Die Tragfähigsten kommen aus Dresden

Auf dem PrüfstandAuf dem Prüfstand: Platte aus Dresden

In Kaiserslautern trafen sich in der vergangenen Woche rund 180 Professoren und NachwuchswissenschaftlerInnen zum Doktorandensymposium 2010 des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton. Dabei ging es – natürlich – um den Austausch wissenschaftlicher Ergebnisse, aber es gab auch zwei Wettbewerbe. Zum einen war ein Preis „Wissenschaftsreportage“ ausgeschrieben – weil „kreative und innovative Leistungen der Bauforschung in der Öffentlichkeit oftmals keine angemessene Beachtung finden“. Darauf werden wir im BauBlog noch zurückkommen, aber soviel sei schon verraten: Für einen ersten Platz reichte es leider nicht, aber zwei der fünf Dresdner Delegierten wurden mit einem Sonderpreis ausgezeichnet: Dipl.-Ing. Gregor Schacht und Dipl.-Ing. Alexander Lindorf. Wie gesagt: Ihre Reportagen werden hier folgen!

Siegreich war das Dresdner Team aber im zweiten Wettbewerb. Wie am Freitag schon quasi live getwittert, schnitten die Dresdner beim UHPC-Wettbewerb am besten ab. UHPC steht für Ultra High Performance Concrete, zu deutsch Ultrahochfester Beton. Beim Wettbewerb ging es darum, eine punktgelagerte Platte aus Hochleistungsbeton anzufertigen, die bei geringem Gewicht eine möglichst hohe Tragfähigkeit erzielt. 30 Kilo sollte die Platte selbst höchstens wiegen, die Abmessungen waren natürlich auch festgelegt: genau 1400 mm x 800 mm. Drei unterschiedliche Platten hatte das Dresdner Team hergestellt – wobei eine leicht über 30 Kilogramm wog und von vornherein mit der Bemerkung eingeschickt wurde: „Wir wissen, dass sie zu schwer ist – aber bitte prüft sie dennoch außerhalb der Wertung!“

Die Nachwuchsforscher vom Institut für Massivbau und dem Institut für Baustoffe hatten freilich mit allen drei Platten die Nase vorn. Frank Schladitz vom Institut für Massivbau: „Das war eine echte Teamarbeit. Neben mir und Dr. Marko Butler vom Institut für Baustoffe als Betreuer haben vor allem die beiden Studenten Mario Liebelt und Marc Koschemann geholfen, das Projekt zu realisieren!“ Außerdem mit dabei beim Betonieren waren Rainer Belger, Daniel Ehlig, Dr. Frank Jesse, Enrico Lorenz, Katrin Schwiteilo und Dr. Kerstin Speck. 29,93 Kilonewton pro Quadratmeter betrug die Traglast von Dresden II – mehr als doppelt soviel wie die des Zweitplatzierten vom Team Braunschweig (14,2 kN/qm) und mehr als das Dreifache des Drittplatzierten (Firma durcrete, 8,83 kN/qm). Alle drei Platten wogen annähernd gleich viel: ca 29,5 kg. (Die anderen beiden Platten aus Dresden lagen mit 27,38 kN/qm und 25,14 kN/qm ebenfalls weit über den Werten des Feldes – aber gewertet wurden die Mannschaftsleistungen.)

Woran es lag, dass die Dresdner Bauingenieure so gut abschnitten? „Wir haben hier das Know-how sowohl im Bereich UHPC als auch Textilbeton. Die Siegerplatte war hergestellt aus einem UHPC mit einer dreilagigen Carbonbewehrung: Die Mischung macht’s!“

Numerical models of localized deformations

UVS
15. Juni 2010

Im Rahmen der Seminarreihe des SFB 528 spricht am 21.6.2010 Prof. Dr. Jerzy Pamin vom Institut for Computational Civil Engineering der Cracow University of Technology über „Numerical models of localized deformations“. Die Veranstaltung beginnt um 13.30 Uhr im Raum C204, Willers-Bau (Zellescher Weg 12/14). Wie üblich, hier der englischsprachige Abstract:

The lecture is a short overview of problems related to the numerical analysis of localized deformations. Attention is focused on quasi-brittle and frictional materials. After defining the localization phenomenon and providing its theoretical interpretation, the problem of pathological mesh sensitivity of finite element simulations is illustrated.

Two selected gradient-enhanced plasticity and damage models are presented as possible solutions of the problem of well-posedness loss of the (I)BVP, caused by material instability. In the gradient plasticity formulation a Laplacian-dependent yield condition is used and in the gradient damage theory an additional averaging equation for an equivalent strain measure is employed. Finite element formulations of both models are derived.

Selected applications of the models in the numerical simulation of strain localization are then presented. A one-dimensional tensile bar benchmark and a reinforced concrete beam in four-point bending are used to confront the features of the models. Moreover, a slope stability test is simulated using gradient plasticity and a Brazilian split test is computed using gradient damage. The discussion of wave dispersion and localization in dynamics completes the lecture.

Probabilistic Nano-Mechanics Based Theory of Quasibrittle Structure Strength, Lifetime and Fatigue

Prof. Zdenek Bazant
Prof. Zdenek Bazant

Im Rahmen der SFB528-Seminarreihe wird Prof. Zdenek Bazant (Northwestern University) am 21.07.10 um 11:10 Uhr im Willers-Bau, Zellescher Weg 12/14 (WIL/A317/H) einen Vortrag zum Thema Probabilistic Nano-Mechanics Based Theory of Quasibrittle Structure Strength, Lifetime and Fatigue halten.

Abstract: The size effect on structural strength and its statistical distribution is a complex problem for quasibrittle materials because their failure behavior transits from quasi-ductile at small sizes to brittle at large sizes. These are heterogeneous materials with brittle constituents in which the inhomogeneinty size is not negligible compared to the structure size. They are exemplified by concrete, as the archetypical example, fiber composites, coarse-grained ceramics, rocks, sea ice, wood, bone, foam, masonry etc., and all brittle materials at the micro- or nano-scale. The lecture begins by reviewing the statistical and energetic size effect on the mean strength of quasibrittle structures. Based on the frequency or probability of nano-crack jumps and multiscale transition to material scale, the type of probability distribution of structural strength is shown to depend on the structure size and geometry. On the scale of the representative volume element of material, the probability distribution of strength is found to be Gaussian, with a remote Weibullian tail. For increasing structure size, the Weibullian portion gradually spreads into the Gaussian core and, for very large sizes, the distribution becomes purely Weibullian. Presenting an atomistic derivation of the power law for creep crack growth, it is further shown that a similar change of distribution occurs for structure lifetime. Numerous experimental results and well as numerical simulations support the theory. One practical consequence is that the safety factors for large quasibrittle structures, e.g. concrete structures, airframes or ship hulls made of composites, and ceramic micro-devices, must depend on their size and shape. Another is that the lifetime can be predicted from tests of size effect on the mean short-time strength and of creep crack growth rate. The theory is also extended to the size dependence of Paris law and Basquin law for fatigue fracture and statistics of fatigue lifetime. An interesting mathematical analogy that facilitates assessment of lifetime of new nano-scale high-k dielectrics is pointed out. Finally, the implications for computer analysis of failure probability of large quasibrittle structures are pointed out.

BIO-SKETCH: Born and educated in Prague (Ph.D. 1963), Bažant joined Northwestern in 1969, where he has been W.P. Murphy Professor since 1990 and simultaneously McCormick Institute Professor since 2002, and Director of Center for Geomaterials (1981-87). He was inducted to National Academy of Sciences, National Academy of Engrg.and Am. Acad. of Arts & Aci., as well as Italian Nat. Acad. (dei Lincei), Austrian Acad. of Sciences, Czech Acad. of Engrg., Spanish Royal Acad. of Eng., Eur. Acad. of Sci. & Arts, and Istituto Lombardo. An ASCE Hon. Member and Illinois Registered Structural Engineer, he received six honorary doctorates (Prague, Karlsruhe, Colorado, Milan, Lyon, Vienna), ASCE von Karman, Newmark, Croes Medals and Lifetime Achievement Award, SES Prager Medal, ASME Timoshenko, Warner and Nadai Medals, RILEM L’Hermite Medal, Torroja Medal, etc. He authored six books: Scaling of Structural Strength, Inelastic Analysis, Fracture and Size Effect, Stability of Structures, Concrete at High Temperatures, and Concrete Creep. With H-index 52 and >13,600 citations, he is one of top 100 ISI Highly Cited Scientists in engineering (www.ISIhighlycited.com).