Fachthema 1 motivation Zahlreiche Untersuchungen zeigen, dass es im Beton, wie auch bei anderen Materialien, durch zyklisch-mechanische Beanspruchungen zu Deformations-und Schädigungsprozessen kommt, welche zum Versagen des Bauteils oder Probekörpers führen können. Dieser Versagenszustand tritt selbst bei Beanspruchungszuständen weit unterhalb der Materialfestigkeitsgrenze ein und wird als Ermüdung bezeichnet [1]. Während die Dehnungsentwicklung sowie die Steifigkeitsdegradation bei Ermüdungsversuchen an Betonprobekörpern hinreichend bekannt sind [2], sind die Schädigungsprozesse in der Meso-und der Mikroebene im Innern der Probekörper noch nicht ausreichend untersucht. Einen Hinweis auf innere Reibvorgänge liefern die von von der Haar et al. [3] sowie Elsmeier [4] dokumentierten Probekörpererwärmungen infolge zyklischer Beanspruchungen. Um diese Probekörpererwärmung energetisch untersuchen zu können, wird in dieser Publikation eine Methodik beschrieben und in einem Algorithmus umgesetzt, mit dem die vom Probekörper dissipierte Energie bestimmt werden kann. Anschließend werden für durchgeführte Ermüdungsversuche an Betonprobekörpern die Entwicklungen der mit jedem Lastzyklus dissipierten Energie über die Versuchslauf-zeit dargestellt und mit der Probekörpererwärmung verglichen. Bild 1 Ideal-elastischer Werkstoff (aus [5]) Ideal elastic material (acc. to [5]) Bild 2 Elasto-plastischer Werkstoff (aus [5]) Elasto-plastic material (acc. to [5]) Bild 3 Spannungs-Dehnungslinie von Beton (aus [5]) Stress-strain curve of concrete (acc. to [5]) Bild 4 Dissipationsenergie bei zyklischen Versuchen (schematische Darstellung) [3] Dissipation energy of cyclic tests (schematic diagram) [3]

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Bauwerke sind ständigen statischen und dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt. Dynamische Beanspruchungen ergeben sich aus zeitlich variierenden Belastungsgrößen wie zum Beispiel Wind-oder Wellenangriff bei Offshore-Windkraftanlagen oder aber Schwerlastverkehr auf Brücken, woraus sich über die gesamte Lebenszeit des Bauwerks von bis zu 10 9 Lastwechsel ergeben können [1]. Für diese dynamischen Beanspruchungen ist der Ermüdungswiderstand des Betons von Bedeutung, der durch Wöhlerversuche ermittelt wird, bei denen die Probekörper durch lastgesteuerte Ermüdungsversuche zyklisch mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind. Dabei wird Probekörpern aufgrund ihres visko-elastoplastischen Materialverhaltens Energie zugeführt. Diese teilt sich auf in einen reversiblen-elastischen, einen nichtreversiblen-plastischen sowie einen viskosen Anteil, der in der Probe zu einem großen Teil in Wärme umgewandelt wird. Die zugeführte Wärmeenergie ist von der Belastungsgröße, der Belastungsfrequenz, den Betonmaterialparametern sowie dem konvektiven und radiativen Wärmeübergang an die Umgebung (Raumluft, Umfassungsflächen) abhängig. Versuche zeigen, dass Belastungsfrequenzen von f p = 10 Hz bereits zu hohen Probekörpertemperaturen von ca. 70 °C [1] führen können. Durch diese Erwärmung des Betons kann es zum vorzeitigen Versagen der Probe kommen [1, 2]. So kann die Betonfestigkeit bei 100 °C gegenüber einer Temperatur von 20 °C um 25 % verringert sein, bei 80 °C um 15 % [3]. Das bedeutet, dass die gegenwärtigen dynamischen Belastungsprüfungen mit sehr hohen Lastwechselzahlen und demzufolge hohen Betonprobekörpertemperaturen ungenau sind. Um zu-künftig realitätsnahe Widerstandsgrößen für zyklische Beanspruchungen zu erhalten, müssen die Ursachen und Einflussgrößen dieser übermäßigen Erwärmung mit geeigneten Methoden untersucht werden [4-7]. In aktuellen Untersuchungen wird die Hypothese vertreten, dass die Probekörpererwärmung durch dissipierte Energie erfolgt und die Erwärmung im Zusammenhang mit der Schädigung und dem Versagen steht [6, 7]. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurden Messungen in einem Versuchsstand sowie numerische Simulationen durchgeführt, die folgend vorgestellt werden. 2 Voruntersuchungen Materialparameter Für die numerischen Simulationen ist die möglichst genaue Kenntnis der Materialparameter unabdingbar. Aufgrund der starken Erwärmung des Betons konnten hier aber nicht die üblichen statischen Tabellenwerte verwendet werden. Daher wurden die für die Simulationen relevanten bauphysikalischen Parameter Wärmeleitfähigkeit λ, spezifische Wärmekapazität c und der Temperaturausdehnungskoeffizient α T,B des Betons temperaturabhängig gemessen. 2.1 Wärmeleitfähigkeit Die Wärmeleitfähigkeit λ des Betongefüges, bestehend aus Zementstein, Gesteinskörnung sowie dem Porenraum mit dem Porenwasser, ist temperaturabhängig. Diese Temperaturabhängigkeit ist unter anderem durch die unterschiedliche Feuchtekonzentration und auch Feuchteverteilung im Betongefüge bei unterschiedlichen Im vorliegenden Beitrag werden Messungen und Berechnun...

Vorgestellt wird ein Ansatz, der eine Bewertung der thermischen Behaglichkeit auch unter komplexen, inhomogenen raumklimatischen Verhältnissen unter Berücksichtung der menschlichen Physiologie zulässt. Dabei wird die Strömungssimulation an ein numerisches Modell (UC Berkeley Comfort Model), welches die Thermoregulation des menschlichen Körpers abbildet, gekoppelt. Mit Hilfe der Strömungssimulation können die klimatischen Bedingungen in Räumen detailliert ermittelt werden. Darauf basierend können durch das Thermoregulationsmodell die Temperaturverteilung im menschlichen Körper, die resultierende Wärmeabgabe an die Umgebung sowie die thermische Behaglichkeit bestimmt werden. Beispielhaft wird dieser Ansatz bei der Simulation der thermischen Behaglichkeit sowie des Empfindens bei einer Flächenkühlung angewendet.Simulation and measurement of thermal comfort. An approach is introduced, which enables the assessment of thermal comfort considering the complex and inhomogeneous climatic conditions in buildings as well as the human physiology. Computational fluid dynamic is linked with a numerical model representing the thermophysiological behavior of the human body (UC Berkeley Comfort Model). By dint of CFD, the climatic conditions in buildings are simulated with a detailed resolution. Basing on the simulations, the thermophysiological model is able to determine the temperature distribution of the human body, the heat flux to the environment as well as thermal comfort. The approach is used for the exemplified investigation of thermal comfort and sensation in a room equipped with a radiant cooling floor.

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