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Bibliographic Metadata

Title
Mechanische Eigenschaften von Grenzschichten zwischen zementgebundenen Materialien
AuthorCordes, Tobias
CensorLinsbauer, Herbert
Thesis advisorHofstetter, Günter
Published2013
Description265 S. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteInnsbruck, Univ., Diss., 2013
Date of SubmissionJuly 2013
LanguageGerman
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Beton / Grenzschicht / konstitutives Materialmodell / Spaltzugfestigkeit / Biegezugfestigkeit / Scherfestigkeit / spezifischen Bruchenergie Modus I, Modus II / Entfestigungsfunktion / Kohäsivzonenmodell / Zero-Thickness Interface Element / Traction-Separation Gesetz / adaptive Substepping Methode
Keywords (EN)concrete / interfaces / constitutive model / splitting tensile strength / flecural tensile strength / shear strength / specific fracture energy / softeningfunction / cohesive zone model / zero thickness interface element / traction separation law / adaptive substepping method
Keywords (GND)Beton / Grenzschicht / Mechanische Eigenschaft / Bruchmechanik
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-136 Persistent Identifier (URN)
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Mechanische Eigenschaften von Grenzschichten zwischen zementgebundenen Materialien [12.54 mb]
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Abstract (German)

Im Rahmen dieser Dissertation wird ein konstitutives Materialmodell für Grenzschichten zwischen zementgebundenen Materialschichten entwickelt und dessen mechanische und bruchmechanische Parameter bestimmt. Das Grenzschichtmodell wird in ein Finite-Elemente Programm implementiert und durch numerische Berechnungen von Kleinversuchen validiert. Die mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften werden mit dem Drei-Punkt-Biegezugversuch, einem dafür modifizierten Torsionsscherversuch und dem Spaltzugversuch ermittelt und mit den identisch ermittelten Eigenschaften der monolithischen Versuchsserie verglichen. Die Festigkeiten auf Zug und Schub und die spezifischen Bruchenergien unter Modus I und Modus II werden hierfür experimentell bestimmt und die Parameter der Entfestigungsfunktionen unter Modus I und Modus II invers berechnet. Für die Charakterisierung der Grenzschicht wird der Einfluss aus 3 Oberflächennachbehandlungen der Grenzfläche: hochdruckwassergestrahlt, gebürstet und glatt gereinigt untersucht. Diese Oberflächennachbehandlungen werden mit oberflächentopografischen Kennwerten charakterisiert. Das zur Simulation des Grenzschichtversagens weiterentwickelte Kohäsivzonenmodell zur makroskopischen Beschreibung der Grenzschichten mit der Methode der finiten Elemente basiert auf den Arbeiten von Caballero und Carol. Das elasto-plastische Grenzschichtmodell wird als Traction-Separation Gesetz (TSL) im Kontext einer Zero-Thickness Interface-Element Formulierung in Abaqus implementiert. Die Robustheit, die Genauigkeit und die Effizienz des implementierten Algorithmus werden durch Konturdiagramme beurteilt und durch eine adaptive Substepping Methode, aufbauend auf der Arbeit von Perez-Foguet, sowie einen alternativen Startpunkt der Newton-Iteration verbessert. Die Validierung des implementierten Interface-Modells zeigt abschließend sehr gute Übereinstimmungen.

Abstract (English)

This thesis is concerned with the development of a constitutive model for cementitious bimaterial interfaces and investigations for the quantification of their fracture properties. The constitutive model is implemented into a FE analysis program system and validated by numerical simulations. The interface in question is located between cold-jointed cementitious solids. Since no further connection means are used, the fracture properties of the interface only depend on the surface adhesion and the properties of the adjacent interface transition zone. The interfacial fracture properties are determined by three point bending tests, modified torsion tests and splitting tests and they are compared to fracture properties of monolithic specimens determined in the same way.Hence tensile and shear strengths, mode I and mode II specific fracture energies are measured and the softening functions are determined by inverse analyses.For the properties the influence of different surface treatments are taken into account by three test series: high pressure water jetting, steel brushing and smooth cleaning of the interface surfaces. The different interface surfaces are characterised by several surface parameters. To provide accurate macroscale failure analyses of these interfaces, the mesoscale cohesive zone model of Caballero and Carol is modified. The elasto-plastic interface model is implemented as a traction separation law for zero thickness interface elements in Abaqus. Additional requirements regarding robustness, accuracy and efficiency are evaluated by ISO-error plots for the implemented algorithm. Improvements of the latter features are achieved by an adaptive sub-stepping method and by an alternative starting point of the Newtoniteration. The numerical simulations are employed for validation of the implemented interface model. Excellent agreement between numerical and experimental load-crack-opening diagrams can be stated.