Untersuchung einer 50 Jahre alten Spannbetonbrücke zur Genauigkeitssteigerung von Lebensdauerprognosen

Beton und Stahlbetonbau

2019

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Betonstrukturen wie Verkehrsflächen oder Industrieböden sind zyklischen Beanspruchungen aus Verkehr oder Maschinenvibrationen ausgesetzt. Zur Abschätzung der Ermüdungslebensdauer dienen Wöhlerlinien, die in der Regel experimentell an Referenzprobekörpern bei einachsiger Beanspruchung konstanter Frequenz, Amplitude und Oberspannung validiert werden. Unter realen Betriebsbedingungen treten Einwirkungen jedoch häufig mehrachsig und mit variabler Lasthöhe auf, sodass die im Zeitverlauf progressiv zunehmende Materialschädigung rechnerisch zu akkumulieren ist. In der Praxis hat sich dazu die lineare Akkumulationsregel nach Palmgren‐Miner etabliert, obwohl diese bekannte Effekte aus der Belastungsreihenfolge vernachlässigt. Im Beitrag wird zunächst das Wöhlerkonzept durch Einführung einer Vergleichsspannung auf mehrachsige Spannungszustände erweitert und anschließend ein modifizierter Schädigungsakkumulationsansatz entwickelt, welcher die Auswirkungen von Be‐ und Entlastungen mehrstufiger Lastprozesse auf verbleibende Bruchlastspielzahlen berücksichtigt. Der Ansatz wird anhand von Literaturdaten verifiziert und in Form eines Bemessungshilfsmittels zur praktischen Nutzung aufbereitet. Die Anwendung ist am Beispiel demonstriert.

Section: Schädigungsakkumulation In Mehrstufigen Lastprozessenunclassified

Ermüdung von Beton bei mehrachsiger und mehrstufiger Beanspruchung

Heek

Beton und Stahlbetonbau

2019

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“…For this purpose, the Palmgren‐Miner rule, often just called Miner's rule, is well established. It introduces a nondimensional damage variable D that sums damage increments from D = 0 at an initial state to D = 1 at the calculative failure …”

Section: Accumulation Of Damage At Multistage Loadingsmentioning

confidence: 99%

Multiaxial and variable amplitude fatigue of concrete

Heek

Civil Engineering Design

2019

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Concrete structures are often exposed to cyclic loads induced by traffic or machine vibrations. To assess fatigue lifes, SN curves serve, which are usually validated by experiments. During testing, reference specimens are exposed to uniaxial and constant amplitude fatigue. However, under real operating conditions loads occur multiaxially and with alternating amplitude and frequency. Thus, the progressively increasing material damage has to be mathematically captured. In this regard, Palmgren‐Miner's linear accumulation rule is well established, although it neglects distinct sequence effects. In the article, the SN concept is first extended to multiaxial stress states by introducing an equivalent stress under the notion of isotropic damage. Then, a modified damage accumulation procedure is developed taking into account effects of loading and unloading on residual numbers of cycles to failure in multistage loading processes. The new approach is verified to experimental data taken from the literature and elaborated to a design chart. An example demonstrates the practical application.

“…Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsvorhabens wurde an einer balkenartigen Spannbetonbrücke mit näherungsweise konstantem Hohlkastenquerschnitt in Düsseldorf ein achtwöchiges Temperaturmonitoring mit sechs Temperaturmessstellen im Betonquerschnitt durchgeführt . Die Daten dienen als Verifikation numerischer Berechnungen nach dem gezeigten Schema, dann aber über 40 Jahre rückblickend aus Klimadaten des DWD, die im Internet zur Verfügung stehen .…”

Section: Numerische Berechnung Instationärer Temperaturfelderunclassified

“…B. bei Zwangsmomenten als Bestandteil der Spannglied beanspruchung (Ermüdung) für die Nachrechnung an Bestandsbrücken erhebliche Genauigkeitsgewinne erbringen. Für die Restnutzungsdauerabschätzung ist dies oft von großem Wert .…”

Section: Numerische Berechnung Instationärer Temperaturfelderunclassified

Temperaturfeldberechnung für Brücken

Sanio¹,

Beton und Stahlbetonbau

Ahrens

2017

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In statisch unbestimmten Systemen erzeugen ungleichmäßige Erwärmungen Zwangsspannungen. Für die Berechnung und Bemessung von Brücken werden diese üblicherweise durch lineare Temperaturgradienten berücksichtigt. Neben dem ver tikalen Gradienten gilt die mittlere Querschnittstemperatur als bemessungsrelevant. Gängige Regelwerke geben für beide feste Einzelwerte bzw. vereinfachte Verteilungen für die Nachrechnung vor. Diese basieren auf Untersuchungen grundlegender Bauwerkstypen, die als repräsentativ für die Gesamtheit der Brücken angesehen werden. Die daraus abgeleiteten Kennwerte erfassen daher lokale, bauwerksspezifische – und ggf. beanspruchungsmindernde – Besonderheiten, regionale klimatische Unterschiede, Beschattungssituationen sowie die Ausrichtung des Bauwerks nicht. Werden die relevanten Temperaturanteile aus einem Zeitverlauf des Temperaturfelds ermittelt, können die allgemeinen Kennwerte der Regelwerke durch bauwerksspezifische diskrete Verteilungen der Temperaturbeanspruchungen ersetzt werden. Im Beitrag wird gezeigt, wie die instationären Temperaturfelder mittels eines Tabellenkalkulationsprogramms unter Verwendung langzeitiger, lokaler Klimadaten berechnet werden können. Dazu wird die Fourier'sche Differenzialgleichung der Wärmeübertragung mit einem Finite‐Elemente‐Ansatz gelöst und um Randbedingungen der Wärmeübertragung durch äußere Einflüsse ergänzt. Besonderheiten und Eigenschaften des Verfahrens werden diskutiert und die Berechnungsergebnisse mit Messdaten eines Temperaturmonitorings an einer Spannbetonbrücke verglichen. Es zeigen sich gute Übereinstimmungen für das Temperaturfeld sowie die daraus abgeleiteten Größen wie die rechnerischen Temperaturgradienten.