The crack propagation velocity as a reason for the strain rate effect of concrete: An analytical model

Mosig, Oliver; Curbach, Manfred

doi:10.1002/cend.202000018

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“…Eine weitere besondere Betoneigenschaft ist die Abhängigkeit mechanischer Kennwerte, z. B. der Festigkeit, von der Belastungsgeschwindigkeit [11][12][13][14]. Mit steigender Belastungsgeschwindigkeit -sogenannter Dehnratenimmt die Betonfestigkeit zu, wobei die Ursachen für diese Festigkeitssteigerung bisher nicht eindeutig geklärt sind.…”

unclassified

Einfluss des Wassergehalts auf die Druckfestigkeit von Beton unter hohen Dehnraten

Mosig

Beckmann

Curbach

et al. 2023

Beton und Stahlbetonbau

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In dieser Studie wurde der Einfluss verschiedener Lagerungsbedingungen auf die statische und dynamische Druckfestigkeit von drei Betonen (C20/25, C35/45 und C60/75) untersucht. Dabei wurden die Proben gezielt getrocknet und wassergesättigt und anschließend sowohl statisch als auch dynamisch geprüft. Die dynamischen Versuche wurden in einem Split‐Hopkinson‐Bar durchgeführt. Hierbei konnten je nach Betonfestigkeitsklasse Festigkeitssteigerungen von 200 bis 300 % bei Dehnraten im Bereich von 90 bis 160 1/s festgestellt werden. Im Vergleich zur Lagerung unter Umgebungsbedingungen sinkt die Druckfestigkeit durch die Trocknung aufgrund der Mikrorissbildung. Des Weiteren sinken die statischen und dynamischen Betondruckfestigkeiten von wassergesättigten Proben im Vergleich zu trockenen Proben. Dieser Abfall konnte sowohl unter statischer als auch unter dynamischer Beanspruchung beobachtet werden und ist unabhängig von der Dehnrate. Die trockenen Proben versagen explosionsartiger mit einer erhöhten Anzahl an Rissen und Bruchstücken im Vergleich zu wassergesättigten Proben. Weiterhin konnte am Beispiel zweier Fallturmversuche von einem trocken und einem wassergelagerten großformatigen Betonbauteil gezeigt werden, dass vorhandenes Porenwasser einen signifikanten Einfluss auf das Versagensbild und die Übertragung der Impaktbelastung in die Auflagerkonstruktion hat.Dieser Aufsatz wurde in ähnlicher Weise bereits in [1] veröffentlicht.

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Einfluss des Wassergehalts auf die Druckfestigkeit von Beton unter hohen Dehnraten

Mosig

Beckmann

Curbach

et al. 2023

Beton und Stahlbetonbau

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“…The difference in concrete performance between static and dynamic loading is generally considered to be due to the strain rate sensitivity of materials. In order to explain the strain rate effect of concrete, Mosi et al 74 proposed a hypothesis that at a high loading rate, the increase of external stress will be greater than the decrease in bearing cross-sectional area due to the delay of microcracks propagation, which will result in the increase in external F I G U R E 6 Boundary conditions of triaxial loading model and stress state at peak point. measurable strength.…”

Section: Evolution Mechanism Of Mechanical Performancementioning

confidence: 99%

Evolution characteristics and mechanism of concrete performance under water pressure environment: A comprehensive review

Xue

Tong

Alam

et al. 2023

Structural Concrete

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Compared with the ground service environment, the evolution of concrete performance under a water pressure service environment is quite complex with variable conditions. Because of the coupling effect of load and pressure, water has a special impact on the strength and deformation of concrete. Meanwhile, harmful ions usually react with the cement matrix as pressure water seepages into concrete, resulting in the reduction of concrete durability. Based on this, this study provides a comprehensive review of the strength, deformation, and durability of concrete under water pressure environment. It is found that microcracks in concrete tend to propagate and connect after exposure to water pressure, leading to a decrease in strength and deformation performance. The average loss rate of strength and elastic modulus increased by 12.15% and 10.97%, respectively, when water pressure increased by 1 MPa. However, the loading process of water‐confining pressure makes concrete more compact, where the static and dynamic mechanical performance can be improved. Besides, due to the enhancement of excess pore water pressure, concrete strength under a high strain rate increases by 61.79% compared to static load. The effect of water pressure increases the ability of the liquid to penetrate concrete, and corrosive ions trapped within the liquid and freeze–thaw caused by external temperature changes would further reduce the concrete durability. This study points out that static and dynamic loading characteristics and durability of concrete under multi‐factor coupling in a water pressure environment will be the future research direction. The summarized contents can provide guidance for construction and research of concrete engineering under a water pressure environment.

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“…Aufgrund der erhöhten Belastungsgeschwindigkeit (Dehnraten im Bereich von 15 bis 25 1/s) ist außerdem eine deutliche Festigkeitssteigerung gegenüber der statischen Beanspruchung ersichtlich (Dehnrateneffekt) [27–29]. Diese beträgt je nach Probenkonfiguration das Zwei‐ bis Fünffache der statischen Betonzugfestigkeit.…”

Section: Spallationsversucheunclassified

Spallationsversuche von Faserbetonprobekörpern im Split‐Hopkinson‐Bar

Mosig

Zohrabyan

Curbach

et al. 2021

Beton und Stahlbetonbau

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Auf Basis von Spallationsversuchen an faserbewehrten Betonproben im Split‐Hopkinson‐Bar wurden die dynamischen Kennwerte Elastizitätsmodul, Zugfestigkeit und Bruchenergie ermittelt. Untersucht wurden Betonproben der Festigkeitsklassen C20/25, C40/50 und C80/95 mit Stahlfasergehalten von 0 bis 2,0 Vol.‐ % sowie mit Carbon‐ und PP‐Fasern im Dehnratenbereich von etwa 15 bis 25 1/s. Die Ergebnisse zeigen eine Zunahme der dynamischen Zugfestigkeit und des dynamischen Elastizitätsmoduls des Faserbetons mit steigendem Fasergehalt. Durch die Zugabe von Fasern ist zudem eine enorme Steigerung der Bruchenergie des Faserbetons gegenüber unbewehrten Proben festzustellen, welche für den Stahlfaserbeton im Vergleich zu dem untersuchten Carbon‐ und PP‐Faserbeton höher ausfällt. Mit 1,0 Vol.‐ % Stahlfasern konnte etwa eine Verzehnfachung der Bruchenergie des Stahlfaserbetons ermittelt werden. Weiter wurde festgestellt, dass der Anteil der Einzelfaser an der Verbundtragfähigkeit des Faserbetons mit steigendem Faservolumengehalt abnimmt, da aus der schwierigeren Verarbeitbarkeit eine inhomogene Faserverteilung mit schlechteren Verbundeigenschaften resultiert.

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The crack propagation velocity as a reason for the strain rate effect of concrete: An analytical model

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Einfluss des Wassergehalts auf die Druckfestigkeit von Beton unter hohen Dehnraten

Einfluss des Wassergehalts auf die Druckfestigkeit von Beton unter hohen Dehnraten

Evolution characteristics and mechanism of concrete performance under water pressure environment: A comprehensive review

Spallationsversuche von Faserbetonprobekörpern im Split‐Hopkinson‐Bar

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