Aufbauend auf historischen Anwendungen von Holzwerkstoffen in der Technik werden Vor- und Nachteile aus der Sicht des Maschinenbaus dargestellt sowie eine aktuelle Eignung dahingehend diskutiert. Besondere Aufmerksamkeit erfährt der integrative Leichtbau mit Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (Wood Veneer Composite, WVC). Durch deren modifizierbares Eigenschaftsprofil, in Verbindung mit einer an den Anwendungsfall angepassten Bauweise, ist eine zusätzliche Funktionsintegration möglich. Das Potenzial der Holzwerkstoffe wird an verschiedenen Konstruktionsbeispielen erläutert. Ergänzend werden Biege-Ersatz Emodul und Bauteilverformung eines Strukturelementes sowie Ergebnisse aus Ermüdungsversuchen der Verbindungstechnik dargestellt. Abschließend werden Probleme beider Umsetzung verschiedener Prototypen beschrieben und deren Lösung aufgezeigt. / Based on several historical applications of Wood Veneer Composites (WVC) the advantages and disadvantages of wood materials in today`s mechanical and plant engineering are discussed. Integrated WVC lightweight structures are especially taken into account. The highly modifiable mechanical properties of WVC’s allow application-adapted integration of further technical functions. The capabilities of integrated lightweight structures based on wood materials are demonstrated on several technical applications. Furthermore results of flexural tests, precisely the retrieved substitutet bending modulus and the maximal deflection as well as results of fatigue testing of the connecting components are given. Finally problems occurring during realization of WVC lightweight prototypes and their potential solutions are shown.

Ein metastabiler austenitischer Stahl der Zusammensetzung 16Cr-7Mn-6Ni wurde einerseits über die Methode der Rückumwandlung in Werkstoffzustände verschiedener Korngrößen überführt und andererseits additiv über das Electron Beam Melting (EBM)-Verfahren gefertigt. Das statische und das zyklische Verformungsverhalten werden stark von der Korngröße beeinflusst. Insbesondere der ultrafeinkörnige Zustand verzeichnete einen erheblichen Anstieg der Festigkeit bei gleichzeitig hoher Duktilität. Die Lebensdauer übertraf bei niedrigen Dehnungsamplituden die Lebensdauer der Vergleichszustände und lag - für ultrafeinkörnige Gefüge außergewöhnlich - selbst bei hohen zyklischen Beanspruchungen auf einem vergleichbaren Niveau. Im Gegensatz zur Korngröße hatten die prozessinhärenten Defekte der mittels EBM hergestellten Varianten kaum einen Effekt auf das Verformungsverhalten des Stahls. Auch die Absenkung der Lebensdauer fiel vergleichsweise gering aus. Diese hervorragende Schadenstoleranz wird der hohen Duktilität in Kombination mit der enormen Verfestigungskapazität zugeschrieben.

Aufbauend auf historischen Anwendungen von Holzwerkstoffen in der Technik werden Vor- und Nachteile aus der Sicht des Maschinenbaus dargestellt sowie eine aktuelle Eignung dahingehend diskutiert. Besondere Aufmerksamkeit erfährt der integrative Leichtbau mit Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (Wood Veneer Composite, WVC). Durch deren modifizierbares Eigenschaftsprofil, in Verbindung mit einer an den Anwendungsfall angepassten Bauweise, ist eine zusätzliche Funktionsintegration möglich. Das Potenzial der Holzwerkstoffe wird an verschiedenen Konstruktionsbeispielen erläutert. Ergänzend werden Biege-Ersatz Emodul und Bauteilverformung eines Strukturelementes sowie Ergebnisse aus Ermüdungsversuchen der Verbindungstechnik dargestellt. Abschließend werden Probleme beider Umsetzung verschiedener Prototypen beschrieben und deren Lösung aufgezeigt. / Based on several historical applications of Wood Veneer Composites (WVC) the advantages and disadvantages of wood materials in today`s mechanical and plant engineering are discussed. Integrated WVC lightweight structures are especially taken into account. The highly modifiable mechanical properties of WVC’s allow application-adapted integration of further technical functions. The capabilities of integrated lightweight structures based on wood materials are demonstrated on several technical applications. Furthermore results of flexural tests, precisely the retrieved substitutet bending modulus and the maximal deflection as well as results of fatigue testing of the connecting components are given. Finally problems occurring during realization of WVC lightweight prototypes and their potential solutions are shown.

In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zum Initiierungs- und Ausbreitungsverhalten kurzer Ermüdungsrisse in einem austenitischen sowie einem austenitisch-ferritischen Edelstahl durchgeführt. Dazu erfolgten zyklische Verformungsexperimente sowohl ex situ als auch in situ im Rasterelektronenmikroskop. Die Auswertung der Experimente erfolgte im Rasterelektronenmikroskop sowohl abbildend in verschiedenen Modi als auch über Rückstreuelektronenbeugungsmessungen. Bezüglich der Rissinitiierung wurde eine Häufigkeitsverteilung der Rissinitiierungsorte für beide Stähle erstellt. Die dabei ermittelte stark unterschiedliche Häufigkeit für die transkristalline Rissinitiierung in der austenitischen Phase konnte mit der unterschiedlichen Textur und Mikrostruktur der beiden Stähle in Zusammenwirken mit den elastischen Eigenschaften der beiden Phasen erklärt werden. Für die Rissausbreitung wurde gezeigt, dass eine Korrelation zwischen der Risslänge und der Rissausbreitungsrate besteht, aus der hervorgeht, dass die Übergangsrisslänge zwischen den Bereichen der mikrostrukturell und mechanisch kurzen Risse etwa einen Korndurchmesser beträgt. Anhand der in situ Messung der (plastischen) Rissöffnung und -scherung wurden die Unterschiede im Rissausbreitungsverhalten in den verschiedenen Phasen herausgearbeitet. Für die austenitische Phase ergibt sich dabei ein öffnungsdominierter und für die ferritische Phase ein scherungsdominierter Mechanismus. Die im Ferrit auftretenden zwei unterschiedlichen Ausprägungen der Oberflächenrisspfade („rau“ und „glatt“) konnten mit der Orientierung der jeweils risstragenden Körner korreliert werden. In Zusammenwirken mit der beobachteten Systematik der Anordnung der Gleitspuren um kurze Risse im Ferrit sowie einer Analyse der Spannungsverteilung um die Rissspitze wurde ein Modell des Rissausbreitungsmechanismus\' erstellt sowie die bisher in der Literatur vorherrschende These des Einfachgleitens widerlegt. Schließlich konnte die Barrierenwirkung von Korn- und Phasengrenzen sowohl anhand der Messung der Rissausbreitungsrate als auch der plastischen Rissöffnung bzw. -scherung gezeigt und daraus Rückschlüsse auf die Ausdehnung der plastischen Zone vor der Rissspitze gezogen werden. Gleichzeitig wurde dabei die Korrelation zwischen Rissausbreitungsrate und plastischer Rissöffnung bzw. -scherung nachgewiesen.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die gezielte Analyse des Verbundverhaltens zwischen Bewehrungsstahl und Beton unter kombinierter Beanspruchung aus Ermüdung und Querzug. Den Hintergrund bilden Stahlbetonbauteile, wie z. B. Fahrbahnplatten von Verbundbrücken, welche einen zweiaxialen Lastabtrag unter nicht vorwiegend ruhenden Belastungen aufweisen. Die Untersuchungen für normal- und hochfesten Beton erfolgten an Ausziehkörpern mit einem durch Querzugspannungen hervorgerufenen Längsriss entlang des Bewehrungsstabes. Das Versuchsprogramm beinhaltete hochzyklische Schwellversuche mit unterschiedlichen Schwingspielen und variierenden Längsrissbreiten bis zu einer Million Lastwechseln. Anhand der Entwicklung des Schlupfes zwischen Bewehrungsstab und Beton konnte eine deutliche Abhängigkeit des Verbundwiderstandes vom Querzug beobachtet werden. Aufbauend auf der Schlupfentwicklung erfolgt die Ableitung von normierten Wöhlerlinien der Verbundermüdung. Diese Wöhlerlinien können direkt in Beziehung zu den Wöhlerlinien der Betonstahlermüdung gesetzt werden und vereinfachen die Erstellung von Dauerfestigkeitsdiagrammen für Bemessungszwecke. Es wird deutlich, dass die Ermüdungsfestigkeit des Verbundes durch das Vorhandensein eines Längsrisses gegenüber der Betonstahlermüdung verstärkt an Bedeutung gewinnt. / The main focus of the present work is the specific analysis of the bond behaviour between reinforcement and concrete under combined loading due to fatigue and transverse tension. The background is formed by reinforced concrete elements such as bridge decks of steel-concrete composite bridges, which show a biaxial load bearing behaviour under not predominantly monotonic loading. The investigations for both normal strength and high performance concrete were conducted on pull-out specimens with a longitudinal crack along the reinforcing bar caused by transverse tensile stresses. The experimental program included high cyclic tests with different stress ranges and varying longitudinal crack widths up to one million load cycles. By means of the slip development, a definite dependency of the bond strength on the transverse tension could be observed. Based on the slip development, normalised S-N curves for bond fatigue have been deduced. These S-N curves can be set in direct relation to the S-N curves for steel fatigue and simplify creating constant life diagrams for design purposes. It becomes clear that the bond fatigue strength, due to an existing longitudinal crack, gains in importance in comparison to the fatigue strength of the reinforcing steel.

In the present thesis, fatigue behavior of nodular cast iron (NCI) is investigated using micromechanical simulations. An elastic-plastic porous material experiences an increase in a void volume fraction with each cycle of loading. This is called void ratchetting. The hypothesis of this thesis is to explain the fatigue failure of NCI using void ratchetting mechanism. The strain-life, stress-life, notch support effect, and fatigue crack growth are studied using the micromechanical simulations. In all these studies, matrix material is defined as an elastic-plastic with isotropic/kinematic hardening. No damage law is used to define material degradation. The axisymmetric cell model is developed to study strain-life and stress-life approaches for fatigue. The cell model is subjected to cyclic loading and cycle by cycle simulations are carried out until failure. The failure of the cell model is defined based on the drop in the macroscopic response of the cell model. The notch support effect is investigated using a 2D plane strain model within stress-life concept. From the simulation results, strain-life and stress-life curves are extracted, and they are in qualitative and quantitative agreement with experimental data collected from literature. The fatigue crack growth is studied using a micromechanical cell model under small scale yielding conditions. The graphite particles are considered as voids, and they are resolved discretely in fracture process zone. The region outside of the fracture process zone is considered as a homogenized medium. When positive alternating loads are applied, ligaments in the fracture process zone show ratchetting behavior, which is responsible for an effective fatigue crack growth. This mechanism is relevant for the fatigue crack growth in NCI. The 2D plane strain boundary layer model is able to predict the effect of load ratio on threshold for the fatigue crack growth and the fatigue crack growth rate. The fatigue crack growth rate curves obtained from the simulations are compared with experimental data. It is essential to note that the void ratchetting (plastic collapse of the intervoid ligaments) is a crucial mechanism in NCI and more focus should be given to this mechanism as it is simple to implement and gives satisfying simulation results.

Durch erstmalige Anwendung des η-Umlaufverfahrens auf mechanisch ermüdete Ni-Polykristalle konnten – aufgrund konstanter Meßbedingungen und konstanter Eindringtiefe der Röntgenstrahlung – genauere Eigenspannungsmessungen durchgeführt werden als bisher. Ein speziell entwickeltes Auswertungsverfahren, das auf die Eigenspannungsanalyse von η-Umlaufmessungen abgestimmt ist, wird als „sin2η-Methode“ detailliert vorgestellt. Die experimentellen Resultate unterstreichen die Vorteile, die sich – besonders im Falle sehr geringer Eigenspannungen und wenn auch der dehnungsfreie Ausgangszustand (d0 -Wert) gemessen werden konnte – aus der Nutzung dieser Methode ergeben. Mit Hilfe des magnetischen Barkhausen-Rauschens durchgeführte Vergleichsuntersuchungen stehen im Einklang mit den röntgenographischen Messungen. / When applying the η-rotation-method to mechanically fatigued Ni polycrystals the first time, stress measurements with higher accuracy could be realized due to the constant penetration depth of the X-rays and because of constant measuring conditions. A specifically developed procedure, tuned to analyze residual stresses from η-rotation measurements, will be presented in detail as „sin2η-method“. The experimental results emphasize the benefits of using this method – especially in the case of very low residual stresses and if the initial strain-free state (d0 -value) was obtained from reference measurements. Comparative investigations by means of the magnetic Barkhausen noise agree with the X-ray measurements.

Gegenstand dieser Dissertation ist die Etablierung des Elastizitätsmoduls als Parameter, der qualitative Aussagen über den Schädigungszustand des Baustoffs Straßenbeton ermöglicht. Zu diesem Zweck erfolgte eine systematische Ermüdung von labormaßstäblichen Betonprobekörpern bei zeitgleicher Messung des Elastizitätsmoduls mit Hilfe von unterschiedlichen Verfahren. Im ersten Schritt wurde ein Versuchsprogramm entwickelt, mit dem Probekörper mittels des Spaltzug-Schwellversuchs gezielt in einen definierten Ermüdungszustand versetzt werden können. Hierfür wurde der Parameter des Grenz-Elastizitätsmoduls definiert, welcher, wenn er unterschritten wird, zum Pausieren des Versuchs führt. In diesen systematisch eingehaltenen Lastpausen erfolgten begleitende Untersuchungen der Ultraschalllaufzeit und der Eigenfrequenz zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls der Probekörper während des Ermüdungsvorganges. Es zeigt sich zwischen den Ergebnissen aller untersuchten Verfahren eine sehr gute Synchronität hinsichtlich des qualitativen ermüdungsbedingten Verlaufs des Elastizitätsmoduls. Die vier angewandten Verfahren, die sich voneinander unabhängiger physikalischer Phänomene bedienen, ermöglichen neben einer qualitativen Aussage über die Schädigung des Materials die Bestimmung von Absolutwerten des Elastizitätsmoduls. Je nach verwendetem Verfahren weichen die absoluten Elastizitätsmoduln leicht voneinander ab. Der Elastizitätsmodul bestätigt sich als geeigneter Parameter zur Beschreibung der Degradation des Baustoffs Straßenbeton im Zuge des Ermüdungsprozesses. Im zweiten Schritt wurden der Einfluss längerer Lastpausen sowie die Verminderung der Betonfestigkeit im Zuge der Materialermüdung tiefergehend untersucht. Es wurde festgestellt, dass längere Lastpausen in der zyklischen Belastung einen signifikanten Einfluss auf den ermüdungsbedingten Verlauf des Elastizitätsmoduls haben können. Weiterhin legen die Untersuchungen nahe, dass es im Zuge einer starken Ermüdung zu einer zum Teil signifikanten Verminderung der Festigkeit kommt. Als Resultat der Untersuchungen konnten sowohl ein Verfahren zur Bestimmung charakteristischer Verläufe für die Verminderung des Elastizitätsmoduls als auch ein Verfahren zur Abschätzung der materialspezifischen Verminderung der Festigkeit im Zuge der Ermüdung entwickelt werden. Diese Verfahren könnten zukünftig den Regelwerken der RSO Beton und der RDO Beton zugeführt werden, um die ermüdungsbedingte zeitliche Entwicklung des Elastizitätsmoduls und der Festigkeit in den durch die Regelwerke festgeschriebenen Prognose- und Dimensionierungsprozessen zu berücksichtigen. Durch die Einbeziehung zeitlich veränderlicher Werte im Prognoseverfahren, welches als Grundlage für die RSO Beton dienen soll, wird in dieser Dissertation exemplarisch gezeigt, dass die Berücksichtigung der Auswirkungen der Betonermüdung auf diese für die Prognose und die Dimensionierung von Betonfahrbahnbefestigungen sehr relevanten Parameter zur signifikanten Erhöhung der Ausfallrate gegenüber der Verwendung konstanter Werte führen kann. / The subject of this doctoral dissertation is the establishment of the elastic modulus as a parameter that enables qualitative statements about the state of damage of the concrete pavement building material. For this purpose, a systematic fatigue of laboratory-scale concrete specimens was carried out with simultaneous measurement of the elastic modulus by means of different methods. In the first step, a test program was developed for the targeted and systematic fatigue of concrete specimens by means of the cyclic indirect tensile test. For this purpose, a limit value for the elastic modulus was defined. When the elastic modulus fell below the limit, the test was paused to perform accompanying investigations of the ultrasonic transit time and the natural frequency in order to determine the change of the elastic modulus of the specimens during the fatigue process. There is a very good synchronicity between the results of all investigated methods for the qualitative determination of the elastic modulus. The four methods applied, which make use of physical phenomena that are independent of each other, allow, in addition to a qualitative statement about the damage to the material, the determination of absolute values of the elastic modulus. Although there are slight differences between the methods for the determination of the elastic modulus, it is confirmed as a suitable parameter for describing the degradation of the concrete pavement building material in the course of the fatigue process. In the second step, the influence of longer loading pauses and the reduction of concrete strength due to material fatigue were investigated in more detail. It was found that longer loading pauses during cyclic loading can have a significant influence on the fatigue-related course of the elastic modulus. Furthermore, the investigations suggest that in the course of severe fatigue there is a sometimes significant reduction in strength. As a result of the investigations, both a method for determining characteristic curves for the reduction of the elastic modulus and a method for estimating the material-specific reduction of strength in the course of fatigue could be developed. In the future, these methods could be implemented into the RSO Beton and RDO Beton regulations in order to take into account the fatigue-related temporal development of the elastic modulus and the strength in the forecasting and dimensioning processes specified by the regulations. By including time-varying values in the forecasting procedure, which is to serve as the basis for the RSO Beton, this doctoral dissertation exemplifies that the consideration of the effects of concrete fatigue on these very relevant parameters for the forecasting and dimensioning of concrete pavements, can lead to the significant increase of the failure rate compared to the use of constant values.

2022 fanden die 9. Jahrestagung des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) sowie das 61. DAfStb-Forschungskolloquium am 26. und 27. September in Dresden direkt im Vorfeld der 14. Carbon- und Textilbetontage statt. Gastgeber waren die Institute für Baustoffe (IfB) und Massivbau (IMB) der Technischen Universität Dresden. Thematische Schwerpunkte waren Impaktbelastungen, Ingenieurbau, Ermüdung und Dauerhaftigkeit, Frischbeton und Rheologie, additive Fertigung und Sensorik sowie Carbonbeton. Der vorliegende Tagungsband enthält alle Beiträge in deutscher oder englischer Sprache.:Themenschwerpunkt Impakt Cesare Signorini, Viktor Mechtcherine: Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: The vision of the DFG GRK 2250 Ahmed Tawfik, Viktor Mechtcherine: On the shear behavior of mineral-bonded composites under impact loading Lena Leicht: Charakterisierung von mineralisch gebundenen Kompositen zur Impaktdämpfung Franz Bracklow: Rückseitige Verstärkung von Stahlbetonplatten unter Impaktbeanspruchung Themenschwerpunkt Ingenieurbau Steffen Marx: Ingenieurbau im Bestand Conrad Pelka: Sanierung von Gewölbebrücken Max Herbers: Langzeitverformung semi-integraler Talbrücken – Messung und Simulation Fabian Klein: Modellierung der Torsionstragfähigkeit segmentierter Betontürme auf Basis der Wölbtheorie dünnwandiger Stäbe Jan-Hauke Bartels: Robuste, lebensdauerumfassende Monitoringkonzepte für Offshore-Windenergieanlagen Themenschwerpunkt Ermüdung und Dauerhaftigkeit Dominik Junger, Viktor Mechtcherine: Ermüdungsverhalten von hochduktilem Kurzfaserbeton Raúl Beltrán: Untersuchung von ermüdungsbedingten Veränderungen der Ultraschallgeschwindigkeit in Beton Marc Koschemann: Rissbreitenentwicklung unter Langzeitbelastung anhand lokaler Verbundbeziehungen Daniel Gebauer: Rissbildung und Rissbreitenentwicklung bei Stahlbetonbauteilen unter verformungsinduziertem Zwang Michaela Reichardt, Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Wasserbauwerken durch faserbewehrte, zementgebundene Komposite Themenschwerpunkt Frischbeton und Rheologie Rolf Breitenbücher, Udo Wiens, Mirsada Omercic: Wandel im Betonbau – Aktuelle Herausforderungen Daniil Mikhalev, Viktor Mechtcherine, Dario Cotardo, Michael Haist: Pumpverhalten und Blockierungsneigung von Beton: Erkenntnisse aus Großversuchen Irina Ivanova, Silvia Reißig, Viktor Mechtcherine: Vergleich von Bewertungsmethoden für die rheologischen Eigenschaften von frisch gedrucktem Beton Slava Markin, Viktor Mechtcherine: Rissbildung in 3D-gedruckten Betonelementen infolge plastischen Schwindens: Ursachen und Quantifizierungsmethoden Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Alternative mineralische Baustoffe – Potentiale und Eigenschaften Themenschwerpunkt Additive Fertigung und Sensorik Viktor Mechtcherine: Additive Fertigung mit Beton Tobias Neef, Viktor Mechtcherine: Additiv gefertigter Carbonbeton mit mineralischer Tränkung der Garne Egor Ivaniuk, Viktor Mechtcherine: Formwork-free, continuous production of variable frame elements for modular shell structures Markus Taubert, Viktor Mechtcherine: 3D-druckbarer Normalbeton mit grober Gesteinskörnung Sebastian Hegler, Marco Liebscher, Viktor Mechtcherine, Dirk Plettemeier: Rissdetektion und -lokalisierung in Betonstrukturen mittels Auswertung elektromagnetischer Hochfrequenzwellen Themenschwerpunkt Carbonbeton Norbert Will: DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit Nichtmetallischer Bewehrung“ – Von Forschung und Pilotprojekten zum Regelwerk Nazaib Ur Rehman, Harald Michler: Existing codes and guidelines for durability design of FRP reinforcement Peter Betz: Carbonbeton unter Druck – Einfluss von Querdruck und Querzug Enrico Baumgärtel: Untersuchung von Stäben und Gelegen aus rezyklierten Carbonfasern Iurii Vakaliuk: Use of pervading internal shell-type substructures to dissolve compact components / 2022, the 9th Annual Conference of the Deutscher Ausschusses für Stahlbeton (German Committee for Reinforced Concrete, DAfStb) and the 61st DAfStb Research Colloquium took place on 26 and 27 September in Dresden directly in the run-up to the 14th Carbon and Textile Concrete Days. It was hosted by the Institutes for Building Materials (IfB) and Concrete Structures (IMB) of the Technische Universität Dresden. The main topics were impact loads, civil engineering, fatigue and durability, fresh concrete and rheology, additive manufacturing and sensor technology as well as carbon reinforced concrete. The present conference proceedings contain all contributions in German or English.:Themenschwerpunkt Impakt Cesare Signorini, Viktor Mechtcherine: Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: The vision of the DFG GRK 2250 Ahmed Tawfik, Viktor Mechtcherine: On the shear behavior of mineral-bonded composites under impact loading Lena Leicht: Charakterisierung von mineralisch gebundenen Kompositen zur Impaktdämpfung Franz Bracklow: Rückseitige Verstärkung von Stahlbetonplatten unter Impaktbeanspruchung Themenschwerpunkt Ingenieurbau Steffen Marx: Ingenieurbau im Bestand Conrad Pelka: Sanierung von Gewölbebrücken Max Herbers: Langzeitverformung semi-integraler Talbrücken – Messung und Simulation Fabian Klein: Modellierung der Torsionstragfähigkeit segmentierter Betontürme auf Basis der Wölbtheorie dünnwandiger Stäbe Jan-Hauke Bartels: Robuste, lebensdauerumfassende Monitoringkonzepte für Offshore-Windenergieanlagen Themenschwerpunkt Ermüdung und Dauerhaftigkeit Dominik Junger, Viktor Mechtcherine: Ermüdungsverhalten von hochduktilem Kurzfaserbeton Raúl Beltrán: Untersuchung von ermüdungsbedingten Veränderungen der Ultraschallgeschwindigkeit in Beton Marc Koschemann: Rissbreitenentwicklung unter Langzeitbelastung anhand lokaler Verbundbeziehungen Daniel Gebauer: Rissbildung und Rissbreitenentwicklung bei Stahlbetonbauteilen unter verformungsinduziertem Zwang Michaela Reichardt, Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Wasserbauwerken durch faserbewehrte, zementgebundene Komposite Themenschwerpunkt Frischbeton und Rheologie Rolf Breitenbücher, Udo Wiens, Mirsada Omercic: Wandel im Betonbau – Aktuelle Herausforderungen Daniil Mikhalev, Viktor Mechtcherine, Dario Cotardo, Michael Haist: Pumpverhalten und Blockierungsneigung von Beton: Erkenntnisse aus Großversuchen Irina Ivanova, Silvia Reißig, Viktor Mechtcherine: Vergleich von Bewertungsmethoden für die rheologischen Eigenschaften von frisch gedrucktem Beton Slava Markin, Viktor Mechtcherine: Rissbildung in 3D-gedruckten Betonelementen infolge plastischen Schwindens: Ursachen und Quantifizierungsmethoden Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Alternative mineralische Baustoffe – Potentiale und Eigenschaften Themenschwerpunkt Additive Fertigung und Sensorik Viktor Mechtcherine: Additive Fertigung mit Beton Tobias Neef, Viktor Mechtcherine: Additiv gefertigter Carbonbeton mit mineralischer Tränkung der Garne Egor Ivaniuk, Viktor Mechtcherine: Formwork-free, continuous production of variable frame elements for modular shell structures Markus Taubert, Viktor Mechtcherine: 3D-druckbarer Normalbeton mit grober Gesteinskörnung Sebastian Hegler, Marco Liebscher, Viktor Mechtcherine, Dirk Plettemeier: Rissdetektion und -lokalisierung in Betonstrukturen mittels Auswertung elektromagnetischer Hochfrequenzwellen Themenschwerpunkt Carbonbeton Norbert Will: DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit Nichtmetallischer Bewehrung“ – Von Forschung und Pilotprojekten zum Regelwerk Nazaib Ur Rehman, Harald Michler: Existing codes and guidelines for durability design of FRP reinforcement Peter Betz: Carbonbeton unter Druck – Einfluss von Querdruck und Querzug Enrico Baumgärtel: Untersuchung von Stäben und Gelegen aus rezyklierten Carbonfasern Iurii Vakaliuk: Use of pervading internal shell-type substructures to dissolve compact components

Ein zentraler Baustein zur Reduktion von CO2-Emissionen ist der Ausbau der erneuerbaren Energien, insbesondere der Windenergie. Forschungsbedarf besteht dabei bei der ressourceneffizienten Herstellung der Turmstrukturen. Bei Nabenhöhen von über 100 Metern sind Hybridtürme aus vorgespannten Stahlbetonsegmenten die geeignetste Konstruktion. Hierfür ist jedoch eine genaue Kenntnis des Ermüdungsverhaltens von Beton erforderlich. In der Literatur existieren überwiegend Untersuchungen an kleinformatigen zylindrischen Probekörpern, deren Ergebnisse nur bedingt auf die großmaßstäblichen Bauteile übertragen werden können. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden daher zum einen Großversuche mit zyklisch biegebeanspruchten, vorgespannten Betonbalken sowie Begleitversuche an zylindrischen Probekörpern und zum anderen numerische Simulationen der Balkenversuche durchgeführt. Das numerische Materialmodell wurde aufbauend auf einem additiven Dehnungsmodell im Finite-Elemente-Programm ANSYS Mechanical in einem iterativen Berechnungsablauf implementiert. Die Betondehnungen setzen sich hierbei aus vier Anteilen zusammen, einem elastischen, einem plastischen, einem viskosen und einem Temperaturdehnungsanteil. Somit konnte der kombinierte Einfluss der Anteile auf das Ermüdungsverhalten von Beton dargestellt werden. In den Großversuchen konnte bei den Balkenprobekörpern ein Ermüdungsversagen der Betondruckzone erzeugt werden, das sich an dieser Stelle durch Risse parallel zur Drucknormalspannung sowie teilweises Abplatzen der Betondruckzone, die der größten Spannungsschwingbreite ausgesetzt war, einstellte. Es zeigte sich, dass dies erst nach deutlich mehr Lastwechseln eintrat als bei den axial beanspruchten Betonzylindern in den zyklischen Begleitversuchen mit derselben Spannungsschwingbreite. Dies ist auf die Spannungsumlagerung zurückzuführen, die im Querschnitt aufgrund der ermüdungsbedingten Materialdegradation und Steifigkeitsverringerung der stark beanspruchten Randbereiche stattfand. In den Begleitversuchen wurden die Materialparameter für das numerische Modell ermittelt, mit dem im Anschluss die Balkenversuche nachgerechnet wurden. Es konnten die in den Versuchen beobachteten Effekte der Steifigkeitsdegradation und Spannungsumlagerung und die daraus resultierende Lebensdauerverlängerung nachgebildet werden. Das Modell kann somit für weitergehende Lebensdaueruntersuchungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen verwendet werden.:ABSCHLUSSBERICHT 1 Allgemeine Angaben 2 Zusammenfassung / Summary 3 Wissenschaftlicher Arbeits- und Ergebnisbericht 4 Veröffentlichte Projektergebnisse