Effect of multifilament yarn crack bridging on uniaxial behavior of textile reinforced concrete

  • Einfluss der Multifilament-Rissüberbrückung auf das einaxiale Verhalten des textilbewehrten Betons

Konrad, Martin Otto Alfred; Meskouris, Konstantin (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2008)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Kurzfassung

Textilbewehrter Beton ist ein in den letzten zehn Jahren entwickelter, neuartiger Verbundwerkstoff. Die Verwendung textiler Bewehrungsgelege aus korrosionsbeständigen Fasermaterialien in einer Betonmatrix ermöglicht die Erstellung von sehr filigranen Bauteilen. Im Vergleich mit anderen Verbundwerkstoffen kennzeichnet den Textilbeton eine ausgeprägte Heterogenität von Bewehrung und Betonmatrix. Insbesondere auf der Mikroebene weisen die Materialkomponenten große Abweichungen in ihrem geometrischen Aufbau, in ihren lokalen Eigenschaften und in der Qualität ihrer lokalen Bindungen untereinander auf. Die Schädigungslokalisierung beim textilbewehrten Beton weist deshalb eine gegenseitige Beeinflussung der wesentlichen Versagensmechanismen der Matrix, der Bewehrung und des Verbundes auf. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Rahmens für die detaillierte Beschreibung der Heterogenität in der Materialstruktur des textilbewehrten Betons unter einaxialer Belastung. Dieser wird gebildet durch drei aufeinander aufbauende Modelle: Faser-Interface-Modell (FIM), Rissüberbrückungsmodell (RBM), Stochastisches Rissüberbrückungsmodell (SRM). Das Faser-Interface-Modell (FIM) ist die Basis-Modellkomponente auf der Mikroebene. In diesem Model werden die Material- und Verbundcharakteristika einer einzelnen Faser abgebildet. Das Modell ermöglicht sowohl die parallele Kopplung an die Matrix als auch eine serielle Kopplung der FIM untereinander. Die Formulierung des gemeinsamen Materialmodells für die Faser und ihren Verbund zur Matrix unter Kombination von Plastizität und Schädigung ermöglicht die Erstellung von Schädigungsfunktionen, die neben der Dehnung der Faser auch den Schlupf zwischen Faser und Matrix berücksichtigen. Das Rissüberbrückungsmodell (RBM) verwendet das FIM sowohl zur Abbildung individueller Filamente als auch repräsentativer Gruppen von Filamenten mit ähnlichen Eigenschaften. Zwei verschiedene Ansätze werden vorgestellt: Das Statistische Rissüberbrückungsmodell (SRBM) repräsentiert die Heterogenität in Form von statistischen Verteilungen und gestattet die Ableitung der statistischen Momente der Materialantwort. Das Deterministische Rissüberbrückungsmodell (DRBM) verwendet Querschnittsprofile zur Abbildung der räumlichen Veränderlichkeit der Materialeigenschaften und ermöglicht so die Reproduktion von komplexen Interaktionen und Lastgeschichten. Das Stochastische Rissbildungsmodel (SRM) erlaubt eine direkte Auswertung des tension-stiffening-Effektes während der multiplen Rissbildung unter einaxialer Belastung. Die Kombination mit dem Rissüberbrückungsmodell (RBM) vervollständigt den mehrskaligen Rahmen, indem sie eine effiziente Methode zur Übertragung der mikromechanischen Materialcharakterisierung auf die Beschreibung des Bauteilverhaltens zur Verfügung stellt.

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