Institut für Massivbau TU Dresden
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„WENN ICH DIE MENSCHEN GEFRAGT HÄTTE, WAS SIE WOLLEN, HÄTTEN SIE GESAGT: SCHNELLERE PFERDE.“ Henry Ford 4 Foto: Sven Hofmann 5
INHALT | CONTENTS Inkrementell und Disruptiv����������������������������������������������������������������������������������������� 11 Von der Stütze zur Decke From the column to the ceiling slab������������������������������������������������������������������������50 FORSCHUNG Ressourcensparendes Deckenbauteil aus Carbonbeton RESEARCH............................................................................................. 12 Economically ceiling element made of carbon concrete�����������������������������������������52 Forschung am IMB Maschinell hergestelltes Schlaufentextil Research at IMB������������������������������������������������������������������������������������������������������14 Machine manufactured loop textiles�����������������������������������������������������������������������54 Willy Gehler – Stahlbetonpionier auf Abwegen Textilbeton unter Druck Willy Gehler – on the tracks of a RC pioneer�����������������������������������������������������������16 TRC under compression������������������������������������������������������������������������������������������56 In eisigen Tiefen – Beton für die Meeresforschung autartec ® – Zeit, ins Wasser zu gehen! In icy depths – concrete for marine research ���������������������������������������������������������18 autartec® – Let’s go swimming�������������������������������������������������������������������������������58 Mit Fasern die Anisotropie entdecken Einbauteile für Carbonbeton Discover anisotropy with fibres�������������������������������������������������������������������������������20 Built-in parts for carbon reinforced concrete�����������������������������������������������������������60 Lastinduzierte Erwärmung von UHPC Vorbereitung eines Regelwerks zum Bauen mit Carbonbeton Load-induced increase of temperature in UHPC�����������������������������������������������������22 Preparation a standard for building with carbon concrete���������������������������������������62 Beton schnell belastet Über den Verbund von Carbonstäben mit Beton Concrete quickly loaded������������������������������������������������������������������������������������������24 About the bond among carbon rods and concrete��������������������������������������������������64 Wellen im Beton Abbrechen kommt vor dem Bauen Waves in concrete���������������������������������������������������������������������������������������������������26 Demolition first, building second�����������������������������������������������������������������������������66 Diskrete-Elemente-Simulation von Betonversagen Wie lange hält Carbonbeton? Discrete element simulation of concrete failure������������������������������������������������������28 Long live carbon concrete!��������������������������������������������������������������������������������������68 Ein Effekt, der keiner sein soll – und der Mann mit den zwei Uhren Was passiert, wenn es brennt? The strain rate effect – strain, stress or just inertia?������������������������������������������������30 What happens when it burns?���������������������������������������������������������������������������������70 Verbundmodellierung bei Impakt Allgemeingültige Verstärkungskonzepte Bond model for impact loading�������������������������������������������������������������������������������32 General reinforcement concepts�����������������������������������������������������������������������������72 Verbund unter Impakt Qualitätssicherung von Carbonbeton Bond under impact��������������������������������������������������������������������������������������������������34 Quality assurance of carbon concrete���������������������������������������������������������������������74 Impaktversuche in der dritten Runde Carbonzugglieder – die Spannung steigt Impact tests in the third round��������������������������������������������������������������������������������36 Compact anchors for carbon tendons���������������������������������������������������������������������76 Einschlägige Verbundmodelle Neue Haut für beschädigte Betonfahrbahnen Bond modeling for impact load�������������������������������������������������������������������������������38 A new skin for damaged concrete roadways ���������������������������������������������������������78 Durchschlagende Versuche mit Textilbeton Carbonbetonhaus CUBE – gestartet Penetrating experiments with TRC��������������������������������������������������������������������������40 C³ tech demo house CUBE – started����������������������������������������������������������������������80 Stöße abfangen mal anders Stopping impact loads���������������������������������������������������������������������������������������������42 DAS C3-PROJEKT Von der Natur inspirierte stoßfeste Tragstrukturen Bio-inspired impact-resistant structures����������������������������������������������������������������� 44 THE C3 PROJECT.................................................................................... 82 Verbund bei hohen Lastwechselzahlen Das C 3 -Projekt – die Vorhaben 2017 Bond under high cyclic loading��������������������������������������������������������������������������������46 The project C³ – all projects until 2017��������������������������������������������������������������������84 Leichte(R) Stützen Das C 3 -Projekt in der Öffentlichkeit Columns Light���������������������������������������������������������������������������������������������������������48 The C³ project in public�������������������������������������������������������������������������������������������88 6 7
INHALT | CONTENTS LEHRE DAS INSTITUT........................................................................................ 148 TEACHING.............................................................................................. 98 Das Lebenserhaltende ist die Vielfalt.��������������������������������������������������������������������� 150 Lehrveranstaltungen des Instituts für Massivbau Lectures at the Institute of concrete structures��������������������������������������������������� 100 Dresdner Brückenbausymposium 2017������������������������������������������������������������������ 151 Projektarbeiten | Project works�������������������������������������������������������������������������������� 106 Treffen der Forscher*innen des SPP 1542 in Meisdorf������������������������������������������ 153 Diplom- und Bachelorarbeiten Projekttag – Vorsicht: Hochspannung!�������������������������������������������������������������������� 154 Master’s Thesis��������������������������������������������������������������������������������������������������������112 Lange Nacht voller Wissensdurst���������������������������������������������������������������������������� 155 Master‘s thesis 2016/17�������������������������������������������������������������������������������������������118 Lauffreudige Bauingenieure bei der REWE Team Challenge���������������������������������� 156 Brückenexkursion 2017 – Brückenvielfalt rund um die Ostsee������������������������������� 122 SPP 1542 auf der IASS 2017 in Hamburg��������������������������������������������������������������� 156 Schülerpraktikum MANOS 2017����������������������������������������������������������������������������� 124 Klein, aber fein��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 157 Wissenschaftliche Projektarbeit MANOS��������������������������������������������������������������� 125 Die 9. Carbon- und Textilbetontage in Dresden – ein voller Erfolg!������������������������ 158 Carbonbeton zieht ein in das Deutsche Museum München����������������������������������� 160 Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier zu Besuch am Institut�������������������������� 161 OTTO-MOHR-LABORATORIUM Festkolloquium zum 80. Geburtstag von Prof. Jürgen Stritzke������������������������������� 162 OTTO MOHR LABORATORY.................................................................. 126 Auf den Spuren von PRAKTIKA und Co. Testen auf höchstem Niveau … eine etwas andere Weihnachtssfeier����������������������������������������������������������������� 163 Testing at the highest level����������������������������������������������������������������������������������� 128 Promotionen������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 164 Leistungen Softwaresystem zur Planungsunterstützung im Straßenbrückenbau Services���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 130 Software system to support the planning process of road bridges��������������������� 164 Ausstattung Einsatz von UHPC-Druckgehäusen zum Schutz vor extremen Equipment������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 132 Umgebungsbedingungen der Tiefsee Universalprüfmaschine 2500 kN statisch / 500 kN dynamisch Use of UHPC pressure housings to protect against extreme environmental Universal testing machine 2500 kN static / 500 kN dynamic ������������������������������ 136 conditions of the deep sea����������������������������������������������������������������������������������� 166 Tragwerksuntersuchungen im Beyer-Bau Verbundmodellierung von Beton- und Spannstahl unter Querzug The ‘Beyer-Bau‘ in the test ���������������������������������������������������������������������������������� 138 Modelling of the bond behaviour of reinforcing and prestressing steel Materialtest bei einer Hyparschale under transverse tension�������������������������������������������������������������������������������������� 168 Material test at a hypar shell�������������������������������������������������������������������������������� 140 Untersuchung des Verbundverhaltens von Stahlstäben in Beton Textile Bewehrung in der Lagerfuge von Mauerwerk bei hohen Belastungsraten Textile reinforcement for masonry horizontal joints ��������������������������������������������� 142 Investigating of the bond behaviour of steel bars in concrete (Probe-)Bühne frei? under high loading rates��������������������������������������������������������������������������������������� 170 (Rehearsal) Stage free? ��������������������������������������������������������������������������������������� 144 Das Institut in Zahlen und Fakten���������������������������������������������������������������������������� 172 Ein Wald aus Carbonbeton Preise und Ehrungen����������������������������������������������������������������������������������������������� 182 A carbon concrete forest ������������������������������������������������������������������������������������� 146 Publikationen����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 184 Team 2017��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 190 Dank an unsere Förderer����������������������������������������������������������������������������������������� 191 Beton meets Kultur������������������������������������������������������������������������������������������������� 192 Impressum............................................................................................................... 193 8 9
VORWORT Institut für Massivbau | TU Dresden INKREMENTELL UND DISRUPTIV Seit einiger Zeit gibt es in der europäischen Karl Marx hat in seinen Thesen über Feuer- und deutschen Forschungslandschaft zwei bach als 11. These geschrieben: „Die Philo- neue Begriffe: inkrementelle Innovation und sophen haben die Welt nur verschieden inter- disruptive Innovation. pretiert; es kommt aber darauf an, sie zu ver- ändern.“ Während Marx damals Klassen- Während unter inkrementellen Innovationen unterschiede und Eigentumsverhältnisse im solche verstanden werden, die eine vorhan- Blick hatte, könnte das Verlangen nach Verän- dene Situation in kleinen Schritten verändern derung heute wesentlich breiter und allgemei- und deren Erforschung und Entwicklung nach ner Anwendung finden: Ressourcenverbrauch, Meinung zahlreicher Beobachter in gewissen CO2 -Ausstoß, Wirtschaftskreislauf und Wa- Grenzen plan- und steuerbar sind, gehören die renströme, Definition von Wertschöpfung, etc. disruptiven Innovationen zu den offensichtlich Hinzu kommen Fragen zu Wohnen und Arbei- nicht planbaren Forschungs- und Entwick- ten, Mobilität und medizinischer Versorgung. lungsarbeiten. Sie bringen eine ganz neue Das menschliche Leben und die Vielfalt der Qualität hervor. Wie das Zitat auf Seite 5 Natur auf dieser Erde sind gefährdet. Wir Wis- in vereinfachender, deswegen aber nicht senschaftler*innen und Forscher*innen sind falscher Art und Weise zeigt, braucht es krea- gefordert, durch unsere Arbeit, unsere Gedan- tive Geister, um aus dem Gewohnten auszu- ken und Erfindungen ein Mosaiksteinchen zur brechen und das Ungewohnte oder gänzlich Lösung dieser großen Aufgaben beizutragen. Neue zu denken. Um disruptive Innovationen für diese Aufgabe Nun wird trotz der Unplanbarkeit der so ge- zu ermöglichen, braucht es kreative Menschen nannten disruptiven Innovationen gefragt, wie in einer freien Forschungslandschaft. Diese im viele dieser Innovationen eine Gesellschaft Ansatz zu bieten – oder wenigstens den Ver- benötigt oder gar verträgt. Dabei wird unter- such zu unternehmen, diese Freiheit zu schaf- schwellig suggeriert, dass es eine obere fen – und damit gute Arbeitsbedingungen für Grenze geben könnte. kreative Forscher*innen zu organisieren, ist das Grundinteresse am Institut für Massivbau. Angesichts der auf dieser Erde existierenden Herausforderungen wie die Begrenzung des Wir danken an dieser Stelle allen Mitarbeiterin- CO2 -Ausstoßes oder die Bewältigung der nen und Mitarbeitern des Instituts für ihre Ide- Folgen der Bevölkerungsentwicklung, um nur en und ihr Engagement. Unser Dank gilt auch zwei zu nennen, scheint es eher eine Unter- allen Kolleginnen und Kollegen anderer Wis- grenze zu geben, denn wenn wir nicht schnell senschaftseinrichtungen und der Unterneh- Antworten auf die drängenden Fragen finden, men, mit denen wir eng zusammenarbeiten. könnte es in nicht allzu ferner Zukunft für wei- tere Ideen und Innovationen zu spät sein. Viel Freude beim Lesen unseres Jahresberichts 2017. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe 10 Prof. Manfred Curbach (r.) und Prof. Ulrich Häußler-Combe vom Institut für Massivbau, TU Dresden | Foto: Sven Hofmann 11
FORSCHUNG RESEARCH 12 Bruchlastest einer 5 Meter langen carbonbewehrten Pi-Platte (Forschungsvorhaben V1.5) | Foto: Sven Hofmann 13
FORSCHUNG | RESEARCH Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden FORSCHUNG AM IMB narien vom statischen Standard-Kurzzeitver- such über Dauerversuche bis zum Impakt, mit different reinforcements, with the influence of different load scenarios – from static standard- optimierten Bauweisen für den Neubau und ized short-term test to long term tests to impact RESEARCH AT IMB alternativen Methoden zum Erhalt des Beste- – on the load bearing capacity, with optimized henden. construction methods for new buildings and alternative methods for maintaining the existing. Unsere aktuellen Projekte können folgen- Das Institut für Massivbau (IMB) ist eines von The Institute of Concrete Structures (in short: den Forschungsschwerpunkten zugeordnet Our current projects can be grouped into the elf Instituten an der Fakultät Bauingenieurwe- IMB) is one of eleven institutes at the Faculty of werden: following research areas: sen der Technischen Universität Dresden. Am Civil Engineering at the Technische Universität IMB wird in fünf Forschergruppen zu verschie- Dresden. At the IMB, research is being carried Eigenschaften von Betonen verschiedenster Properties of concretes of various densten Themen rund um das Bauen mit Be- out in five research groups on various topics Zusammensetzung, composition, ton geforscht. Die Bandbreite reicht von der relating to building with concrete. The range Verbund zwischen Bewehrung und Matrix, Bond between reinforcement and matrix, Modellierung des Zusammenwirkens einzelner extends from the modelling of the interaction Spezielle Belastungsszenarien wie Impakt- Special stress scenarios such as impact and Teilchen bis zur experimentellen Untersuchung of individual particles to the experimental und mehraxiale Beanspruchungen bei multi-axial stresses in material and von ganzen Bauteilen. Wir beschäftigen uns investigation of whole structural components. Material- und Bauteilversuchen, component tests, mit speziellen Materialeigenschaften von Be- We deal with special material properties of Simulation mit DEM und FEM, Erarbeitung Simulation with DEM and FEM, development ton, dessen Verbund zum Bewehrungsstahl, various concretes from light-weight to ultra-high von Stoffgesetzen und Bemessungs- of constitutive laws and design procedures, mit dem Einfluss unterschiedlichster Lastsze- performance, the combination of concrete with verfahren, Textile reinforcements – mainly made of Textile Bewehrungen – vor allem aus carbon fibres – for strengthening of existing Carbonfasern – für Verstärkung und Neubau, structures and for new constructions, In-situ-Belastungsversuche und Langzeit- In-situ load bearing tests and long-term überwachung von Bauwerken, monitoring of structures, Sonstige Forschungsthemen. Other research topics. Neben der reinen Grundlagenforschung neh- In addition to pure basic research, joint projects men gemeinsame Projekte mit Praxispartnern with industrial partners are of great importance einen hohen Stellenwert ein, denn dies ist die as this is the best method to transfer research beste Methode, Forschungsergebnisse in die results into the building practice. Furthermore, Baupraxis zu überführen. Auch der gegenseiti- mutual scientific exchange with researchers ge wissenschaftliche Austausch mit Forschern from other universities and research institutes is anderer Universitäten und Forschungseinrich- also of great importance. Joint meetings and dis- tungen hat große Bedeutung. Gemeinsame cussions, for example, within the framework of Veranstaltungen und Gespräche bspw. im the Priority Programmes SPP 1542 or SPP 2020 Rahmen der Treffen der Schwerpunktprogram- and of the Research Training Group GRK 2250, me SPP 1542 und SPP 2020, im DFG-Gra- in the various collaborative research projects duiertenkolleg GRK 2250, in den verschiede- within the Twenty20 project C3, the ROBEX nen Verbundvorhaben im Zwanzig20-Projekt alliance, or, e.g., the committees work on the C 3, im Forschungsverbund ROBEX oder bei new edition of the DAfStb booklets 220/240, der Gremienarbeit bspw. zur Neuauflage der the subcommittee on UHPC or in the frame of DAfStb-Hefte 220/240, im Unterausschuss Ul- the fib TG ‘History of Concrete Structures’ are trahochfester Beton oder in der fib task group profitable for all participants and a pool of ideas „History of Concrete Structures“ sind für alle for new joint projects. Teilnehmer*innen gewinnbringend und Ideen- pool für neue, gemeinsame Vorhaben gleicher- maßen. Einrichtung eines Versuchs zur Druckuntersuchung von Carbonbeton | Preparing a compression test on a carbon reinforced concrete cube Photo: Sven Hofmann 14 15
FORSCHUNG | RESEARCH Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden eröffnet, die im Rahmen der Zusammenarbeit with the Chair for Technology and History of mit dem Lehrstuhl für Technik- und Technikwis- Science of Technology, as a part of a practical senschaftsgeschichte in einem studentischen seminar with students. An accompanying Praxisseminar umgesetzt wurde. Ergänzt wird brochure, which is also available online, is meant die Ausstellung durch eine Begleitbroschüre, die to provide information about the exhibition and auch online einsehbar ist. Die Ausstellung steht findings. The exhibition will remain at TU Dresden noch bis März 2018 den Besuchern offen, ehe sie until March 2018. Afterwards, the exhibition will im Anschluss an der BTU Cottbus-Senftenberg be moved to the BTU Cottbus-Senftenberg. zu sehen sein wird. The complexity of Gehler’s personality and the in- Die Komplexität der Persönlichkeit Gehlers war herent conflict between industry, administration, Schwerpunkt einer Präsentation auf der Jahresta- and science was the main focus of a presentation gung der Gesellschaft für Bautechnikgeschichte, at the annual conference of the Association of in der Gehler als ein Wandler zwischen Industrie, Building History. From the industry’s perspective, Verwaltung und Wissenschaft beschrieben wird. his practical work in the concrete building compa- So ist aus der Perspektive der Industrie vor allem ny ‘Dyckerhoff & Widmann‘ which was inspiring seine praktische Tätigkeit beim damals aufstre- back then, is particularly worth mentioning. He benden Betonbauunternehmen Dyckerhoff & Wid- represented the government, from an adminis- mann zu nennen. Die Perspektive der Verwaltung trative perspective, during his career years at the Ausstellungseröffnung in der Bereichsbibliothek DrePunct der SLUB, Dresden | Opening of the Willy Gehler exhibition at the DrePunct Library, vertritt er zum Berufseinstieg zunächst bei der Royal Saxon State Railway. Of particular interests SLUB Dresden | Photo: Sven Hofmann Königlich Sächsischen Staatseisenbahn als Regie- are his substantial contributions in connection rungsbauführer bzw. -meister. Seine umfangrei- with the German Institute for Standardization chen Tätigkeiten in Verbindung mit dem Deut- (DIN) and the German Committee for Reinforced WILLY GEHLER – STAHLBETONPIONIER schen Institut für Normung und dem Deutschen Ausschuss für Eisenbeton, bei denen er langjäh- Concrete (DAfStb), as a long-term member of such associations. Most of his time, Gehler took AUF ABWEGEN riges Mitglied war, sind ebenfalls zu nennen. Die Perspektive der Wissenschaft nimmt Gehler aber the perspective of science as a full professor of the TH Dresden, as well as director of the Testing für die längste Zeit ein, sowohl als ordentlicher and Material Office. Gehler provided pioneering WILLY GEHLER – ON THE TRACKS OF A RC PIONEER Professor der TH Dresden als auch als Leiter des ideas and methods beyond the field of reinforced Versuchs- und Materialprüfungsamtes Dresden. concrete, which requires further research work Es zeigte sich jedoch auch, dass Gehler über das to present a thorough image of the sedulous Der bis heute in der Bauingenieurcommunity Willy Gehler (1876–1953) was a pioneer of Gebiet des Stahlbetons hinaus wegweisende An- engineer. kaum präsente Stahlbetonpionier Willy Gehler reinforced concrete (RC) construction, but up sätze lieferte, sodass weitere Forschungsarbeit (1876–1953) ist aufgrund seiner politischen to now, his work is barely known within the notwendig ist, um eine umfassende Darstellung Verstrickungen – u. a. war Gehler Mitglied der civil engineering community. Due to his political dieses umtriebigen Ingenieurs zu liefern. NSDAP – auch nach 3 Jahren Grundlagenfor- involvement as a member of the Nazi Party, schung weiterhin umstritten. Unumstritten sind among other previous political affiliations, he is u Titel | Title dagegen seine fachlichen Errungenschaften im still a controversial figure. As opposed to this, Willy Gehler (1876–1953) – Spitzenforschung, politische Bereich des Bauingenieurwesens, die innerhalb based on the findings of the current research Selbstmobilisierung und historische Rezeption eines bedeu- tenden Bauingenieurs und Hochschullehrers im „Jahrhun- des Projektes aufgezeigt werden konnten. Um project about him, there is no debate about dert der Extreme“ darauf und auf die Person Gehlers aufmerksam his scientific achievements in the field of civil Willy Gehler (1876–1953) – cutting edge research, political zu machen, standen im dritten Förderjahr vor- engineering, as our research’s focus has primarily self-mobilization and historical assessment of an important civil engineer and professor in the “century of extremes” nehmlich Publikationen von Forschungsergebnis- been on the publications of his research results, sen im Vordergrund. Der Auftakt hierzu erfolgte and the research’s motivation was to draw u Förderer | Funding Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen eines Workshops zu Willy Gehler im attention to Gehler’s work and his merits. It u Zeitraum | Period April 2017, an dem v. a. Fachleute aus dem Be- began in April 2017 with a workshop about Willy 11.2014 – 10.2017 reich der Bautechnikgeschichte teilnahmen. Die Gehler, which professionals of the history of u Leiter | Project manager Ergebnisse dieses Workshops, zu dem verschie- construction technology attended. The results of Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach dene Referenten eingeladen waren, sind in einem this workshop are summarized in the conference u Bearbeiter | Contributor Tagungsband niedergelegt. Ergänzend hierzu proceedings. In addition to this, an exhibition was Dipl.-Ing. Oliver Steinbock wurde auch eine Ausstellung in der Bereichsbib- opened at the Departmental Library DrePunct of u Projektpartner | Project partner Portrait von Willy Gehler in der Ausstellung Lehrstuhl für Technik- und Technikwissenschaftsgeschichte, liothek DrePunct der Sächsischen Landesbiblio- the Saxon Regional Library – State and University Portrait of Willy Gehler in the exhibition TU Dresden thek – Staats- und Universitätsbibliothek Dresden Library (SLUB). It was organized in collaboration Photo: Sven Hofmann 16 17
FORSCHUNG | RESEARCH Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden halb des Projekts wurden unterschiedliche Ge- tested. In addition to a large number of short-term häuseformen und Dichtungssysteme entwickelt, pressure tests in the pressure tank of the German hergestellt und getestet. Neben einer Vielzahl an Research Institute for Artificial Intelligence (DFKI) Kurzzeitdruckversuchen im Drucktank des Deut- in Bremen, two long-term experiments in the schen Forschungsinstituts für künstliche Intelli- Arctic Ocean at 2,500 m depth at -1 °C were genz (DFKI) in Bremen konnten auch zwei Lang- completed (2015/16 and 2016/17). It could be zeitversuche im Arktischen Ozean in 2.500 m shown that the housings made of UHPC are wa- Tiefe bei -1 °C absolviert werden (2015/16 und tertight even after one year stay deep in the sea 2016/17). Dabei konnte gezeigt werden, dass die without additional coating. Numerous numerical Gehäuse aus UHPC ohne zusätzliche Beschich- simulations using the multiPlas nonlinear material tung auch nach einem Jahr wasserdicht sind. law in ANSYS have enabled parameter design In zahlreichen numerischen Simulationen unter studies to be performed and compared with Verwendung des nichtlinearen Materialgesetzes experimentally determined data. For example, multiPlas in ANSYS konnten Parameterstudien für the influence of a multi-axial load on UHPC cubes die Bemessung durchgeführt und mit den expe- with 10 cm edge length was determined in a rimentell ermittelten Daten abgeglichen werden. triaxial testing machine and considered in the Beispielsweise wurde der Einfluss einer mehraxi- calculation. Based on the results obtained, design alen Belastung auf UHPC an 10er Würfeln in der guidelines could be derived. At the present state Triaxial-Prüfmaschine ermittelt und berücksich- of knowledge, the practicable application field for Betondruckgehäuse mit verklebter Saphirglasscheibe | Concrete pressure housing with a bonded sapphire glass layer tigt. Anhand der gewonnenen Ergebnisse konn- cylindrical concrete pressure housings is up to Photo: Sebastian Wilhelm ten Bemessungsvorschläge abgeleitet werden. 3,000 to 3,800 m. Zum derzeitigen Stand ergibt sich somit ein prak- tikabler Einsatzbereich für zylindrische Beton- In the subproject ‘building on the Moon,’ modular IN EISIGEN TIEFEN – BETON FÜR DIE druckgehäuse von 3.000 bis 3.800 m. structures have been developed and studied which can be manufactured and assembled on MEERESFORSCHUNG Im Teilprojekt „Bauen auf dem Mond“ wurden modulare Strukturen entwickelt und untersucht, the ground and erected without lifting technology. Such a base could be used in the future as a die am Boden gefertigt und montiert und ohne research and protection structure or as a starting IN ICY DEPTHS – CONCRETE FOR MARINE RESEARCH Hebetechnik aufgerichtet werden können. Eine point for the exploration of other planets such as so errichtete Basis könnte in Zukunft als For- Mars. The goal is to manufacture the concrete for schungs- und Schutzkonstruktion oder als Aus- the needed individual segments using the type of Zum Jahresende 2017 wurde die Helmholtz Al- At the end of 2017, the Helmholtz Alliance gangspunkt für die Erkundung anderer Planeten, resources available on the moon. lianz ROBEX – Robotic Exploration of Extreme ROBEX – Robotic Exploration of Extreme Envi- wie z. B. dem Mars, genutzt werden. Ziel ist es, Environments (www.robex-allianz.de) nach fünf ronments (www.robex-allianz.de) was completed den Beton für die einzelnen Segmente aus den erfolgreichen Jahren abgeschlossen. In zwei sehr after five successful years. At our institute, two Ressourcen des Mondes zu gewinnen. unterschiedlichen Teilprojekten wurden dabei very different subprojects were investigated Möglichkeiten für das Bauen auf dem Mond un- within the project – possibilities for building on u Titel | Title tersucht und Betondruckgehäuse aus ultrahoch- the moon and concrete pressure housings made TP Beton für den Einsatz unter Extrembedingungen im Ver- festem Beton (UHPC – ultra-high performance of ultra-high performance concrete (UHPC) for bundforschungsprojekt ROBEX – Robotische Exploration unter Extrembedingungen concrete) für die Tiefsee entwickelt. Ziel hierbei the deep sea. The goal here was to supply with Sub-project Concrete for application under extreme environ- ist es, verschiedene Anwendungen der Tiefsee- long-lasting energy sources various applications ments as part of the joint research project ROBEX – Robotic forschung wie zum Beispiel autonome Unterwas- of deep-sea research, such as autonomous Exploration of Extreme Environments serfahrzeuge in schwer zugänglichen Gebieten underwater vehicles in hard-to-reach areas. u Förderer | Funding über lange Zeit mit Energie zu versorgen. Helmholtz-Gemeinschaft / ROBEX UHPC is very well suited for waterproof struc- u Zeitraum | Period 10.2012 – 12.2017 UHPC ist durch seine abgestimmte Korngrößen- tures due to its graded aggregate size distribution, u Leiter | Project manager verteilung der Zuschlagstoffe, die Verwendung the use of finely ground cement and the addition Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach fein gemahlenen Zements und die Zugabe von of micro-silica as filler. In addition to the high den- u Bearbeiter | Contributor Mikrosilika als Füllstoff sehr gut für wasserdichte sity of the material, UHPC is characterized by a Dr.-Ing. Sebastian Wilhelm Strukturen geeignet. Neben der hohen Dichtig- very high compressive strength of up to 250 MPa 3D-Druck einer selbstaufrichtenden Konstruktion aus modularen Elementen für den Einsatz auf dem Mond, fotografiert während der u Projektpartner | Project partners keit des Materials zeichnet sich UHPC auch durch compared to normal strength concrete. Within Demo-Mission im Sommer 2017 auf dem Ätna 18 Forschungseinrichtungen und Firmen in ganz Deutschland 3D print of a self-erecting construction for a moon base made of mo- eine im Vergleich zu Normalbeton sehr hohe the project, different housing shapes and sealing dular elements, photographed during the demo-mission in summer Druckfestigkeit von bis zu 250 MPa aus. Inner- systems have been developed, manufactured and 2017 on Mount Etna | Photo: Sebastian Wilhelm 18 19
FORSCHUNG | RESEARCH Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden in allen Raumrichtungen und Festigkeiten unter strength under selected stress ratios were ausgewählten Spannungsverhältnissen ermittelt. determined. For example, at a uniaxial pressure So werden u. a. bei einem einaxialen Druckver- test, not only the stiffness after unloading and such neben der Entlastungssteifigkeit und der the plastic deformation along the stress direction plastischen Verformung in Belastungsrichtung were determined, but also the stiffness and anschließend auch die Steifigkeit und die Zug- tensile strength in the corresponding transverse festigkeit in Querrichtung bestimmt – um ein direction. einfaches Beispiel zu nennen. Therefore, an exact strain measurement, even Essentiell für den Erfolg des Vorhabens ist des- in areas with extremely low strain, is essential halb eine exakte Dehnungsmessung auch im for the success of the research. Since the load Bereich sehr geringer Dehnungen. Die Seitenflä- is applied to all surfaces of a test cube, in all chen der Probewürfel werden aber gleichzeitig three directions, it is not possible to install oder nacheinander durch die Lasteinleitungsmit- measuring equipment on the cube surfaces. For tel belastet und stehen somit nicht für die Appli- this reason, it was decided to use fibre optical kation von Messtechnik zur Verfügung. Die Wahl sensors. They can be used for continuous fiel daher auf faseroptische Sensoren (FOS), die strain measurements and positioned within die Dehnung kontinuierlich entlang ihre Achse the concrete with the help of a supporting messen und die mittels eines Trägergerüsts im structure. Preliminary testing is being conducted Faseroptische Sensoren, eingebettet in einem Trägergerüst aus Messing-U-Pro- Codierung der Messstelle auf einem faseroptischen Beton positioniert werden. In Vorversuchen wer- for various type of fibre, coating, deflection filen; die Lage der Messstellen ist durch die rot und blau eingefärbten Bereiche Sensor | Coding of the test point on a fibre optical den im Moment Faserart, Coating, Umlenkra- radius and adhesive. Furthermore, testing is gekennzeichnet | Fibre optic sensors embedded in a support frame made of brass sensor | Photo: Sven Hofmann U-profiles; the location of the measuring points is indicated by the red and blue dius und Kleber variiert. Auch wird getestet, ob being conducted to determine if the fibre optical coloured areas | Photo: Sven Hofmann die FOS eventuell an der Messstelle freiliegend sensors can be encased in concrete without a und ohne Trägergerüst einbetoniert werden supporting structure within the measurement können. Ein Vergleich mit etablierten Messmit- area. An optimal measuring configuration should MIT FASERN DIE ANISOTROPIE ENTDECKEN teln wie Dehnmessstreifen und Fotogrammetrie soll zur Wahl einer optimalen Messkonfigurati- be found, similar to those used in conjunction with established measuring devices, like strain DISCOVER ANISOTROPY WITH FIBRES on führen. Kriterium dafür ist eine ausreichend genaue örtliche Auflösung der Dehnungen unter gauge and photogrammetry. Key criteria used in the optimization is the precision that can Druck- und Zugbeanspruchung sowie eine ge- be achieved for the strain and tensile stress Kann Beton nach seiner Herstellung noch als Concrete is almost an isotropic material after its ringe Beeinflussung des Versagensmechanis- measured under pressure, as well as the small nahezu isotrop betrachtet werden, so führen ab production. But when it is loaded to a certain mus durch die eingebettete Faser und/oder das effect that the failure mechanism has on the einem bestimmten Lastniveau (Mikro)Risse im load level, (micro) cracks occur in the material. Trägergerüst. fibre and supporting structure. Betongefüge zu einer Anisotropie, da sich die The crack openings are oriented along the Rissufer entsprechend des vorherrschenden controlling stress field. As a result, such cracking Spannungszustandes orientieren. Qualitativ wur- leads to anisotropy. Anisotropy has been many de diese Anisotropie vielfach beobachtet, quanti- times analyzed qualitatively, but there are hardly tative Aussagen über Steifigkeiten und Festigkei- any quantitative assessments of the associated ten liegen jedoch kaum vor. Für eine realistische stiffness and strength. Our project partner – u Titel | Title Modellierung des Betonverhaltens, wie sie Prof. Prof. Petryna from TU Berlin – wants to create Experimentell gestützte Modellierung von Versagens- mechanismen hochfester Betone unter multiaxialer Petryna (TU Berlin) mittels einer verzerrungs- a realistic model of the concrete’s behaviour Beanspruchung – MABET und energiebasierten Formulierung des Werk- based on a strain or energy based formulation Experimentally based modelling of failure mechanisms of stoffgesetzes anstrebt und bei der Evolutions- of the material law, where evolution laws and high strength concretes under multi-axial loading – MABET gleichungen und Versagensflächen überwiegend failure surfaces are mainly defined by physically u Förderer | Funding Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) auf messtechnisch nachvollziehbaren Parame- measurable parameters. Therefore, knowledge tern basieren, ist die Kenntnis dieser richtungs- about the anisotropic properties is necessary. u Zeitraum | Period 04.2017 – 03.2020 abhängigen Eigenschaften erforderlich. u Leiter | Project manager To determine the needed parameters, several Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Zur Ermittlung der Parameter sind an unserem experiments were planned at the institute to u Bearbeiterin | Contributor Institut Versuche geplant, die verschiedene Be- map different loading and unloading paths of the Dr.-Ing. Kerstin Speck und Entlastungspfade im dreiaxialen Spannungs- triaxial stress. After the test piece was pre-dam- Trägergerüst mit freiliegender Faser im Messbereich für Vorver- u Projektpartner | Project partner suche an Mörtelprismen | Support frame with exposed fibre in the raum abbilden. Nach einer Vorschädigung wer- aged, permanent deformations, stiffness in measurement range for preliminary tests on mortar prisms FG Statik und Dynamik, TU Berlin den bleibende Verformungen, die Steifigkeiten all spatial directions, and the corresponding Photo: Sven Hofmann 20 21
FORSCHUNG | RESEARCH Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden dings in sehr unterschiedlichem Ausmaß. These induced temperature fields have a non-neg- ist, dass diese induzierten Temperaturfelder ligible influence on the damage process and einen nicht vernachlässigbaren Einfluss auf die the fatigue strength of UHPC. The significantly Ermüdungsfestigkeit haben. Das stark verdichte- denser material composition, which causes te Materialgefüge eines UHPC weist ein großes greater internal friction, is assumed to be the inneres Reibungspotential auf, was als wahr- reason for the phenomenon. The size and the scheinliche Ursache für den Temperaturanstieg speed of the temperature increase depending vermutet wird. Bisherige Erkenntnisse lassen vor on the load frequency and regime as well as allem das verwendete Größtkorn sowie die Fre- the largest grain. quenz und das Lastspiel der zyklischen Belastung als Haupteinflüsse auf den Temperaturanstieg Systematic experimental studies on the effect erkennen. of the different parameters on the load-in- duced temperature fields and the degradation Eine systematische Untersuchung der Parameter of the concrete material by fatigue loading are hinsichtlich der Höhe und der Geschwindigkeit still pending, and will be completed within this des Temperaturanstiegs sowie deren Einfluss project. The basis for the systematic investi- auf die Ermüdungsfestigkeit stehen noch aus gations is the current state of knowledge. The Prüfzylinder für zyklische Belastung mit drei Wärmefühlern über die Probekörperhöhe verteilt | Specimen for test under cyclic loading with three thermocouples distributed over the sample’s height | Photo: Melchior Deutscher und sollen im Rahmen dieses Forschungsvorha- strength of the concrete, the grain size, the bens durchgeführt werden. Dafür wurde unter specimen’s geometry, the loading parameters Beachtung des Wissensstandes ein umfangrei- (e.g., upper stresses and load frequency) as ches Prüfprogramm aufgestellt. Variiert werden well as the concrete age will be varied. The LASTINDUZIERTE ERWÄRMUNG VON UHPC dabei die Festigkeit des Betons, das Größtkorn, die Probengröße, Oberspannungen und Belas- goal of the investigation is to quantify the temperature development as a function of the LOAD-INDUCED INCREASE OF TEMPERATURE IN UHPC tungsfrequenzen sowie das Betonalter. Ziel der Untersuchungen ist die Beschreibung der Tem- different parameters. Furthermore, we want to describe the influence of the temperature peraturentwicklung in Abhängigkeit der genann- fields on the strains, the cracking and the Die aktuellen Entwicklungen im Bauwesen orien- The development of the construction industry ten Parameter sowie von deren Einfluss auf die concrete microstructure during the fatigue tieren sich an den Grundsätzen der ressourcen- moves towards resource-saving and filigree Verformungen, die Rissbildung und das Beton- process. The project partner at TU Darmstadt schonenden und filigranen Bauweise. Die erfor- constructions. Ultra-high performance gefüge während des Ermüdungsprozesses. Die will develop a material model that describes derliche Steigerung der Materialeffizienz wird im concrete (UHPC) was developed to reach a Erkenntnisse dienen dem Projektpartner an der the fatigue behaviour of UHPC at high-frequen- Massivbau durch die Entwicklung von Hochleis- higher efficiency of this material. As a result, TU Darmstadt im Weiteren zur Entwicklung eines cy compressive stresses. tungsbetonen erreicht. Durch die Reduzierung the structures will be leaner and lighter in the Materialmodells, welches das Ermüdungsverhal- von Eigengewicht durch optimierten Materialein- future. However, due to a reduction of dead ten von UHPC bei hochfrequenter Druckbean- satz wird allerdings eine Schwingungsanfälligkeit weight through the optimized use of materials, spruchung beschreibt. bedingt. Maßgebend wird dies vor allem im Be- structures are more susceptible to induced reich der zyklisch beanspruchten Bauwerke wie vibrations. This is particularly important in the Windkraftanlagen oder weitgespannten Brücken, area of cyclically stressed structures, such as die sehr hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt long-span bridges and wind turbines, which sind. Für den optimalen Einsatz der Hochleis- are exposed to very high number of load tungsbetone ist daher die Kenntnis des Ermü- cycles. In particular, a thorough understanding dungsverhaltens erforderlich. Dieser Thematik of the fatigue behaviour of UHPC is required. u Titel | Title widmet sich das DFG-Schwerpunktprogramm The Priority Programme SPP 2020, funded by Einfluss lastinduzierter Temperaturfelder auf das Ermüdungsverhalten von UHPC bei Druckschwellbelastung SPP 2020, in dem die Materialdegradation expe- DFG, addresses this topic. Within the SPP, the Influence of load-induced temperature fields on the rimentell untersucht und numerisch beschrieben aim is to explore the material degradation of fatigue behaviour of UHPC subjected to high frequency compression loading werden soll. high-performance concretes and to develop a material model. u Förderer | Funding Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / SPP 2020 In unserem Teilprojekt „Lastinduzierte Tempera- u Zeitraum | Period turfelder bei UHPC“ soll ein Beitrag zur Untersu- The focus of the subproject “Load-induced 09.2017 – 08.2020 chung des Schädigungsverlaufes von ultrahoch- increase of temperature in UHPC” is to u Leiterin | Project manager festem Beton (UHPC) geleistet werden. In investigate the increase in temperature of Dr.-Ing. Silke Scheerer bisherigen Untersuchungen an Hochleistungsbe- concrete specimens due to cyclic loading, u Bearbeiter | Contributor Prüfkörper mit unterschiedlicher Betonzusammensetzung tonen unter hochfrequenter Druckbeanspruchung which has been observed in some previous Specimens with different composition of the concrete Dipl.-Ing. Melchior Deutscher wurde eine Betonerwärmung festgestellt, aller- fatigue investigations. The thesis is that the Photo: Melchior Deutscher 22 23
FORSCHUNG | RESEARCH Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden Lastfall eines Flugzeuganpralls entspricht. Diese the concrete sample is loaded and destroyed by dynamischen Versuche wurden mit Hilfe des klas- means of a shock wave. sischen Versuchsprinzips des Split-Hopkinson- Bars durchgeführt, bei dem die Betonprobe mit For the different loading rates, both uniaxial tests statisch Hilfe einer Stoßwelle belastet und zerstört wird. and biaxial tests with different stress ratios were Für die verschiedenen Belastungsgeschwindig- conducted. Comparative calculations were made keiten wurden sowohl einaxiale Versuche als by the individual test results. From this, the auch zweiaxiale Versuche mit verschiedenen influences of the dynamic load on the uniaxial vorbereiteter Probekörper einaxialer Versuch zweiaxialer Versuch Spannungsverhältnissen durchgeführt. case and various biaxial stress states can be derived. On the other hand, the influence of the Anhand der einzelnen Versuchsergebnisse wur- stress ratio can be determined at a certain load den vergleichende Berechnungen angestellt. rate. In summary, it can be stated that increasing Daraus können die Einflüsse der dynamischen the compressive strength of concrete affects dynamisch Belastung auf den einaxialen Fall und hinsichtlich both, the biaxial stress state and the response verschiedener zweiaxialer Spannungszustände to an impact load; the increase of the dynamic abgeleitet werden. Andererseits kann auch der strength has a clear effect on the multi-axial Einfluss des Spannungsverhältnisses bei einer behaviour of the concrete sample within the bestimmten Belastungsgeschwindigkeit ermit- examined velocity range. telt werden. Zusammenfassend kann festgestellt Von links nach rechts: vorbereitete Probekörper, ein- und zweiaxialer Versuchsaufbau (verschiedene Prüfmaschinen) für statische Versuche werden, dass sich die druckfestigkeitssteigern- The presented project was funded by the German Federal (oben) und für dynamische (unten) | Left to right: prepared specimens, uni- and biaxial setups (different test facilities) for static (top) and dynamic den Effekte einer zweiaxialen und einer stoß- Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi, project (bottom) trials | Photo: Matthias Quast, Rainer Belger artigen Belastung teilweise überlagern, wobei No. 1501483) on the basis of a decision of the German im untersuchten Geschwindigkeitsbereich der Parliament. BETON SCHNELL BELASTET Einfluss der dynamischen Festigkeitssteigerung gegenüber dem Einfluss der Mehraxialität deut- lich überwiegt. CONCRETE QUICKLY LOADED Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Bauwerke von größerer gesellschaftlicher Bedeu- Structures that play a major role in society aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages tung gehören zur sogenannten kritischen Infra- belong to the so-called ‘critical infrastructure’. unter dem Förderkennzeichen 1501483 gefördert. struktur, so zum Beispiel Einrichtungen des Ge- Among them are health care facilities, transpor- sundheitswesens, der Verkehrsinfrastruktur und tation, and energy supply infrastructure. These der Energieversorgung. Vor allem diese Gebäude structures are exposed to external natural and sind äußeren, natürlichen und anthropogenen Ri- anthropogenic risks. In most cases, a reinforced siken ausgesetzt. In den meisten Fällen bildet hier concrete structure acts as a barrier to protect the eine Konstruktion aus Stahlbeton die schützende users. Therefore, it is vital to study the material u Titel | Title Hülle zwischen den Nutzern und den Einwirkun- behaviour of concrete under extraordinarily load Zweiaxiale Betondruckfestigkeit unter hohen Belastungsge- gen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, cases, such as impact or explosion. schwindigkeiten das Materialverhalten von Beton auch unter so Biaxial compressive strength of concrete under high loading rates außergewöhnlichen Lastfällen wie Anprall oder The effect of an impact load on the uniaxial and Explosion zu untersuchen. biaxial compressive strength of a concrete type u Förderer | Funding Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) C20/25 was extensively investigated in various u Zeitraum | Period In sehr ausführlichen Versuchsreihen wurde der series of tests. The static reference tests were 10.2014 – 12.2017 Einfluss einer stoßartigen Belastung auf die ein- carried out in hydraulic testing machines with a u Leiter | Project manager und zweiaxiale Druckfestigkeit eines Betons der strain rate of about 3∙10 -5 1/s. This loading rate Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Festigkeitsklasse C20/25 untersucht. Die stati- is in the range of conventional static laboratory u Bearbeiter | Contributor schen Referenzversuche wurden in hydraulischen tests. The impact load occurred at a strain rate Dipl.-Ing. Matthias Quast Prüfmaschinen mit einer Dehnrate von 3∙10 -5 1/s in the range of 75 to 150 1/s, which roughly durchgeführt. Diese Belastungsgeschwindigkeit corresponds to the load sustained by an aircraft liegt im Bereich üblicher statischer Laborversu- during a crash. These dynamic experiments che. Die stoßartige Belastung erfolgte mit einer were carried out using the classic experimental Probekörper im einaxial statischen Versuchsaufbau Dehnrate im Bereich von 75 bis 150 1/s, was dem principle of the split-Hopkinson bar, in which Specimen in uniaxial static test setup | Photo: Matthias Quast 24 25
FORSCHUNG | RESEARCH Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden Zur Beschreibung der Wellenausbreitung an die- continuities, artificial pores are to be introduced sen Störstellen sollen künstliche Modellporen into concrete specimens and loaded dynami- in Betonproben eingebracht und im Split-Hop- cally in the split-Hopkinson bar. Number, size, kinson-Bar dynamisch belastet werden. Anzahl, position, and water content of the artificially Größe, Lage und Wassergehalt der künstlich generated pores are to be varied. To reduce erzeugten Poren werden dabei variiert. Um die the influence of other discontinuities, such as Einflüsse anderer Inhomogenitäten, wie Zu- aggregate’s grain sizes and air pores, a very schlagkörner und Luftporen, zu reduzieren, wird fine-grained, well-compacted concrete is used. ein sehr feinkörniger, gut verdichteter Beton verwendet. Also, special attention must be paid to the measuring technology and especially its Darüber hinaus ist besonderes Augenmerk auf arrangement. Since the stress wave passes die Messtechnik und speziell deren Anordnung through the specimen within a few microsec- zu legen. Da die Belastungswelle den Probekör- onds, a high sampling rate of the strain gauges per innerhalb weniger Mikrosekunden durch- is required. The partial transmission, reflection, läuft, ist eine hohe Abtastrate der Dehnmess- and superimposition of the wave play a role streifen erforderlich. Außerdem kommt es an as well. The position of the strain gauges thus den Störstellen zu einer nur teilweisen Übertra- determines what part of the wave is measured. gung, zu Reflexion und Überlagerung der einge- In combination with numerical simulation, Messung der Wellenlaufzeit mittels Ultraschall | Measuring of the wave transit time with ultrasonic | Photo: Sven Hofmann tragenen Welle. Die Position der Dehnungsmes- the experimental results are verified to gain ser bestimmt somit, welcher Anteil der Welle insights into the influence of water-filled pores gemessen wird. In Kombination mit numerischer on the behaviour of concrete under impact Simulation werden die experimentell gewonne- load. WELLEN IM BETON nen Ergebnisse verifiziert, um Erkenntnisse über den Einfluss von wassergefüllten Poren auf das The presented project was funded by the German Federal Verhalten von Beton unter Stoßbelastung zu er- Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi, project No. WAVES IN CONCRETE langen. 1501553) by a decision of the German Parliament. Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Flugzeuganprall, Erdbeben und Explosionen – sol- Plane impact, earthquakes, and explosions Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie che außergewöhnlichen Beanspruchungen sind – such extraordinary loads are critical to the aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages entscheidend für die Bemessung und Konstrukti- design and construction of buildings, for unter dem Förderkennzeichen 1501553 gefördert. on von Gebäuden der kritischen Infrastruktur, wie example power plants or airports. To ensure beispielsweise Kraftwerke oder Flughäfen. Um and assess the safety of these structures, die Sicherheit dieser Bauwerke zu gewährleisten understanding of the material and damage und beurteilen zu können, ist das Verständnis des behaviour of concrete under rapid, dynamic Material- und Schädigungsverhaltens von Beton impact is crucial. u Titel | Title unter schneller, dynamischer Einwirkung von ent- Untersuchung des Einflusses von Porenwasser auf die Wellen- scheidender Bedeutung. Concrete has higher strengths under dynamic ausbreitung in Beton bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten stress than in the quasi-static case. This phe- Investigation of the influence of pore water on the wave propa- gation in concrete at high loading rates Beton weist unter dynamischer Beanspruchung nomenon has been known for over 100 years, höhere Festigkeiten als im quasi-statischen Fall as the so-called ‘strain rate effect’. In addition u Förderer | Funding Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) auf. Dieses Phänomen ist seit über 100 Jahren be- to inertial effects due to the rate-dependent u Zeitraum | Period kannt und wird als sogenannter Dehnrateneffekt growth rate of the microcracks, the pore water 09.2017 – 08.2020 bezeichnet. Neben Trägheitseffekten aufgrund der is considered as another cause of this increase u Leiter | Project managers geschwindigkeitsabhängigen Wachstumsrate der in strength. The viscous behaviour of the free Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach, Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe Mikrorisse gilt das Porenwasser als weitere Ursa- water between the crack surfaces creates che für diese Festigkeitssteigerung. Das viskose capillary forces that counteract crack growth. u Bearbeiter | Contributor Dipl.-Ing. Oliver Mosig Verhalten des freien Wassers zwischen den Riss‑ Also, the pores and their water content have a oberflächen erzeugt Kapillarkräfte, welche dem significant influence on the propagation of the Risswachstum entgegenwirken. Zudem beeinflus- impact wave. sen die Poren und deren Wassergehalt maßgeb- Mit Wasser gefüllter Schlauch im Split-Hopkinson-Bar lich die Ausbreitung der Belastungswelle. To describe the wave propagation at these dis- Water filled tube in the Split-Hopkinson-Bar | Photo: Oliver Mosig 26 27
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