Рассмотрены конструктивные и технологические решения по усилению изгибаемых железобетонных конструкций композитными материалами на основе углеродного волокна. Выявлены используемые системы для усиления железобетонных конструкций. Проведен сравнительный анализ существующих систем усиления на основе углеродных волокон. Определена экономическая эффективность такого способа усиления для изгибаемых железобетонных элементов. Приведена методика расчета усиления изгибаемых железобетонных элементов композитными материалами. Произведен расчет усиления различными композитными материалами на примере железобетонных элементов: балка, монолитная плита перекрытия. Выполнено сравнение различных вариантов усилений и предложен коэффициент условной полезности, позволяющий экономически обосновать выбор способа усиления и прогнозировать стоимость усиления конструкции. / Design and technological solutions for reinforcing of bending concrete structures with composite materials based on carbon fiber are considered. The used systems for strengthening reinforced concrete structures are re-vealed. A comparative analysis of existing reinforcement systems based on carbon fibers is carried out. The economic efficiency of this reinforcement method for bending concrete elements is determined. The calculation technique for bending concrete elements reinforced by composite materi-als is given. The calculation of reinforcement by various composite materials is made on the example of reinforced concrete elements: a beam and a monolithic floor slab. The comparison of various amplification variants is made and the conditional utility coefficient is proposed, which makes it possible to economically justify the choice of the gain method and to predict the cost of strengthening the structure.

Hydraulic systems are used in many fields of applications for different functions like energy storage in hybrid systems. Generally the mass of hydraulic systems plays a key role especially for mobile hydraulics (construction machines, trucks, cars) and hydraulic aircraft systems. The main product properties like energy efficiency or payload can be improved by reducing the mass. In this connection carbon fiber reinforced plastics (CFRP) with their superior specific strength and stiffness open up new chances to acquire new lightweight potentials compared to metallic components. However, complex quality control and failure identification slow down the substitution of metals by fiber-reinforced plastics (FRP). But the lower manufacturing temperatures of FRP compared to metals allow the integration of sensors within FRP-components. These sensors then can be advantageously used for many functions like quality control during the manufacturing process or structural health monitoring (SHM) for failure detection during their life cycle. Thus, lightweight hydraulic components made of composite materials as well as sensor integration in composite components are a main fields of research and development at the Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK) of the TU Dresden as well as at the Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH (LZS).

Ein großer Vorteil von Kunststoffbauteilen ist neben funktionellen Vorzügen die Kosten- und Gewichtsreduzierung durch integrale Gestaltungsmöglichkeiten. Es können Geometrien umgesetzt werden, die mit metallischen Werkstoffen nur unter hohem Aufwand realisierbar sind. Insbesondere im Bereich der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) gibt es hohen Forschungsbedarf hinsichtlich Reduzierung von Herstellungskosten, Erhöhung der Langlebigkeit aber auch der Reparaturfähigkeit. Die Erkennung von Defekten ist dabei eine grundlegende Voraussetzung. Für einen FKV-Serieneinsatz im Automobilbau gibt es jedoch kein bekanntes und ausreichendes Prüfkonzept der Schadenserkennung für die geforderten Stückzahlen. Die aus der Luft- und Raumfahrt bekannten Methoden lassen sich aufgrund ihres hohen apparativen Aufwandes und der eingeschränkten Tauglichkeit bezüglich geometrisch komplexer Bauteile nicht unmittelbar übernehmen. Es bestehen andere Anforderungen an ein Prüfkonzept für FKV-Bauteile im Automobilbau. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zerstörungsfreie Prüfmethoden hinsichtlich ihrer Eignung zur Detektion nicht sichtbarer Schäden systematisch untersucht und bewertet. Der Fokus lag dabei auf Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen des Automobils, die sowohl eine flächige als auch eine mehrfach gekrümmte Bauteilstruktur mit nicht-homogenen Wanddicken aufweisen können. In Abhängigkeit von der Art der Schädigung, etwa Einschlüsse, Zwischenfaserrisse oder Delaminationen wurden die unterschiedlichen Verfahren vergleichend in Hinblick auf Detektionssicherheit, -grenzen und Einschränkungen durch gegebene geometrische sowie werkstoffliche Bauteilausführungen bewertet und ein Konzept für eine fertigungsbegleitende Qualitätssicherung entwickelt.

Ein großer Vorteil von Kunststoffbauteilen ist neben funktionellen Vorzügen die Kosten- und Gewichtsreduzierung durch integrale Gestaltungsmöglichkeiten. Es können Geometrien umgesetzt werden, die mit metallischen Werkstoffen nur unter hohem Aufwand realisierbar sind. Insbesondere im Bereich der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) gibt es hohen Forschungsbedarf hinsichtlich Reduzierung von Herstellungskosten, Erhöhung der Langlebigkeit aber auch der Reparaturfähigkeit. Die Erkennung von Defekten ist dabei eine grundlegende Voraussetzung. Für einen FKV-Serieneinsatz im Automobilbau gibt es jedoch kein bekanntes und ausreichendes Prüfkonzept der Schadenserkennung für die geforderten Stückzahlen. Die aus der Luft- und Raumfahrt bekannten Methoden lassen sich aufgrund ihres hohen apparativen Aufwandes und der eingeschränkten Tauglichkeit bezüglich geometrisch komplexer Bauteile nicht unmittelbar übernehmen. Es bestehen andere Anforderungen an ein Prüfkonzept für FKV-Bauteile im Automobilbau. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zerstörungsfreie Prüfmethoden hinsichtlich ihrer Eignung zur Detektion nicht sichtbarer Schäden systematisch untersucht und bewertet. Der Fokus lag dabei auf Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen des Automobils, die sowohl eine flächige als auch eine mehrfach gekrümmte Bauteilstruktur mit nicht-homogenen Wanddicken aufweisen können. In Abhängigkeit von der Art der Schädigung, etwa Einschlüsse, Zwischenfaserrisse oder Delaminationen wurden die unterschiedlichen Verfahren vergleichend in Hinblick auf Detektionssicherheit, -grenzen und Einschränkungen durch gegebene geometrische sowie werkstoffliche Bauteilausführungen bewertet und ein Konzept für eine fertigungsbegleitende Qualitätssicherung entwickelt.

Masonry structures constitute a significant portion of building stock worldwide. Seismic performance of unreinforced masonry has been far from satisfactory. Masonry is purported to be a major source of hazard during earthquakes by reconnaissance surveys conducted aftermath of an earthquake. Reasons for the poor performance of masonry structures are more than one namely lack of deformational capacity, poor tensile strength & lack of earthquake resistance features coupled with poor quality control and large variation in strength of materials employed. Fibre Reinforced Plastic (FRP) composites have emerged as an efficient strengthening technique for reinforced concrete structures over the past two decades. Present thesis is focused towards analysing the behaviour of Fibre Reinforced Plastic (FRP) strengthened masonry under axial compression and in-plane shear loading. Determination of in-planes hear resistance of large masonry panels requires tremendous effort in terms of cost, labour and time. Masonry assemblages like prisms and triplets that represent the state of stress present in masonry walls and masonry in-fills when under the action of in-planes hear forces present an alternative option for research and analysis purposes. Hence, present research is focused towards analysing the performance of FRP strengthened masonry assemblages and unreinforced masonry assemblages. Chapter1 provides a brief review on the behaviour of masonry shear walls and masonry in-fills under the action of in-plane shear forces in addition to the performance of masonry structures during past earthquakes. Review of available literature on FRP confinement of masonry prisms with bed joints inclined from 00 to 900 to the loading axis under axial compression, analytical models available for FRP confined concrete, shear strength of masonry triplets attached with FRP is presented. Chapter 2 primarily focuses on determining the various properties of the materials involved in this research investigation. Test procedure and results of the tests conducted to determine the mechanical and related properties of the materials involved are presented. Elastic properties and stress-strain response of burnt clay brick, mortar and FRP laminates are presented. Studies conducted on behaviour of GFRP confined masonry prisms under monotonic axial compression are included in Chapter 3. The study comprised of testing masonry prisms, both unconfined and FRP confined masonry prisms under axial compression. Stretcher bond and English bond prisms, with bed joints normal and parallel to loading axis are included in this study. Two grades of GFRP,360g/m2 and 600 g/m2 are employed to confine masonry prisms. The experimental program involved masonry prism types that accounted for variations in masonry bonding pattern, bed joint inclination to the loading axis and grade of GFRP. Review of the available analytical models predicting compressive strength of FRP confined masonry prism is presented. Available models for FRP confinement of masonry are re-calibrated using the present experimental data generating new coefficients for the already existing model to develop new expression for predicting the compressive strength of FRP confined prisms. In addition to the prism types mentioned earlier, behaviour of unconfined and GFRP confined stretcher bond prisms with bed joints inclined at 300, 450 & 600 to the loading axis are further investigated. Chapter 4 primarily deals with the shear strength and deformational capacity of masonry triplets that represent joint shear failure in masonry. An experimental program involving masonry triplets attached with different types of FRP(GFRP and CFRP), grade of FRP, percentage area covered by FRP and reinforcement pattern is executed. This exercise determined the influence of these parameters over the enhancement achieved in terms of shear strength and ultimate displacement. Results of tests conducted on stretcher bond prisms presented in chapter 3 and results of tests on shear triplets presented in this chapter are combined to study the interaction between shear and normal stresses acting along the masonry bed joint at different angles of inclination. The thesis culminated with chapter 5 as concluding remarks highlighting the salient Information pertaining to the behaviour of FRP strengthened masonry under axial compression and in-plane shear loading obtained as an outcome of the research conducted as a part of this thesis.

Hydraulic systems are used in many fields of applications for different functions like energy storage in hybrid systems. Generally the mass of hydraulic systems plays a key role especially for mobile hydraulics (construction machines, trucks, cars) and hydraulic aircraft systems. The main product properties like energy efficiency or payload can be improved by reducing the mass. In this connection carbon fiber reinforced plastics (CFRP) with their superior specific strength and stiffness open up new chances to acquire new lightweight potentials compared to metallic components. However, complex quality control and failure identification slow down the substitution of metals by fiber-reinforced plastics (FRP). But the lower manufacturing temperatures of FRP compared to metals allow the integration of sensors within FRP-components. These sensors then can be advantageously used for many functions like quality control during the manufacturing process or structural health monitoring (SHM) for failure detection during their life cycle. Thus, lightweight hydraulic components made of composite materials as well as sensor integration in composite components are a main fields of research and development at the Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK) of the TU Dresden as well as at the Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH (LZS).

High-speed plunge-cut centreless grinding opens up enormous potential for the manufacturing of difficult-to-machine materials and to improve the surface quality while reducing the grinding forces. For this investigation, a new grinding wheel base body of carbon fibre-reinforced plastic (CFRP) was developed to achieve grinding wheel speeds up to 150 m/s in plunge-cut centreless grinding of hardened shafts. For evaluation of the performance characteristics, the grinding forces and the surface quality of different grinding tools were detected. These experiments were conducted using a newly developed measuring system to analyse the grinding forces in the workrest blade. The experimental results are described and discussed in this article.

Die Herstellung mehrfach gekrümmter großflächiger Tragwerke aus Beton erfordert komplexe Schalungskonstruktionen, die in der Regel material- und kostenaufwändig sind [2]. Durch die im Projekt durchgeführte Entwicklung und Erprobung von flexiblen Strukturen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) für den Schalungsbau in Kombination mit dem Einsatz von textilverstärktem Beton sollten diese Defizite behoben werden. [Aus: Ausgangsfragen und Zielsetzung] / The practical implementation of large-scale curved concrete elements requires complex formwork constructions, which are rather expensive and therefore reach their limits easily [2]. Flexible glass fibre reinforced plastic (GFRP) formwork to produce textile reinforced concrete elements, which was developed and tested within the project, is expected to eliminate those deficits. [Off: Initial question and objective]

Dieses Projekt widmete sich einer neuen Bauweise für stabförmige Drucktragglieder aus ultrahochfestem Beton (UHFB), die - als UHFB-Rohre mit Stahlrohren ummantelt - hier als Hybridrohre bezeichnet werden. Durch eine äußere Wickelverstärkung aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) werden die beiden, für sich alleine betrachtet ausgeprägt spröden Hochleistungsmaterialien UHFB und CFK so kombiniert, dass sie zu besonders leichten Bauteilen hoher Tragfähigkeit mit ausgeprägt duktilem Versagensverhalten zusammengefügt werden. [Aus: Motivation und Zielsetzung] / This project was dedicated to a new construction method for rod-shaped support elements made of ultra-high performance concrete (UHPC), which - as UHPC tubes coated with steel sheets - are called hybrid tubes in this report. Through an exterior wrapping-reinforcement made of carbon fibre reinforced plastic (CFRP), the two high-performance materials UHPC and CFRP, which are distinctly brittle when viewed on their own, are combined in such a way that they form particularly light components of high load-bearing capacity with profound ductile failure behaviour. [Off: Motivation and objective]

Zur Untersuchung der Faser-Matrix-Haftung in Faser-Kunststoff-Verbunden werden neben makromechanischen Methoden wie dem Querzug und der Drei-Punkt-Biegung mikromechanische Methoden an Einzelfaser-Modellverbunden eingesetzt. Zu letzteren Methoden zählen bspw. der Tropfenabscherversuch, der Einzelfaserauszugversuch (engl. single-fibre pull-out test, SFPO) und der Einzelfaserfragmentierungsversuch (engl. single fibre fragmentation test, SFFT). Bei ihrem Einsatz ist zu beachten, dass sich unterschiedliche Einflussgrößen auf ihre Ergebnisse auswirken können. In der vorliegenden Arbeit wird eine ausführliche Literaturübersicht mit einem detaillierten Überblick zu einer größeren Anzahl verschiedener Einflussgrößen durchgeführt. Daraus werden die Einflussgrößen Härtungsdauer, Feuchtigkeit, freie Faserlänge und Abzugsgeschwindigkeit als Untersuchungsgegenstände dieser Arbeit erarbeitet. Wesentliche aus dieser Arbeit resultierende Ergebnisse und Schlussfolgerungen sind nachstehend zusammengefasst. Härtungsdauer: Bei SFFT-Untersuchungen an Keramikfaser/Epoxidharz-Prüfkörpern wird ein degressiver Anstieg der Faser-Matrix-Haftung über der Härtungsdauer beobachtet. Die Ergebnisse geben Hinweise darauf, dass sich die Härtungsdauer beim SFFT und SFPO prinzipbedingt unterschiedlich auswirkt (aufgrund destruktiver bzw. konstruktiver Überlagerungen von Eigenspannungen und Prüfkraft-induzierten Spannungen). Feuchtigkeit: SFPO-Untersuchungen an Kohlenstoffaser/Epoxidharz-Prüfkörpern nach einmonatiger Konditionierung in feuchtem (50 %rF, 23 °C) bzw. trockenem Klima (0 %rF, 23 °C) belegen eine feuchtebedingt verringerte Haftung. Daraus wird geschlussfolgert, dass eine schwankende Luftfeuchtigkeit auch in diesem eingegrenzten klimatischen Spektrum (bspw. in teilklimatisierten Laboren) als wichtiger potentieller Störfaktor zu beachten ist. Prüfparameter: Auf Basis des Hooke’schen Gesetzes kann für den SFPO gezeigt werden, dass die freie Faserlänge die Maximalkraft beeinflusst und die Einflüsse der freien Faserlänge und der Abzugsgeschwindigkeit auf die Maximalkraft in Zusammenhang stehen. Beides wird anhand von SFPO-Untersuchungen an Glasfaser/Epoxidharz-Prüfkörpern bestätigt. Ferner wird aus den Untersuchungen geschlussfolgert, dass eine Geschwindigkeitserhöhung von 0,01 µm/s auf 0,1 µm/s zur Reduzierung der Versuchsdauer – im vorliegenden Fall von 30 45 min auf 6 8 min – vertretbar ist. Darüber hinaus werden anhand von Fehlerverstärkungsfaktoren differenzierte Aussagen zum Einfluss fehlerhaft bestimmter Eingangsdaten auf die Berechnung der lokalen Grenzflächenscherfestigkeit generiert. / For investigating fibre-matrix adhesion in fibre-polymer composites, macromechanical methods such as transverse tensile and three-point bending tests can be applied as well as micromechanical methods for which single-fibre model composites are used. The latter category of methods includes microbond, single-fibre pull-out (SFPO) and single-fibre fragmentation tests (SFFT). When applying these methods, it needs to be considered that their results can be affected by different influencing factors. In the present thesis, an extensive literature survey with a detailed overview of a larger number of influencing factors is conducted. Based on this overview, the factors curing time, moisture, free fibre length and test speed are acquired as objects of investigation of this thesis. Main results and conclusions of this work are summarised below. Curing time: Results from SFFT investigations on ceramic fibre/epoxy-specimens exhibit a degressive increase of fibre-matrix adhesion with curing time. This indicates that curing time affects SFFT and SFPO results differently due to different underlying principles (based on destructive and, respectively, constructive superposition of internal stresses and load-induced stresses). Moisture: SFPO specimens (carbon fibre/epoxy) are conditioned in humid (50 %rH, 23 °C) and dry climate (0 %rH, 23 °C) for one month prior to testing. The results show lower adhesion due to moisture. It is concluded that uncontrolled humidity, even in this limited climatic spectrum, needs to be considered as an important potential factor of influence (e.g. in partially climatised laboratories). Test parameters: Based on Hooke’s law, it is demonstrated for the SFPO that a) the free fibre length affects the maximum force and b) the effects of the free fibre length and the test speed on the maximum force are interrelated. Both is confirmed with results from SFPO investigations on glass fibre/epoxy-specimens. Furthermore, it is deduced from the above investigations that an increase in test speed from 0.01 µm/s to 0.1 µm/s is legitimate for reducing test duration – in the present case from 30 45 min to 6 8 min. In addition, the effect of erroneously determined input data on the calculation of the local interfacial shear strength is studied using conditions numbers (a measure for the propagation of error). With this, differentiated statements are generated.