Zur Seitenansicht
 

Titelaufnahme

Titel
Entwicklung und Anwendung eines Dreiphasenmodells für Beton / Dipl. Ing. Matthias Aschaber
VerfasserAschaber, Matthias
GutachterHofstetter, Günter
ErschienenInnsbruck, Jänner 2017
UmfangIII, 236 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2017
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Dissertation, 2017
Datum der AbgabeJanuar 2017
SpracheDeutsch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Dreiphasenmodell / Trockungsschwinden / Concrete
Schlagwörter (EN)Three-Phase-Model / Drying Shrinkage / Concrete
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-7179 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Entwicklung und Anwendung eines Dreiphasenmodells für Beton [44.12 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung eines auf der Theorie poröser Materialien beruhenden Dreiphasenmodells für Beton. Aufbauend auf den mikroskopischen Bilanzgleichungen werden die makroskopischen Bilanzgleichungen eines Mehrphasensystems hergeleitet. Beton ist, aufgrund der im Zuge der Hydratation entstehenden Porenstruktur, ein poröses Material und Feuchtigkeit kann innerhalb dieser Poren transportiert und gespeichert werden. Der Feuchtegehalt und dessen Verteilung beeinflusst das mechanische Verhalten von Beton, wie z. B. die Entwicklung der Trocknungsschwindverzerrungen. Mit Hilfe eines Dreiphasenmodells für Beton lassen sich sogenannte Mehrfeldprobleme, wie das gekoppelte hygrische, thermische und mechanische Verhalten von Beton numerisch simulieren. Ab dem Zeitpunkt des Erstarrens kann die zeitliche Entwicklung der Feuchtigkeits- und Temperaturverteilung in einem Betonbauteil unter verschiedenen Anfangs- und Randbedingungen berechnet werden. Die Abhängigkeit

der Geschwindigkeit der Hydratationsreaktion von der Temperatur und der Feuchtigkeit wird berücksichtigt. Somit ergeben sich die zeitliche Entwicklung und die räumliche Verteilung der Steifigkeit und Festigkeit. Ein wesentlicher Aspekt der Dissertation ist die wirklichkeitsnahe Berechnung der Trocknungsschwindverzerrungen. Letztere werden durch die Kenntnis der Feuchtigkeitsverteilung mit Hilfe des Konzepts der effektiven Spannungen ermittelt. Für das Langzeitverhalten von Beton ist neben dem Trocknungsschwinden auch das Kriechen von Interesse, das mit Hilfe der microprestress-solidification theory nach Bazant [14] bestimmt wird.

Für das entwickelte Dreiphasenmodell von Beton sind eine Vielzahl von Materialparametern notwendig. Zur Bestimmung einiger Materialparameter und zur Validierung des Dreiphasenmodells werden Versuche, die an der Universität Innsbruck am Arbeitsbereich Festigkeitslehre und Baustatik im Rahmen eines Forschungsprojektes [63] durchgeführt wurden, numerisch berechnet. Für die Validierung des Kriechmodells werden publizierte Versuchsergebnisse verwendet. Als Anwendung des Dreiphasenmodells sind mit Aufbeton verstärkte Brückentragwerke von Interesse. Im Speziellen wird das mechanische Verhalten der Aufbetonschicht untersucht, da dessen Verformungen aufgrund des Altbetons behindert werden, wodurch Zwangsspannungen entstehen. Mit Hilfe des entwickelten Dreiphasesmodells für Beton werden zwei numerische Berechnungen an mit Aufbetonen verstärkten Betonstrukturen präsentiert. Eine numerische Berechnung behandelt die Sanierung eines realen Brückentragwerkes mit Hilfe einer Aufbetonschicht. Dabei wurden die Umgebungsbedingungen wie Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit aufgezeichnet und bei der numerischen Berechnung als Randbedingungen berücksichtigt.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the development and application of a three-phase-model for concrete on the basis of the theory of porous materials. Starting from the microscopic Balance equations the macroscopic balance equations of a multi-phase-system are derived. Due to the existing pore structure, caused by hydration, concrete is a porous material and moisture within the pores can be transported and stored. The content and the Distribution of moisture influences the mechanical behaviour of concrete, for example the progress of drying shrinkage strains. By means of a three-phase-model for concrete the coupled hygric, thermal and mechanical behaviour of concrete can be numerical simulated. From the moment of concrete setting the progress of the distribution of moisture and temperature within a concrete member can be calculated with respect to different initial and boundary conditions. The dependence of the reaction rate of hydration from the temperature and the moisture is considered. The latter result in the evolution and the spatial Distribution of stiffness and strength. One important item of this thesis is the realistic calculation of drying shrinkage strains. They are determined with the calculated moisture Distribution by means of the concept of effective stress. For the long-time behaviour of concrete not only drying shrinkage strains are of note but also concrete creep, which is determined with the microprestress-solidification theory of Bazant [14].

For the developed three-phase-model of concrete a lot of material parameters are necessary.

To determine some of them and to validate the three-phase-model tests, which has been carried out at the university of Innsbruck at the unit of Strength of Materials and Structural Analysis in line with a research project, are computed numerical. To validate the creep model publicized test results are used. Bridge structures strengthened by concrete overlays are a field of interest for an application of the three-phase-model. Particular the mechanical behaviour of the concrete overlay is investigated, because strains of the concrete overlay are restrained due to the existing concrete structure, which results in restraint stress. By means of the developed three-phase-model of concrete two numerical computations of concrete structures strengthened by concrete overlays are presented. One numerical computation deals with the retrofit of a real bridge structure with adding a concrete overlay. Thereby the environmental conditions as temperature, humidity and wind speed have been recorded and are considered as boundary conditions for the numerical computation.

Lizenz
CC-BY-ND-Lizenz (4.0)Creative Commons Namensnennung - Keine Bearbeitung 4.0 International Lizenz