Teilprojekt B1
Experimentelle Ermittlung des Stoffgesetzes von textilbewehrtem Beton
Leitung
Frank Jesse
Institut für Massivbau
Mitarbeiter
Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach (beratend)
Dipl.-Ing. Dirk Jesse
Dipl.-Ing. Herald Michler
Dipl.-Ing. Kerstin Speck Kerstin
Speck
Dipl.-Ing. Sebastian Ortlepp
Ziele
Die systematischen Untersuchungen des einaxialen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von unidirektionaler und textiler Bewehrung aus AR-Glas Filamentgarnen konnten in der 2. Förderperiode weitgehend abgeschlossen werden. Es konnten alle maßgebenden Einflußparameter auf das Verhalten unter quasi statischer und unidirektionaler Belastung benannt werden.
Verhalten unter zweiaxialer Belastung
Untersuchungen an einaxial beanspruchten Proben haben gezeigt,
daß die primäre Rißbildung dominierend ist. Es wird davon
ausgegangen, daß die Rißbreite in der 2-Richtung – also eine
konstante Spannung σ2 – erheblichen Einfluß auf das
Verhalten in Richtung 1 hat. Ein Schwerpunkt des Teilprojekts
ist deshalb die Ermittlung der zweiaxialen
Spannungs-Dehnungs-Beziehungen unter Zug-Zug-Belastung. Nach
der Untersuchung verschiedener konstanter
Spannungs-Verhältnisse σ1/σ2 = 0 . .
. 1 sollen sich die Arbeiten auf das das Verhalten unter
Berücksichtigung der Belastungsgeschichte konzentrieren. Im
Rahmen dieser Untersuchungen soll auch die Lastpfadabhängigkeit
(Lastgeschichte) mit betrachtet werden. Anschließend soll die
Prüfmaschine für Untersuchungen von Zug-Schub-Beanspruchungen
umgerüstet werden. Begonnen wird mit der Untersuchung des
Zug-Schub-Verhalten bei verschiedenen konstanten
Spannungs-Verhältnissen.
Dauerstandfestigkeit :
Der Werkstoff Glas ist grundsätzlich für einen ausgeprägten
Zusammenhang zwischen der Festigkeit und der Höhe und Dauer der
Belastung bekannt, wobei ein starker Einfluss des umgebenden
Mediums hinzukommt. Offensichtlich gibt es auch einen Einfluss
des Verbundverhaltens. Ziel ist die Ermittlung einer
Last-Lebensdauer-Beziehung, die anschaulich in so genannten
SPT-Diagrammen ( strength-probability-time ) dargestellt werden
kann. Im Antragszeitraum wird zunächst mit konstanten
Umgebungsbedingungen gearbeitet.
Ermüdungsfestigkeit :
Ziel ist die Beschreibung der Zeitschwingfestigkeit und die
Ermittlung der Dauerschwingfestigkeit. Es soll untersucht
werden, ob für textilbewehrten Beton aus AR-Glas eine
Dauerschwingfestigkeit existiert. Darüber hinaus sollen an
Fasern aus verschiedenen Werkstoffen (AR-Glas, Carbon)
grundsätzliche Tendenzen der Abhängigkeit von der
Belastungs-Zeit-Funktion (BZF) ermittelt werden. Vermutet wird
eine starke Abhängigkeit von der Reihenfolge der
Kollektive.
Charakterisierung neuer Materialien
Neu entwickelte Fasermaterialien von A5 (Mäder) und neue
Textilien von A1 (Offermann) sowie modifizierte Betonrezepturen
von A2 (Schorn) sind zu charakterisieren. Ziel ist die
Bewertung des Tragverhaltens der optimierten Materialien auf
der Grundlage bereits untersuchter Materialien und die
Ableitung von Empfehlungen für die Optimierung und
Weiterentwicklung von Matrixsystemen, Fasern, Textilien und
Technologien. Kriterien für die Bewertung sind:
- Festigkeit,
- Bruchverformungen,
- Rißbildungs- bzw. Verbundverhalten (Rißbreiten, Rißabstände, Auszugslängen),
- Handhabbarkeit während der Verarbeitung.
An Carbon-Fasern soll untersucht werden, welche der bei ARGlas festgestellten Zusammenhänge weiterhin gültig sind. Unterschiede werden bei der Rissbildung sowie beim Verhalten unter Dauerlast und bei Ermüdungsbeanspruchung erwartet, da hier materialspezifische Eigenschaften (z. B. kein unterkritisches Rißwachstum bei Carbon) an Bedeutung gewinnen.
Erweiterungder theoretischen
Modellbildung:
In Zusammenarbeit mit A2 (Zastrau), B3 (Häußler-Combe), B4
(Proske) und E3 (Mölle r) sollen unter Verwendung der bereits
vorliegenden und sehr umfangreichen Ergebnisse die
statistischen Informationen der experimentellen Untersuchungen
an Dehnkörpern zur Verbesserung der Materialmodelle und
Erarbeitung von Optimierungsstrategien
Ergebnisse
Die Spannungs-Dehnungs-Linie als Ergebnis der Dehnkörperversuche ist Ausgangspunkt für eine allgemeine mathematische Beschreibung für die Verwendung im Teilprojekt D2 für die numerische Simulation sowie in den Teilprojekten C1 und D1 für die Auswertung der dort durchgeführten experimentellen Untersuchungen.
Das Rißbild unterteilt sich in Primär- und
Sekundärrisse. Die Bildung der Primärrisse wird durch den
geometrischen Aufbau des Textils bestimmt, die Bildung der
Sekundärrisse durch die Verbundeigenschaften der Längsfäden
beeinflußt. Aus Rißbild und Spannungs-Dehnungs-Linie können
Hinweise zur Optimierung der Textilien abgeleitet
werden.[Gelöschtes Bild: /forschung/forschungskompetenz/sonderforschungsbereiche/sfb528/programm/projektbereich_b/teilprojekt_B1/bild3.jpg Alternativtext: Bildunterschrift: ]
Ein wesentlicher Einflußparameter auf das Rißbild ist neben dem
Fadenmaterial für die Verstärkungsrichtung das angewandte
textile Flächenbildungsverfahren. Die im Bild sichtbaren
Wirkfäden haben ursprünglich die Funktion, die einzelnen Lagen
mit Verstärkungsfäden miteinander zu einer flächigen Struktur
zu verbinden.
Bei den experimentellen Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß die Art und Weise der Verbindung der einzelnen Lagen einen erheblichen Einfluß auf die Trageigenschaften des Verbundbaustoffes ausüben kann. Die Wirkfäden befinden sich genau an der Grenzfläche zwischen den Verstärkungsfäden und der Betonmatrix. Dadurch können die Beeinflussung der Verbundeigenschaften und die Veränderungen des Tragverhaltens des Verbundwerkstoffes erklärt werden.
Erwartungsgemäß haben die durchgeführten Versuche ebenfalls gezeigt, daß auch die Herstellungstechnologie spürbare Auswirkungen auf das Tragverhalten zeigt. Ursächlich sind auch hier wieder Veränderungen der Verbundeigenschaften zwischen den Verstärkungsfasern und dem Beton.
Die Erklärung all dieser Zusammenhänge wird im weiteren Projektverlauf durch mikroskopische Untersuchungen unterstützt. Es wurden folgende Zusammenhänge gefunden:
- Einflüsse der textilen Bewehrung auf den Zustand I (ungerissen) sind sehr gering und können mit dem verwendeten Versuchsaufbau experimentell nicht festgestellt werden.
- Bei Verwendung von Garnen steigt das Rißbildungsniveau mit steigendem Fasergehalt an. Der Einsatz von Textilien führt zu einer Absenkung des Rißbildungsniveaus. Ursache sind die quer zur Belastungsrichtung verlaufenden Fäden. Sie wirken als Störstelle und verringern lokal die Querschnittstragfähigkeit des ungerissenen Querschnitts.
- Die Dehnsteifigkeit im Zustand IIb (nach abgeschlossener Rißbildung) liegt deutlich unter der der eingebauten Bewehrung. Abgeleitet aus dem Modell von OHNO und HANNANT wird dieser Effekt überwiegend auf das Versagen eines Teils des Faserquerschnitt wärend der Rißbildung zurückgeführt. Mit zunehmender Filamentanzahl pro Bündel verringert sich dieser Effekt. Herstellungstechnologie und Art und Weise der textilen Flächenbildung sind zusätzliche Einflußfaktoren.
- Das Verbundverhalten der Textilien wird von der verwendeten Bindungstechnolgie dominiert. Ursächlich ist die Störung des Verbundes zwischen Bewehrungsfaden und Betonmatrix durch den Wirkfaden. Dieser bedeckt Teile der Oberfläche des Bewehrungsfadens und verändert dadurch die Eigenschaften an der Grenzfläche Matrix-Faser. Da die Verbundeigenschaften überwiegend nachteilig beeinflußt werden, wird diese Wirkung als Abdeckeffekt bezeichnet.
Veröffentlichungen
2012
- Hartig, J.; Jesse, F.; Schicktanz, K.; Häußler-Combe, U.: Influence of experimental setups on the apparent uniaxial tensile load-bearing capacity of Textile Reinforced Concrete specimens. Materials and Structures 45 (2012) 3, S. 433-446 - doi:10.1617/s11527-011-9775-0
2011
- Schladitz, F.; Lorenz, E.; Jesse, F.; Curbach, M.: Usilenie Tekstilynym Betonom Schelesobetonnoi Konstrukzii Kryschi Istoritschkogo Sdanija. Beton i Zhelezobeton 1 (2011), S. 27-30
- Curbach, M.; Ortlepp, R.: Leichtes Bauen mit ultrahochfesten und Textilbetonen. In: Bauforschung und Baupraxis, Heft 10: “Wie wollen wir in Zukunft bauen?” – Festschrift zum 60. Geburtstag von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger, Dresden, 19.04.2011. S.17-22 - ISBN 978-3-86780-216-1
2010
- Jesse, F.; Jesse, D.: High Performance Composite Textile Reinforced Concrete – Definitions, Properties and Applications. 3rd International fib Congress, Washington, D.C., May 29 - June 2 2010. Paper 157 – DVD-Rom
- Hartig, J., Jesse, F.; Häußler-Combe, U.: Evaluation of Experimental Setups for Determining the Tensile Strength of Textile Reinforced Concrete. In: Brameshuber, W. (edt.): 2nd International Conference on Textile Reinforced Concrete (ICTRC2010), Proceedings of the International RILEM Conference on Material Science (MatSci). 6.-10.09.2010, RWTH Aachen. RILEM Publications S.A.R.L., Vol. 1, pp. 117-127
2009
- Michler, L.: Entwicklung eines Versuchsstandes zur zweiaxialen Beanspruchung von textilbewehrtem Beton. Dissertation, Dresden : Technische Universität Dresden, Fakultät Bauingenieurwesen, 2009 – urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-25129
- Jesse, D.; Jesse, F.: Qualitative Bewertung des Versuchsstandes zur Untersuchung des zweiaxialen Tragverhaltens von textilbewehrtem Beton. In: Curbach, M. (Hrsg.), Jesse, F. (Hrsg.): Textile Reinforced Structures : Proceedings of the 4th Colloquium on Textile Reinforced Structures (CTRS4) und zur 1. Anwendertagung, Dresden, 3.-5.6.2009. SFB 528, Technische Universität Dresden, D–01062 Dresden : Eigenverlag, 2009, S. 115-128 – ISBN 978-3-86780-122-5 URN: urn:nbn:de:bsz:14-ds-1244044382818-76589
- Jesse, D.; Jesse, F.: Tragverhalten von Textilbeton unter zweiaxialer Zugbeanspruchung. In: Curbach, M. (Hrsg.), Jesse, F. (Hrsg.): Textile Reinforced Structures : Proceedings of the 4th Colloquium on Textile Reinforced Structures (CTRS4) und zur 1. Anwendertagung, Dresden, 3.-5.6.2009. SFB 528, Technische Universität Dresden, D–01062 Dresden : Eigenverlag, 2009, S. 129-144 – URN: urn:nbn:de:bsz:14-ds-1244044565376-12043
- Hartig, J.; Jesse, F.; Häußler-Combe, U.: Influence of different mechanisms on the constitutive behaviour of textile reinforced concrete. In: Curbach, M. (Hrsg.); Jesse, F. (Hrsg.): Textilbeton – Theorie und Praxis: Tagungsband zum 4. Kolloquium zu textilbewehrten Tragwerken (CTRS4) und zur 1. Anwendertagung, Dresden, 3.-5.6.2009. Dresden : Technische Universität Dresden, 2009, S. 157-168 URN: urn:nbn:de:bsz:14-ds-1244044908960-34481
- Jesse, F.; Schicktanz, K. & Curbach, M.: Obtaining Characteristic Material Strength of Textile Reinforced Concrete (TRC) from Laboratory Tests. Djausal, A.; Alami, F. & Naaman, A. E. (Hrsg.): 9th International Symposium on Ferrocement and Thin Reinforced Cement Composites (Ferro-9), 18-20 May 2009, Bali, Indonesia. S. 305-318
- Jesse, F.; Curbach, M.: Verstärken mit Textilbeton. In: Bergmeister, K.; Fingerloos, F.; Wörner, J.-D. (Hrsg.): Beton-Kalender 2010. Teil I, Berlin : Ernst & Sohn, 2009, S. 457-565
- Schladitz, F.; Lorenz, E.; Jesse, F.; Curbach M.: Verstärkung einer denkmalgeschützten Tonnenschale mit Textilbeton. Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009) 7, S. 432-437 – doi:10.1002/best.200908241
- Curbach, M.; Jesse, F.: Eigenschaften und Anwendung von Textilbeton. In: Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009) 1, S. 9-16 – doi:10.1002/best.200800653
2008
- Jesse, D.; Jesse, F.; Curbach, M.: Lokale Lasteintragung über Bolzenverbindungen in dünne Bauteile aus textilbewehrtem Beton. In: Beton- und Stahlbetonbau 103 (2008) 2, S. 73-84 – doi:10.1002/best.200700595
- Jesse, F.; Will, N.; Curbach, M.; Hegger, J.: Load-Bearing Behavior of Textile-Reinforced Concrete. In: Dubey, A. (edt.): Textile-Reinforced Concrete. Proceedings of ACI Fall Convention. Kansas City, November 2005. SP-250CD—5, 2008 – CD-Rom
- Jesse, F.; Weiland, S.; Curbach, M.: Flexural Strengthening of RC Structures with Textile-Reinforced Concrete. In: Dubey, A. (edt.): Textile-Reinforced Concrete. Proceedings of ACI Fall Convention. Kansas City, November 2005. SP-250CD—4, 2008 – CD-Rom
- Curbach, M.; Michler, H.; Weiland, S.; Jesse, D. Textilbewehrter Beton – Innovativ! Leicht! Formbar! In: BetonWerk International 11 (2008) 5, S. 62-72
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- Freitag, S.; Beer, M.; Jesse, F.; Weiland, S.: Experimental Investigation and Prediction of long-term Behavior of Textile Reinforced Concrete for Strengthening. In: Hegger, J.; Brameshuber, W.; Will, N. (eds.): Textile Reinforced Concrete – Proceedings of the 1st International RILEM Conference, Aachen, 2006. RILEM, pp. 121-130
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- Michler, Y. L.: Zweiaxiales Spannungsverhalten von textilbewehrtem Beton: Entwicklung des Versuchsaufbaus. In: Beton- und Stahlbetonbau 100 (2005), S2, S. 239-242 – doi:10.1002/best.200590285
- Häußler-Combe, U. Jesse, F.: Rechnerische Untersuchungen zum einaxialen Tragverhalten von Textilbeton. Bauingenieur 80 (2005) 3, 131-141
- Curbach, M.; Jesse, F.: Verstärken von Stahlbetonbauteilen mit textilbewehrtem Beton - Kurzer Bericht zu aktuellen Entwicklungen. In: Beton- und Stahlbetonbau 100 (2005) S1, 78-81 – doi:10.1002/best.200590174
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- Hegger, J.; Will, N.; Curbach, M.; Jesse, F.: Tragverhalten von textilbewehrtem Beton – Verbund, Rissbildung und Tragverhalten. In: Beton- und Stahlbetonbau 99 (2004) 6, S. 452-455 – doi:10.1002/best.200490115
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- Curbach, M.; Hegger, J.: Editorial: Textilbewehrter Beton. Eine vielversprechende Neuentwicklung. In: Beton- und Stahlbetonbau 99 (2004) 6, 437 – doi:10.1002/best.200490132
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- Abdkader, A.; Offermann, P.; Jesse, F.; Curbach, M.: Textile reinforced concrete with AR glass filament yarns. In: Industrial Fabrics Bulletin 13 (2003) 3, S. 50-54
- Curbach, M.; Ortlepp, S.; Brückner, A.; Kratz, M.; Offermann, P.; Engler, Th.: Entwicklung einer großformatigen, dünnwandigen, textilbewehrten Fassadenplatte. In: Beton- und Stahlbetonbau 98 (2003) 6, S. 345-350
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- Jesse, F.; Ortlepp, R.; Curbach, M.: Tensile Stress-Strain Behaviour of Textile Reinforced Concrete. In: Proceedings of the IABSE Symposium, "Towards a better built environment – innovation, sustainability, information technology", Melbourne, September 2002 by IABSE, ETH Zurich, CH-8093 Zurich, Switzerland (www.iabse.ethz.ch) – CD-ROM
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- Curbach, M.; Jesse, F.; Ortlepp, R.; Wagner, A.: Verstärken von Stahlbetontragwerken mit textilen Bewehrungen. In: Möller B. (Hrsg.): 6. Dresdner Baustatik-Seminar. Rekonstruktion und Revialisierung aus statisch konstruktiver Sicht, 18. Oktober 2002. Dresden : Lehrstuhl für Statik, Technische Universität Dresden. S. 153–17
- Offermann, P., Curbach, M.: Entwicklung einer großformatigen, dünnwandigen, textilbewehrten Brüstungsplatte mit hoher Sichtflächenqualität einschließlich Herstellungstechnologie. AiF-Forschungsbericht Nr. 4 ZBR/2, Technische Universität Dresden, Institut für Textil- und Bekleidungstechnik und Institut für Tragwerke und Baustoffe : Eigenverlag, 2002
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- Offermann, P.; Franzke, G.; Curbach, M.; Hempel, R.: Sample applications for the new composite material "Textile Concrete". In: Symposium "Textiles for Mobility". Atlanta, März 2000
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- Curbach, M.: Textilbewehrter Beton - Entwicklung eines innovativen Verbundwerkstoffes. In: Schriftenreihe des Österreichischen Betonvereins, Heft 40/1999, S. 91-98
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- Curbach, M.; Jesse, F.: Basic Tensile Tests on Textile Reinforced Concrete. In: Proceedings of the Techtextil Symposium 1999, Frankfurt, Germany, 12.–15.4.1999, Lecture No. 513
- Curbach, M.; Fuchs, H.; Offermann, P. et al.: Zweiwandgewebe für Sandwichelemente im Betonbau. In: Tagungsband zum Techtextil Symposium, 13.-15.4.1999, Frankfurt/M. Vortrag Nr. 523
- Offermann, P.; Franzke, G.; Engler, Th.; Curbach, M.; Hempel, R.; Jesse, F.; Fuchs, H.; Arnold, R.; Hufnagl, E.: Zweiwandtextilien für Sandwichelemente im Betonbau. In: Tagungsband zum Techtextil-Symposium 1999. Frankfurt/Main, 13. April 1999, Vortrag Nr. 523
- Curbach, M.; Zastrau, B.: Textilbewehrter Beton - Aspekte aus Theorie und Praxis. In: Meskouris, K. (Hrsg.): Baustatik Baupraxis 7, Rotterdam : Balkema, 1999, S. 267-276.
- Hempel, R.; Curbach, M.; Offermann, P.; Franzke, G.; Engler, Th.; Fuchs, H.; Arnold, R.; Bartl, A.-M.; Wulfhorst, B.; Bischoff, Th.: Dünne Platten aus textilbewehrten Beton und ihre Einsatzmöglichkeiten im Fassadenbau. In: Bauen mit Textilien (1999), Nr. 1. S. 22-25
- Hempel, R.; Curbach, M.; Offermann, P.; Franzke, G.; Engler, Th.; Fuchs, H.; Arnold, R.; Bartl, A.-M.; Wulfhorst, B.; Bischoff, Th.: Dünne Platten aus textilbewehrten Beton und ihre Einsatzmöglichkeiten im Fassadenbau. / Thin Textile-Reinforced Concrete Sheet Material and the Possibilities of Applications in Facades. In: Tagungsband zum Techtextil-Symposium 1999. Frankfurt/Main, 13.-15. April 1999, Vortrag Nr. 512
1998
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