Der Ermüdungsnachweis nach EN 1992-1-1 ist für tragende Bauteile zu führen, welche großen Spannungsschwingbreiten und/oder vielen Lastwechseln ausgesetzt sind. Die Nachweise für den Beton und für die Bewehrung werden separat geführt. Es stehen zwei alternative Nachweismethoden zur Verfügung.
Einführung
Der Nachweis für die Ermüdung von Stahlbetonbauteilen beruht auf der Grundlage eines expliziten Betriebsfestigkeitsnachweises (Nachweisstufe 3). Dieser Nachweis weist eine hohe Genauigkeit auf, benötigt dadurch jedoch einen hohen Rechenaufwand. Auf Grund dessen wurden zwei vereinfachte Nachweismethoden entwickelt um die Rechenzeit gering zu halten. Zum einen die Nachweisstufe 1, in der maximal zulässige Spannungsschwingbreiten definiert werden und zum Anderen die Nachweisstufe 2 in der ein vereinfachter Betriebsfestigkeitsnachweis geführt wird mit schädigungsäquivalenten Spannungen.
In RFEM6 sind die Nachweisstufe 1 und 2 implementiert.
Nachweisstufe 1 = Vereinfachte Nachweismethode
Für diesen Nachweis wird die häufige Einwirkungskombination 'GZG - Häufig' (Gl. 6.15b nach EN 1990) benötigt.
Für den Längsbewehrungsnachweis darf die maximale Stahlspannungsschwingbreite den in der Norm festgelegten Spannungsschwingbreitenwert nicht überschritten. Die Belastungen aus Biegung und Normalkraft sowie eine Interaktion aus Torsion, Biegung, Normalkraft und Schub werden jeweils nachgewiesen. Hierbei ist ΔσS,max die maximale Stahlspannungsschwingbreite und k1 der Faktor für die zulässige Spannungsschwingbreite
Der Schubnachweis wird mit und ohne Bewehrung geführt. Bei dem Nachweis ohne Querkraftbewehrung muss folgende Bedingung eingehalten werden.
Beim Nachweis mit Querkraftbewehrung darf die Querkraftspannungsschwingbreite die in der Norm festgelegte Spannungsschwingbreite nicht überschreiten.
Die Nachweise für die Betondruckspannung sowie der Nachweis für die Betondruckstreben müssen folgende Bedingung einhalten. Beim Betondruckstrebennachweis wird fcd,fat mit dem Faktor ν1 für Schubrisse abgemindert. Die Betondruckspannungen werden ermittelt aus den Biege- und Normalkräften, die Betondruckstrebenspannungen aus den Quer- und Torsionskräften.
Nachweisstufe 2 = Methode der schadensäquivalenten Spannungsschwingbreite
Für diesen Nachweis wird eine erweiterte Einwirkungskombination der häufigen 'GZG - Häufig' benötigt (Gl. 6.69 nach EN 1992-1-1).
Folgender Nachweis muss für die Längsbewehrung erfüllt werden. Die Belastungen aus Biegung und Normalkraft sowie eine Interaktion aus Torsion, Biegung, Normalkraft und Schub werden jeweils nachgewiesen.
Die schadensäquivalenten Schwingbreiten für N* Lastzyklen müssen kleiner sein als die zulässigen Spannungsschwingbreiten bei N* Lastspielen gemäß den Wöhlerlinien.
Der Schubnachweis wird mit und ohne Bewehrung geführt. Bei dem Nachweis ohne Querkraftbewehrung muss folgende Bedingung eingehalten werden.
Beim Nachweis mit Querkraftbewehrung darf die Querkraftspannungsschwingbreite die schadensäquivalente Schwingbreite gemäß Wöhlerlinie nicht überschreiten.
Die Nachweise für die Betondruckspannung sowie der Nachweis für die Betondruckstreben müssen folgende Bedingung einhalten. Die Betondruckspannungen werden ermittelt aus den Biege- und Normalkräften, die Betondruckstrebenspannungen aus den Quer- und Torsionskräften.
Modifizierung der Methode der schadensäquivalenten Spannungsschwingbreite
In den Bemessungskonfigurationen können folgende Parameter händisch angepasst werden. Diese wirken sich auf die Spannungsschwingbreiten aus.
Korrekturfaktor λs
Dieser schädigungsäquivalenter Faktor für Ermüdung stammt aus dem Brückenbau gemäß EN 1992-2 NN.2.1 und NN.3.1. Der Faktor erhöht die lasteinwirkende Spannungsschwingbreite. Berücksichtigt werden mit diesem Faktor das Verkehrsaufkommen, Lebensdauer und Spannweite der Tragelemente weiterhin die Fahrstreifenzahl, Verkehrsart und Oberflächenrauigkeit
Vorgabe der Lastzyklen
Die Anzahl der Zyklen hat einen Einfluss auf die zulässigen charakteristischen Spannungsschwingbreiten nach den Wöhlerlinien gemäß Tabelle 6.3N.
Zusammenfassung
Mittels des Ermüdungsnachweises ist es möglich die Spannungsdifferenzen durch Lastwechsel und die materialschwächenden Effekte durch hohe Lastanzahlen zu berücksichtigen. Mit den beiden oben genannten Nachweismethoden stehen zwei Möglichkeiten des vereinfachten Betriebsfestigkeitsnachweises zur Verfügung.
Hinweis
Der Ermüdungsnachweis wird mittels den Extremwerten einer oder mehrerer Ergebniskombinationen nachgewiesen. Für die Berechnung muss also mindestens eine Ergebniskombinationen angelegt werden.