Numerische Simulation von Rissausbreitung

Numerische Simulation der Rissausbreitung in flexiblen Asphaltbefestigungen Infolge von Verkehrslasten

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Pengfei Liu

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Im Rahmen von Funktionsbauverträgen sind Auftragnehmer dazu verpflichtet, die Funktionen einer Straße über die vereinbarte Vertragslaufzeit zu erhalten. Die dadurch herbeigeführte Risikoverschiebung vom Auftraggeber zum Auftragnehmer erfordert ein Verfahren, das eine Schadensprognose und Abschätzung der Nutzungsdauer einer Verkehrswegebefestigung ermöglicht und die Bau- und Erhaltungskosten des Auftragnehmers reduziert. In diesem Zusammenhang können Analyseverfahren, die es erlauben, das Verhalten von Straßen im Computer zu simulieren und Aufbau sowie Materialien zu optimieren, einen wichtigen Beitrag zu einer wirtschaftlicheren und sicheren Bemessung von Straßenbefestigungen liefern. Eine rechnerische Analyse und Bemessung von flexiblen Straßenbefestigungen erfolgt in Deutschland derzeit nach der RDO Asphalt 09. In der RDO Asphalt 09 wird ein besonderes Augenmerk auf eine realitätsnahe Beschreibung von Ermüdungserscheinungen an der Unterseite der Asphaltschichten infolge von Zugspannungen gelegt. Überschreitet die resultierende äußere Beanspruchung die Ermüdungsbeständigkeit des Asphaltes, entstehen Ermüdungsrisse (Rissbildung von oben und von unten). Die Rissentstehung und -fortpflanzung hängen von der Temperatur, der Spannung und dem Vermögen der Spannungsumlagerung innerhalb der Schichten ab. Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung von Grundlagen zur Simulation des Rissverhaltens von flexiblen Straßenbefestigungen. Mit diesen Grundlagen soll ein besserer Einblick in die komplizierten Zusammenhänge zwischen Mikrorissbildung, der Entstehung von Makrorissen und der Ausbreitung von Rissen vorgelegt werden. Dabei wird auf experimentell gestützte Erkenntnisse zum Rissverhalten von Asphalt und zur Rissausbreitung in üblichen Ermüdungsversuchen zurückgegriffen. Weiterhin sollen Grundlagen für eine verbesserte Übertragung der in diesen Ermüdungsversuchen erzielten Ergebnisse auf das Rissverhalten in realen Straßenbefestigungen erarbeitet werden. Mit diesen Grundlagen können wichtige Zusammenhänge für die Prognose von Lebensdauer und Restlebensdauer von flexiblen Straßenbefestigungen aufgestellt werden, die perspektivisch in die Substanzbewertung von Asphaltbefestigungen einfließen sollen.