Untersuchung des Spannungs-Dehnungsverhaltens künstlich geschädigter Bewehrungsstäbe

Autorin: Sara Fomasi
Sprache: Deutsch

Kurzfassung

Das Bundesamt für Strassen (ASTRA) hat im Rahmen eines Pilotprojekts lokale Korrosionsschäden an der Hauptbiegebewehrung einer Vielzahl von Winkelstützmauern festgestellt. Das Last-Verformungsverhalten der Bewehrungsstäbe und allgemein der Winkelstützmauern wird durch das Vorhandensein lokaler Korrosionsschäden beeinflusst. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der experimentellen Untersuchung und der quantitativen Auswirkungen einzelner Phänomene auf das Spannungs-Dehnungsverhalten von Bewehrungsstäben sowie mit der Herleitung eines semi-empirischen Modells zur Vorhersage der Spannungs-Dehnungsbeziehung geschädigter Tempcore-Stäbe.
Um unterschiedliche Einflüsse auf das Material-verhalten separat analysieren zu können, werden vier Versuchsreihen definiert. Diese unterscheiden sich bzgl. der verwendeten Stahlsorte, der Schädigungsart, der Versuchskörpervorbereitung, dem Versuchsablauf und den Messsystemen. Die Versuchsergebnisse von ungefähr 80 Versuchen bestätigen verschiedene Aussagen, die in ähnlicher Weise bereits in der Literatur dokumentiert sind, und leisten einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis neuer, noch nicht diskutierter Phänomene.
Anhand der erhaltenen Resultate kann eine starke Abhängigkeit der Materialkennwerte und des Relaxationsverhaltens von Bewehrungsstäben von der Dehnungsgeschwindigkeit, unabhängig der Stahlsorte, erkannt werden. Andere wichtige Erkenntnisse betreffen die mechanischen Eigenschaften einzelner Materialzonen, welche den Querschnitt von Tempcore-Stäben bilden. Die Zugfestigkeit solcher Bewehrungsstäbe ist über den Querschnitt nicht homogen, was insbesondere bei korrosionsgeschädigten Stäben berücksichtigt werden muss. Nicht zuletzt ist die Schädigungsgeometrie ein massgebender Parameter. Sie beeinflusst durch das Auftreten eines dreidimensionalen Spannungszustandes bei kleinen Schadensstellen das Fliessverhalten und die Festigkeit des Stahls.
In einem weiteren Schritt wird ein semi-empirisches Modell aus den Erkenntnissen der durchgeführten Versuche hergeleitet, welches die Spannungs-Dehnungsbeziehungen der verschiedenen Materialzonen über den Querschnitt sowie diejenige des gesamten geschädigten Tempcore-Stabes abzubilden vermag. Mit diesem Modell lässt sich das Materialverhalten relativ zutreffend vorhersagen, obwohl die erreichten Festigkeitskennwerte noch leicht überschätzt und die Duktilitätswerte unterschätzt werden. Optimierungen des Modells sind deshalb noch vorzunehmen.
Die Ergebnisse dieser Masterarbeit bilden eine sehr gute Grundlage für die weiteren Schritte im Rahmen des gesamten Forschungsprojektes. Dies sind die zusätzlichen Untersuchungen hinsichtlich Biegeeffekte und die quantitative Beschreibung der verschiedenen analysierten Einflüsse auf das Spannungs-Dehnungsverhalten von Bewehrungsstäben, gefolgt von der Ermittlung des Verformungsvermögens von Winkelstützmauern mit Korrosionsschäden.