Textilbewehrter Beton zur Verstärkung von Stahlbetonbauteilen ist neben den klassischen und etablierten Verfahren eine äußerst interessante Alternative, die die Vorteile der leichten Kohlenstofffaserklebeverstärkungen mit denen von Spritzbeton mit Bewehrung verbindet. Aus den theoretischen und experimentellen Untersuchungen in dieser Arbeit können wichtige Erkenntnisse zum gemeinsamen Tragverhalten von Betonstahl und textiler Bewehrung sowie zu den Auswirkungen der verbundbedingten Unterschiede abgeleitet werden. Mit den theoretischen Betrachtungen werden das gemeinsame Tragverhalten und der Einfluss des unterschiedlichen Verbundverhaltens auf die Zugkraftaufteilung gezeigt und qualifiziert. Die Behandlung der verbundbedingten Unterschiede bei gemischt mit Betonstahl und Textil bewehrten Zuggliedern ist analog dem Vorgehen bei gemischter Beton- und Spannstahlbewehrung bzw. Klebebewehrung mit Verbundbeiwerten darstellbar. Zur Ableitung entsprechender Kennwerte werden verschiedene Möglichkeiten diskutiert. Zudem wird eine vereinfachte Bemessung vorgeschlagen. Insgesamt sind die Ergebnisse ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur baupraktischen Anwendung von Textilbetonverstärkungen und ermutigen bereits zum umsichtigen Einsatz unter Beachtung der Sicherheitsaspekte. Noch offene Fragen und notwendiger Klärungsbedarf sollten die Wissbegier anregen und vertiefende Forschungsvorhaben und weitere experimentelle Untersuchungen ermöglichen. / Textile reinforcement represents an excellent alternative to existing techniques for strengthening of concrete structures, combining the benefits of lightweight fiber reinforced polymer strengthening with those of shotcrete with reinforcement. The theoretical and experimental studies in this thesis provide essential insights into the common load bearing behaviour of reinforcing steel and textile reinforcements as well as on the impact of the different bond characteristics of both types of rein-forcement. With the theoretical investigations, the combined load bearing behaviour and the influence of the different bond characteristics on distribution of the forces could be shown and qualified. The inter-action of both reinforcement types, taking into account the different bond characteristics, can be represented by bond coefficients analogous to the approach to mixed steel and pre-stressing-steel reinforcements. So as to derive the appropriate parameters, several options were discussed. Moreover, a simplified approach to design a TRC-strengthening-layer was proposed. Overall, the results are an essential step towards the practical application of textile reinforced con-crete for the strengthening of concrete structures and should already be encouraging the prudent use while considering the necessary safety aspects. Remaining issues and necessary clarifications should stimulate curiosity and in-depth research projects and allow further experimental studies.

Software for designing structural frameworks in civil engineering is getting more and more complex. By offering reliable and efficient calculation methods, economic goals can be reached as well as the civil engineer's demands. Furthermore, opportunities for special developments are created and acceptance of new building systems is increased. The work presented here introduces a method for the physically nonlinear analysis of different composite beam designs for building and bridge structures which are subjected mainly to bending stresses under quasi-static, long-term loading. In addition, the utilization of these methods, including materials and modelling concepts, are shown in a newly developed software package. Present developments for composite construction and civil engineering requirements are the basis for the materials and modelling possibilities discussed. Particular attention is given to a realistic description of time and load dependent variables characterizing the state of the composite structures and their interactions. The selection of material models is based on experimental results. The main points of interest are concrete properties like creep, shrinkage, effluent hydration heat, cracking and boundary behaviour between different materials. Material behaviour under load and reload conditions was taken into account as well. The static solution is based on the incremental iterative application of the deformation method. Each iteration starts with the numerical integration of the beam system of differential equations. Based on the effects at the beam boundaries, the consideration of load and system modifications, as well as time dependent and independent constraint processes, is shown. An essential extension of the composite beam structure model is obtained using the system of differential equations for the flexible bond. Several detailed models are linked to a time dependent simulation for the entire system, which has been incorporated into a software package visualizing the time dependent variables. Finally, some practical application examples are presented. The validation of the implemented approach is demonstrated by correlating the calculated results with real life measurements. / Softwareentwicklungen für die Tragwerksplanung im Bauwesen werden zunehmend komplexer. Mit der Bereitstellung zuverlässiger und effizienter Berechnungsmethoden, welche sowohl ingenieurgemäße Ansprüche als auch wirtschaftliche Zielsetzungen erfüllen, werden neue Möglichkeiten für eine zielgerichtete Entwicklung oder verstärkte Etablierung von neueren Bauweisen geschaffen. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur physikalisch nichtlinearen Analyse vorwiegend biegebeanspruchter Verbund-Stabtragwerke des Hoch- und Brückenbaues unter quasi-statischer Langzeitbeanspruchung. Die zugehörige programmtechnische Umsetzung wird veranschaulicht. Die Modellierungsmöglichkeiten bezüglich der Werkstoffe orientieren sich an baupraktisch relevanten Erfordernissen sowie an den Besonderheiten und aktuellen Entwicklungen der Verbundbauweise. Besonderes Augenmerk wird zunächst auf eine realitätsnahe Darstellung der den Gebrauchs¬zustand von Verbundtragwerken charakterisierenden zeit- und lastabhängigen Einflussgrößen sowie ihrer Wechselwirkungen gelegt. Zur objektiven Beurteilung möglicher Materialmodelle wird zuerst auf das prinzipielle Verhalten im Experiment eingegangen, danach erfolgt eine Auswahl geeigneter Modelle. Schwerpunkte stellen dabei insbesondere die Betoneigenschaften Kriechen, Schwinden, abfließende Hydratationswärme und die Rissbildung sowie das Verbundverhalten zwischen den Werkstoffen dar. Diese Betrachtungen schließen das Werk¬stoffverhalten unter Be- und Entlastung ein. Die statische Lösung basiert auf einer inkrementell-iterativen Anwendung der Deformations¬methode. Ausgangspunkt der Berechnungen in einem Iterationsschritt ist die numerische Integration des Stab-Differentialgleichungssystems. Ausgehend von der Formulierung der Wirkungsgrößen an einem Stabrändern wird die Berücksichtigung von Belastungs- und Systemmodifikationen sowie zeitabhängigen und -unabhängigen Zwangsprozessen aufgezeigt. Eine wesentliche Erweiterung der Anwendungen im Stahl-Beton-Verbundbau stellt die Herleitung des Stab-Differentialgleichungssystems für den nachgiebigen Verbund dar. Mit der Verknüpfung einzelner Detailmodelle zu einem zeitabhängigen Lösungsverfahren und deren Integration in einen entsprechenden Softwareentwurf wird die programmtechnische Basis für eine modellhafte, zeitvariante Erfassung der beschreibenden Kenngrößen bereitgestellt. Ausgewählte praktische Beispiele demonstrieren abschließend die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens und stellen die Verifikation der Simulationsergebnisse anhand von Messungen dar.

Textilbewehrter Beton zur Verstärkung von Stahlbetonbauteilen ist neben den klassischen und etablierten Verfahren eine äußerst interessante Alternative, die die Vorteile der leichten Kohlenstofffaserklebeverstärkungen mit denen von Spritzbeton mit Bewehrung verbindet. Aus den theoretischen und experimentellen Untersuchungen in dieser Arbeit können wichtige Erkenntnisse zum gemeinsamen Tragverhalten von Betonstahl und textiler Bewehrung sowie zu den Auswirkungen der verbundbedingten Unterschiede abgeleitet werden. Mit den theoretischen Betrachtungen werden das gemeinsame Tragverhalten und der Einfluss des unterschiedlichen Verbundverhaltens auf die Zugkraftaufteilung gezeigt und qualifiziert. Die Behandlung der verbundbedingten Unterschiede bei gemischt mit Betonstahl und Textil bewehrten Zuggliedern ist analog dem Vorgehen bei gemischter Beton- und Spannstahlbewehrung bzw. Klebebewehrung mit Verbundbeiwerten darstellbar. Zur Ableitung entsprechender Kennwerte werden verschiedene Möglichkeiten diskutiert. Zudem wird eine vereinfachte Bemessung vorgeschlagen. Insgesamt sind die Ergebnisse ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur baupraktischen Anwendung von Textilbetonverstärkungen und ermutigen bereits zum umsichtigen Einsatz unter Beachtung der Sicherheitsaspekte. Noch offene Fragen und notwendiger Klärungsbedarf sollten die Wissbegier anregen und vertiefende Forschungsvorhaben und weitere experimentelle Untersuchungen ermöglichen. / Textile reinforcement represents an excellent alternative to existing techniques for strengthening of concrete structures, combining the benefits of lightweight fiber reinforced polymer strengthening with those of shotcrete with reinforcement. The theoretical and experimental studies in this thesis provide essential insights into the common load bearing behaviour of reinforcing steel and textile reinforcements as well as on the impact of the different bond characteristics of both types of rein-forcement. With the theoretical investigations, the combined load bearing behaviour and the influence of the different bond characteristics on distribution of the forces could be shown and qualified. The inter-action of both reinforcement types, taking into account the different bond characteristics, can be represented by bond coefficients analogous to the approach to mixed steel and pre-stressing-steel reinforcements. So as to derive the appropriate parameters, several options were discussed. Moreover, a simplified approach to design a TRC-strengthening-layer was proposed. Overall, the results are an essential step towards the practical application of textile reinforced con-crete for the strengthening of concrete structures and should already be encouraging the prudent use while considering the necessary safety aspects. Remaining issues and necessary clarifications should stimulate curiosity and in-depth research projects and allow further experimental studies.

In den letzten 15 Jahren wurde vorrangig im Rahmen eines Sonderforschungsbereiches an der Technischen Universität Dresden die Verstärkung bestehender Stahlbetonkonstruktionen mit Textilbeton erforscht. Untersuchungen des Textilbetons, welcher aus einem Feinbeton und einer textilen Bewehrung besteht, erfolgten u. a. in Bezug auf seine Wirkung als Biege-, Querkraft- und Normalkraftverstärkung. Die vorliegende Arbeit befasst sich nach Kenntnis des Aufstellers erstmals mit dem Torsionstragverhalten von textilbetonverstärkten Stahlbetonbauteilen. Sie soll somit einen Einstieg in die Thematik schaffen und einen grundlegenden Beitrag für die Forschung sowie die Anwendung des Textilbetons in der Praxis leisten. In einem Überblick zum Stand des Wissens werden Möglichkeiten der Verstärkung sowie allgemeine Eigenschaften der verwendeten Bau- und Verbundstoffe vorgestellt. Des Weiteren erfolgt eine Erläuterung der bereits von anderen Wissenschaftlern durchgeführten experimentellen und theoretischen Untersuchungen zum Torsionstragverhalten von Stahlbetonbauteilen. Für die eigenen experimentellen Untersuchungen war aufgrund der Erkenntnisse aus dem Stand des Wissens zunächst ein neuer Versuchsstand zu entwickeln. Dessen Konstruktion ermöglicht es, reine Torsionsbelastungen in die Probekörper einzuleiten und ist gleichzeitig so flexibel, dass er für die Untersuchung verschiedener Probekörperquerschnitte genutzt werden kann. Nach der Darstellung des neuen Versuchsstandes werden die Ergebnisse der 67 durchgeführten Versuche präsentiert. Diese beinhalten u. a. grundlegende Zusammenhänge zwischen dem Torsionstragverhalten und der Menge, der Anordnung und dem Material der Verstärkung sowie der Bauteilgeometrie aber auch des Zusammenwirkens der textilen Bewehrung mit der Stahlbewehrung. Ein wesentliches Ergebnis der theoretischen Untersuchungen ist ein Ingenieurmodell zur Bestimmung der Torsionstragfähigkeit (Bruchmoment) der verstärkten Stahlbetonbauteile. Für dieses Modell werden – wie im Stahlbetonbau – Stabwerke verwendet, in welche die Geometrie der Bauteile und die Eigenschaften der Baustoffe einfließen. Weiterhin wurde ein erster handhabbarer Berechnungsansatz zur Abschätzung des Rissmomentes erarbeitet. Die dafür angestellten Überlegungen zum Zusammenwirken des Altbetonkerns und der Feinbetonummantelung sowie der rissunterdrückenden Wirkung der textilen Bewehrung sind ausführlich zusammengefasst. Zur Abschätzung der Verformungen im Zustand I und II werden Ansätze aus dem Stahlbetonbau überarbeitet, so dass sie auch bei verstärkten Stahlbetonbauteilen Anwendung finden können. In dem abschießend aufgestellten Bemessungsvorschlag fließen der Stand des Wissens sowie die Erkenntnisse aus den experimentellen und theoretischen Untersuchungen zusammen. In der Zusammenfassung und dem Ausblick wird verdeutlicht, dass mit dieser Arbeit nicht nur ein Einstieg in das Thema Torsionsverstärkung mit Textilbeton geschaffen wurde, sondern mit den Ergebnissen bereits ein begrenzter Einsatz in der Baupraxis denkbar ist. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit aufgezeigten offenen Fragestellungen sollten jedoch im Rahmen fortführender vertiefender Forschungsarbeiten ausführlich untersucht werden.

Anhand von Versuchsergebnissen wird gezeigt, dass Stahlbetonbauteile mit textilbewehrtem Beton verstärkt werden können. Sowohl die Torsionstragfähigkeit als auch die Gebrauchstauglichkeit werden durch die textilbewehrte Verstärkungsschicht deutlich verbessert. Vergleichsrechnungen zeigen, dass die Torsionstragfähigkeit mit bereits bekannten Stabwerksmodellen ermittelt werden kann.

A mechanical testing device was developed for testing the behavior of mineral-bonded composites under impact shear loading. The device is based on the well-known double shear specimen configuration and was designed to be used in a gravity split-Hopkinson tension bar (SHTB), enabling shear testing at high loading rates. In this work, results from impact shear testing performed on a normal cementitious matrix (NSM) and strain-hardening cement-based composites (SHCC) tested by means of the new device are presented and discussed. Failure behavior and fracture modes are analyzed using optical measurements and digital image correlation (DIC).

Um Lebewesen oder Bauwerke vor Impakteinwirkungen zu schützen, können die unterschiedlichsten Herangehensweisen angewandt werden. Es kann beispielsweise Energie durch innere Reibung, plastische Verformung oder Abfederung absorbiert oder umgelenkt werden. Möglichkeiten der Umsetzung sind lose Schüttungen, die beispielsweise im Fall von Steinschlagschutzgalerien eingesetzt werden, oder geschichtete Aufbauten, wie sie zum Beispiel für Personenrüstungen zum Einsatz kommen. Letztere sind sowohl in der Natur als auch in der Technik oft zu finden und dienen als Grundlage für die nachfolgend entworfenen Schutzkonstruktionen, die sich aus mineralisch gebundenen Kompositen zusammensetzen. Sie sollen in der Lage sein, Stahlbetonkonstruktionen vor Impakteinwirkungen zu schützen. Zunächst wurden die Eigenschaften der verwendeten Materialien unter statischen und dynamischen Lasten untersucht. Anschließend wurden mehrlagige Dämpfungsschichtaufbauten auf Stahlbetonbauteile aufgebracht, um das Dämpfungsverhalten in größerem Maßstab in Fallturmversuchen zu charakterisieren.

Im Rahmen der beschriebenen Arbeit erfolgt die experimentelle Untersuchung von nachträglich an Stahlbetonplatten aufgetragenen Verstärkungsschichten, die einer Impaktbelastung ausgesetzt werden. Die Grundlage hierfür bilden drei verschieden bewehrte Testserien, welche anhand eines entwickelten Versuchsschemas geprüft werden. Zielstellung ist die Quantifizierung der Leistungsfähigkeit rückseitig applizierter Verstärkungen sowie die Weiterentwicklung einer bereits existierenden Schädigungsbeschreibung und eines analytischen bzw. numerischen Modells.

Im vorliegenden Beitrag werden die prognostizierten Verformungen gemäß der Materialmodelle des fib Model Code 2010 sowie der DIN EN 1992-1-1:2011 realen Messdaten gegenübergestellt, die über einen Zeitraum von mehr als 12 Jahren an einer großen Talbrücke erfasst wurden. Die numerischen Berechnungen zeigen, dass sich die Stoffgesetze deutlich in ihrer Höhe und dem zeitlichen Verlauf der prognostizierten viskosen Betonverformungen unterscheiden. Die höchste Übereinstimmung mit den Messdaten wiesen die Stoffgesetze des EC 2 auf.

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Modellierung der Torsionstragfähigkeit segmentierter Betontürme auf Basis der Wölbtheorie dünnwandiger Stäbe. Ziel ist die wirklichkeitsnahe Abbildung des Tragverhaltens und die Entwicklung eines Ingenieurmodells, das dem praktischen Anwender stets die Kontrolle über sein Handeln bewahrt und die Resultate ohne gesonderten Interpretationsbedarf als Bewertungsgrundlage ansetzt. Auf der Grundlage von mechanischen Modellvorstellungen und nichtlinearen numerischen Untersuchungen wird die sukzessive Entwicklung eines ingenieurmäßigen Ansatzes vorgestellt. Dieser dient als Grundlage der Validierung sorgfältig durchzuführender Versuche an Betonsegmenten.