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Bauingenieur - Ausgabe 12-2008, S. 513-522

Hochfrequente Dauerschwingversuche an großen Bauteilen

 Materialermüdung ist häufig die Ursache von Schadensfällen für Bauteile unter einer wiederholten zyklischen Belastung. Für große Bauteile, wie zum Beispiel Schrägkabel oder Spannglieder, wird ein ausreichender Widerstand gegen ein Ermüdungsversagen experimentell bestimmt. Richtlinien und Normen regeln den jeweiligen Versuchsablauf, in der Regel muss der Prüfkörper zwei Millionen Mal einer vorgegebenen Spannungsamplitude standhalten. Diese Dauerschwingversuche werden meist mit servo – hydraulisch gesteuerten Prüfvorrichtungen durchgeführt, die erzielbare Prüffrequenz ist jedoch gering, meist im Bereich von einem Lastzyklus pro Sekunde. Ein Dauerschwingversuch mit zwei Millionen Lastwechseln und einer Prüffrequenz von einem Hertz dauert demnach 23 Tage. Der Betrieb des Hydraulikaggregates und die Kühlung des Hydrauliköls erfordern für die Versuchsdauer einen sehr hohen Energieeinsatz.Am Institut für Tragkonstruktionen der TU – Wien wurde eine neue Prüfmethode entwickelt, die wesentlich schnellere Prüffrequenzen bei einem gleichzeitig viel geringeren Energieeinsatz erlaubt. Die Nutzung des Resonanzeffektes ermöglicht eine Steigerung der Prüffrequenz bis zu einem Faktor von 40 und die Senkung des Energiebedarfs bis zu einem Faktor von 1 000. Die neu errichtete Versuchsanlage kann für Dauerschwingversuche an Zuggliedern mit einer maximalen Oberlast von 10 000 kN und für Biegeträger mit einer Oberlast bis zu 4 500 kN verwendet werden. Der vorliegende Aufsatz beschreibt erste Dauerschwingversuche für Litzenspannglieder und für Stahlbetonbiegeträger. Abschließend wird noch auf die Möglichkeit von dynamischen Versuchen an Druckgliedern eingegangen und eine mögliche Versuchsanordnung beschrieben.

High frequency fatigue tests on large structural elements

   Fatigue is one of the leading causes of failure in mechanical components and structures subjected to cycling loading. The testing of structural components e. g. stay cables for stay cable bridges under cyclic loading constitutes one of the most important fields of experimental mechanics. The testing of specimens with 2 to 20 million load cycles is only feasible for small specimens but not for large structural elements. Usually conventional servo-hydraulic testing machines are used, thus the testing time and energy consumption increase dramatically in regard to specimen size. The achievable testing frequency is lower than one cycle per second and the time to carry out two million load cycles amounts to approximately 23 days.A new approach to the testing of large structural elements by taking advantage of the resonance effect has been developed at the Institute for Structural Engineering at Vienna University of Technology. Testing frequencies up to 40 Hz will be possible and the energy consumption can be decreased dramatically by a factor of 1000. A research fund and the support of Vienna University of Technology allowed the construction of a testing set-up for dynamic fatigue tests on structures subjected to tension and bending. Dynamic loads up to 10 000 kN are possible for tensile structures and for bending structures loads up to 4 500 kN. The paper describes first tests and results on bending and tensile elements as well as the possibility of dynamic tests for structures subjected to pressure.

Autor(en):
Koeberl, B.; Pardatscher, H.; Abdellha, A. G. A.; Berger, J.; Novoszel, J.; Träger, W.; Kollegger, J.

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