeversuche) wurde der Einfluß des Größtkorndurchmessers auf die sigma-w-Beziehung erforscht. Die gewählten Größtkorndurchmesser waren 8, 16 und 32 mm. Die anderen Parameter des Betons wurden so weit wie möglich konstant gehalten. Es ergaben sich sehr signifikante und wenig streuende Ergebnisse. Die Bruchenergie, d.h. die Fläche unter der sigma-w-Beziehung wächst mit dem Größtkorndurchmesser. Der Zuwachs rührt vor allem von der ausgeprägteren Tragwirkung bei größeren Rißbreiten. Das rheologische Werkstoffmodell wurde zur Berechnung der Biegezugfestigkeit in Abhängigkeit der sigma-w-Beziehung, der Bauteilhöhe und der Exzentrizität der Belastung verwendet. Es konnte nachgewiesen werden, daß der Zuwachs an Biegezugfestigkeit, gegenüber der zentrischen Zugfestigkeit - der Maßstabeffekt - nicht nur von der Bauteilhöhe, sondern gleicherweise auch von anderen Einflußgrößen abhängig ist. (-y-)

Deutscher Ausschuß für Stahlbeton. Heft 408
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 408
Enthält: K.Schäfer, G.Schelling und T.Kuchler: Druck und Querzug in bewehrten Betonelementen. F.S.Rostasy und E.H.Hanisch: Altersabhängige Beziehung zwischen der Druck- und Zugfestigkeit von Beton im Bauwerk -Bauwerkszugfestigkeit-.
1990, 166 S.,
Beuth

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Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, Heft 403
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 403
Enthält: Wilhelm Manns, Bernd Neubert: Wassergehalt von Beton bei Temperaturen von 100 Grad Celsius bis 500 Grad Celsius im Bereich des Wasserdampfpartialdruckes von 0 bis 5,0 MPa. Ulrich Schneider, Hans-Joachim Herbst: Permeabilität und Porosität von Beton bei hohen Temperaturen.
1989, 52 S.,
Beuth

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Harald Budelmann
Verhalten von Beton bei mäßig erhöhten Betriebstemperaturen
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 404
1989, 116 S.,
Beuth

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Die Arbeit geht den Veränderungen der Betoneigenschaften infolge der Einwirkung betriebsbedingt erhöhter Temperatur auf Bauteile in Bauwerken der Energietechnik nach, die gegenüber den massiven Bauteilen von Reaktordruckbehältern feingliedrig sind. Die Temperatur und Feuchte sind dann vorwiegend orts- und zeitabhängig veränderlich. Eingangs werden die Grundlagen der Bindung und des Transports von Wasser im Betonporenraum sowie die Feuchtebedingungen in Betonbauteilen bei erhöhter Temperatur dargestellt. Es folgt eine Übersicht über den Erkenntnisstand zum Einfluß erhöhter Temperatur bis ca. 100 Grad C auf die Betoneigenschaften unter besonderer Berücksichtigung des Kriechens. In experimentellen und theoretischen Untersuchungen geht die Arbeit dem Einfluß der Betonfeuchte auf die Festigkeit und Verformung von Beton unter der Einwirkung erhöhter Temperatur nach. Es werden die Druckfestigkeit, die Spaltzugfestigkeit, die Temperaturdehnung sowie das Kurzzeit- und Langzeitverformungsverhalten unterschiedlicher Betone bestimmt, wobei die klimatischen und geometrischen Parameter so modelliert werden, daß sie zur Erschließung des Feuchtebereichs zwischen den für Reaktorbauteile relevanten Grenzfeuchtesituationen "versiegelt" und "trocken" geeignet sind. (-y-)