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Detailergebnis zu DOK-Nr. 50071

Wachstum der Ermüdungsrisse in Fahrbahnbefestigungen (Orig. engl.: Fatigue crack growth in pavements)

Autoren	M.A. Castell A.R. Ingraffea L.H. Irwin
Sachgebiete	11.1 Berechnung, Bemessung, Lebensdauer 11.2 Asphaltstraßen

Journal of Transportation Engineering 126 (2000) Nr. 4, S. 283-290, 17 B, 4 T, 12 Q

Ein Festigkeitstest zur Abschätzung der Nutzungsdauer von Fahrbahnbefestigungen benötigt als Belastung eine dynamische Biegebeanspruchung mit einschichtigen Biegebalken als Probekörper. In diesem Beitrag werden die Unterschiede im Wachstum der Ermüdungsrisse in dem Biegebalken und der Fahrbahnbefestigung untersucht. Zur Analyse wird ein 2D Finite-Element-Methode-Programm (FEM) mit speziellen Bruchmechanik-Elementen angewendet. Bei der Berechnung wird ein isotropes linear elastisches Stoffverhalten vorausgesetzt. Das Bruchverhalten ist linear elastischer Art (LEFM). Untersucht wird die Rissfortpflanzung in dem Material unter einer zyklischen Belastung. Die Berechnung der Spannungs-Intensitäts-Faktoren (SIF) erfolgt für die drei Rissöffnungsarten infolge Zugbelastung, Schubbelastung und Torsionsbelastung unter Ansatz unterschiedlicher Risslängen. Mit dem FEM-Programm wurden die Systeme einschichtiger Biegebalken und mehrschichtige Fahrbahnbefestigung untersucht. Gezeigt wird, dass die Risswachstumsrate in der Fahrbahnbefestigung gegenüber der in dem Biegebalken für dieselbe maximale Längsdehnung sehr viel kleiner ist. Dieses Ergebnis stimmt mit den Ergebnissen von Laborversuchen und Feldbeobachtungen überein. In der Fahrbahnbefestigung treten zwei unterschiedliche Arten von Risswachstumsraten auf. Die erste Art tritt infolge der Zugspannung an der Unterseite der Deckschicht auf, die zweite Art tritt infolge der Zugspannung an der Oberseite der Deckschicht auf, wenn sich die vorwärtsbewegende Last über oder hinter dem Riss befindet. Die Risswachstumsrate des Oberflächenrisses, der sich nach unten bewegt, ist gegenüber der im Inneren wirkenden Risswachstumsrate viel kleiner.