Jan-Paul Lanwer, M.Sc.
Fachgebiet Massivbau
Beethovenstraße 52
38106 Braunschweig
Telefon: 0531/391-5412
Forschungsvorhaben:
Schädigungsprozesse in faserbewehrtem ultrahochfesten Beton unter zyklischer Zugbeanspruchung – experimentelle und theoretische Untersuchungen
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erfassung, Beschreibung und Modellierung des Degradationsverhaltens von faserbewehrtem Ultrahochleistungsbeton unter zyklischer Zugbeanspruchung mit konsistenter Beachtung der Schädigungsentwicklung und -mechanismen auf der Mikro- und Mesoskala.
Die derzeit eingesetzten ultrahochfesten Faserbetone (UHPFRC) weisen in der Regel sehr hohe Fasergehalte auf, um einem Versagen mit Sprödbruch entgegenzuwirken. Die hohe Faserzugabe führt unter Zugbeanspruchung zu einem überkritischen Zugtragverhalten mit hoher Nachrisszugfestigkeit, das einen erheblichen Einfluss auf das Trag- und Verformungsverhalten von UHPFRC-Bauteilen unter Biegung, Querkraft und Torsion hat. UHPFRC wird aufgrund der sehr hohen erzielbaren Festigkeiten im Vergleich zu Normalbeton vorzugsweise für schlanke und dünnwandige sowie gewichts- und leistungsoptimierte Bauteile eingesetzt, die allerdings aufgrund ihrer hohen Schlankheit besonders schwingungsanfällig sind. Unklar ist, inwieweit sich zyklische Beanspruchungen auf die Fasertragwirkung bzw. die Nachrisszugfestigkeit auswirken. Das Degradationsverhalten von UHPFRC unter Ermüdungsbeanspruchung ist aufgrund der wenigen vorhandenen Untersuchungen nur ansatzweise verstanden.
Daher wird in dem Forschungsvorhaben der Schädigungsverlauf und die Schädigungsmechanismen von UHPFRC unter zyklischer Zugbeanspruchung grundlegend experimentell und numerisch untersucht. Zum einen werden systematisch abgestufte experimentelle Untersuchungen an kleinformatigen Probekörpern, wie Faserzugversuche, Faserauszugversuche und UHPFRC-Zugversuche durchgeführt. Mithilfe mechanischer Messverfahren und bildgebender Methoden, wie z. B. Digitalmikroskopie (DM), Rasterelektronenmikroskopie (REM), Computertomografie (CT) und photogrammetrischer Messsysteme (GOM) werden die Versuche ausgewertet, analysiert und dokumentiert werden. Zum anderen wird das Spannungs-Deformations-Verhalten von UHPFRC mathematisch-numerisch konsistent auf der Mesoskala modelliert. Kontinuumsmechanische Modelle mit Berücksichtigung von inelastischem Deformationsverhalten und Schädigung werden für die Beschreibung des Materialverhaltens der Einzelkomponenten unter Ermüdungsbeanspruchung erweitert. Das Verbundverhalten von Faser und Betonmatrix wird diskret mithilfe eines weiterzuentwickelnden Verbundmodells in Finite-Element-Analysen berücksichtigt werden.
Publikationen im Rahmen des GRK:
Veröffentlichungen in wissenschaftlichen Zeitschriften mit review/Buchbeiträge:
J. P. Lanwer; S. Javidmehr, S.; M. Empelmann: Statistische Bewertung der Druckfestigkeit von ultrahochfestem Beton (UHFB)/ Statistical evaluation of compressive strength of ultra-high strength concrete. In: Beton- und Stahlbetonbau 116 (2021), DOI: 10.1002/best.202000103
Lanwer, J.-P.; Oettel, V.; Empelmann, M.; Höper, S.; Kowalsky, U.; Dinkler, D.: Bond behavior of micro steel fibers embedded in ultra-high performance concrete subjected to monotonic and cyclic loading. In: Structural Concrete 20 (2019), Heft 4, S. 1243-1253.
Konferenzbeiträge mit Veröffentlichung:
Empelmann, M.; Oettel, V.; Lanwer, J.-P.; Dinkler, D.; Kowalsky, U.; Höper, S.: Cyclic Deterioration of Bond Zone between Fibres and UHPC. In: Proceedings of HiPerMat 2020, S. 141-142, Kassel, 11.03.2020.