Entwicklung einer hochfrequenten Prüfmethode für Dauerschwingversuche
Nicht immer kann mit der rechnerischen Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit von Tragkonstruktionen das Auslangen gefunden werden. 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 ein neues Prüfverfahren, welches wesentlich schnellere Prüfzeiten und einen gleichzeitig viel geringeren Energiebedarf als konventionelle Dauerschwinganlagen aufweist, entwickelt. Die Prüfmethode nutzt den Resonanzeffekt positiv aus und ermöglicht dadurch eine Reduktion des Energieeinsatzes um den Faktor 1000 sowie eine Steigerung der Prüffrequenz um den Faktor 20 bis 40. Die erfolgreiche Akquisition von Forschungsmitteln und die Unterstützung der TU Wien machten die Errichtung einer Prüfvorrichtung (Gesamtgewicht rund 160 Tonnen) für statische und dynamische Versuche an zugbeanspruchten Bauteilen bis 20.000 kN möglich. Hochfrequente Ermüdungsversuche an Litzenspanngliedern zeigten das hohe Potential der Anlage. Die Prüfmethode und -vorrichtung kann aber nicht nur für zugbeanspruchte Bauteile, sondern auch für biegebeanspruchte Bauteile eingesetzt werden.
Dauerschwingversuche an Stahlbetonbiegeträgern mit vier Millionen Lastwechseln bestätigten auch hier die Anwendbarkeit und Praxistauglichkeit. Mit der neuen Prüfmethode sind erstmals Dauerschwingversuche mit mehr als zwei Millionen Lastwechseln auch bei großen Bauteilen wirtschaftlich möglich. Forschung auf dem Gebiet der Ermüdungsfestigkeit kann für reale Tragstrukturen somit in einem völlig neuen Rahmen durchgeführt werden. Die TU Wien verfügt mit der vorhandenen Prüfvorrichtung über eine leistungsstarke Einrichtung und kann damit als starker Partner für andere universitäre Einrichtungen oder auch externe Auftraggeber auftreten.