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Ermüdungsverhalten des Betonstahls unter Berücksichtigung möglicher Korrosionseinflüsse
(2013) Weirich, Tim; Nürnbeger, Ulf (Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c.)
Bauwerke in Stahlbetonbauweise werden vorzugsweise statisch beansprucht. Dynamische Beanspruchungen, die zur Ermüdung des Materials führen, spielen meist nur eine untergeordnete Rolle. Im Stahlbetonbau existieren jedoch auch Anwendungen bei denen die Materialermüdung beachten werden muss. So sind Kranbahnen, Überbauten von Brücken oder auch Offshore-Bauwerke, die durch „nicht vorwiegend ruhende“ Lasten aus Wind, Verkehr oder auch Wellenbewegungen beansprucht werden, besonders gefährdet. Versagensfälle von solchen Bauwerken infolge Ermüdungseinwirkung sind allerdings bisher kaum bekannt geworden,da hohe Spannungsamplituden mit der zur Ermüdung erforderlichen Häufigkeit kaum auftreten. Die wenigen bekannten Einzelfälle traten stets in Kombination mit Korrosion auf. In den Regelwerken wird beim „Nachweis gegen Ermüdung“ auf Wöhler-Linien zurückgegriffen, bei denen konstruktive Einflüsse z. B. Verbundwirkung zwischen Beton und Stahl)und die Außenatmosphäre nahezu unberücksichtigt bleiben. Auch die jeweilige Belastungsfrequenz wird nicht in dem Maße berücksichtigt, wie es im Zusammenhang mit Korrosion notwendig wäre. So kann bei der Bemessung von „nicht vorwiegend ruhend“ beanspruchten Bauwerken beispielsweise der Einfluss von Durchmesser und Biegung des Betonstahls berücksichtigt werden. Im Bauwerk hängt die Schwingfestigkeit des eingebetteten Betonstahls jedoch von mehreren weiteren Einflussfaktoren ab, die zum Teil gleichzeitig auf den Werkstoff einwirken. Insbesondere der Einfluss der Korrosion auf das Ermüdungsverhalten von Betonstahl sollte berücksichtigt werden. Es stellt sich daher die Frage, inwieweit die aktuellen Bemessungsnormen angepasst werden müssen, um eine realistische Grundlage für die Bemessung „nicht vorwiegend ruhend“ beanspruchter Bauwerke darzustellen. Besonders geringe Spannungsschwingbreiten in Verbindung mit korrosiven Umgebungsbedingungen, wie sie in der Praxis vorkommen, sind dabei von Interesse. Das grundlegende Ziel der Arbeit besteht somit darin, die bisherigen Erkenntnisse zum Ermüdungsverhalten durch zusätzliche Untersuchungen in baupraktischer Umgebung zu ergänzen. Entscheidend ist dabei, inwieweit die Ermüdung des Betonstahls durch die Art und Intensität einer korrosiven Beanspruchung beeinflusst wird. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb für verschiedene korrosive Lösungen Wöhler-Linen erstellt, auf deren Grundlage ein Bemessungsvorschlag für ermüdungsempfindliche Bauwerke formuliert werden kann. Grundsätzlich hat die Korrosion aber nicht nur einen Einfluss auf die Bruchschwingspielzahl des Betonstahls. Auch die verschiedenen Phasen des Schadensverlaufs (d. h. die Zeit bis zur Depassivierung sowie die Phasen der Risseinleitung und Rissausbreitung)werden durch die Korrosivität der Umgebung beeinflusst. Begleitend zu den Dauerschwingversuchen wird deshalb mit Hilfe einer speziellen Prüftechnik zur Risserkennung untersucht, inwieweit sich die Phasen von Risseinleitung und Rissausbreitung expositionsabhängig voneinander unterscheiden. Aus den Ergebnissen lassen sich dann geeignete Maßnahmen für die Vermeidung einer Schwingungsrisskorrosion des Betonstahls ableiten.