Für das Funktionieren von Verstärkungsschichten aus Textilbeton ist eine sichere Kraftübertragung zwischen den einzelnen Verbundbaustoffen sicherzustellen. Aufgrund der sehr hohen Garnzugfestigkeiten sind besonders bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. In Textilbetonbauteilen sind hierbei im Regelfall Übergreifungsstöße der textilen Bewehrungslagen nicht zu vermeiden. Der vorliegende Beitrag befasst sich daher mit der experimentellen und analytischen Bestimmung der Übergreifungslängen textiler Bewehrungsstrukturen innerhalb von Textilbetonverstärkungsschichten. / A safe introduction and transmission of the acting forces is crucial for the functioning of composite materials. Because of the very high yarn tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, the manufacturing of very effective TRC strengthening layers is possible. In TRC members, overlap joints within the textile layers usually cannot be avoided. This contribution deals with the experimental and analytical determination of the lap lengths of textile fabrics within a textile reinforced concrete strengthening layer.

Die kontinuumsmechanische Untersuchung der Lastübertragungsmechanismen zwischen den Rovings im textilbewehrten Feinbeton trägt wesentlich zum Gesamtverständnis des mechanischen Verhaltens des Verbundmaterials bei. Neben der Erfassung der gegenseitigen Beeinflussung sich kreuzender Rovings erfordert insbesondere die mechanische Modellierung und numerische Simulation von Bewehrungsstößen und Endverankerungen die Kenntnis dieser Übertragungsmechanismen. Die numerischen Simulationen sollen u. a. zeigen, welche Endverankerungslängen und welche Übergreifungslängen an Bewehrungsstößen erforderlich sind und wie die Querbewehrung die Rissbildung beeinflusst. / This paper concerns with the investigation of stress transfer mechanisms between yarns and concrete matrix and their influence on the overall behavior of textile reinforced concrete (TRC). This investigation considers textile reinforcement splices and textile reinforcement development lengths and carried out by means of Finite-Element simulations and fracture mechanic approaches. A first modeling procedure is made towards analyzing and investigating the damage mechanisms in TRC specimen under tension loading which are mainly characterized by matrix cracking and yarn pullout. This modeling approach allows for considering the yarn crack bridging which is a main characteristic behavior of TRC. In the same manner, 3D Finite-Element models are conducted for calculating the required reinforcement development lengths and the reinforcement overlapping lengths. The conducted approach takes into account different damage mechanisms observed in the corresponding experimental investigations which are also used for calibrating the modeling procedures. Moreover, the presented approach covers a wide range of required textile reinforcement overlapping lengths and development lengths and provides the corresponding ultimate loads.

Das Tragverhalten von Textilbeton kann durch den Einsatz von Kurzfasern erheblich verbessert werden. Untersuchungen zeigen eine Anhebung der Erstrisslast, ein dehnungsverfestigendes Verhalten, eine Verfeinerung des Rissbildes sowie eine Anhebung der maximalen Tragfähigkeit. Unklar sind bisher noch die genauen Mechanismen, die eine gezielte Einstellung des Tragverhaltens ermöglichen. Der Beitrag fasst die Untersuchungen zu den einzelnen Bereichen der Spannungs- ehnungslinie von Textilbeton mit Kurzfasern zusammen und versucht möglichst allgemeingültige Zusammenhänge darzustellen. Dabei werden die Erhöhung der Erstrisslast, die Rissüberbrückung und die Auswirkungen auf das Gesamttragverhalten betrachtet. Abschließend wird das zyklische Biegetragverhalten von Textilbeton mit Kurzfasern im gerissenen Zustand dargestellt. / The load bearing behaviour of textile reinforced concrete can be significantly improved by the addition of short fibres. Investigations show an increase of the first crack strength, a strain-hardening behaviour, a better crack pattern distribution as well as an increase of the load carrying capacity. However, the exact mechanisms leading to this behaviour are not yet known such that a prediction of the load bearing behaviour is not possible. This paper summarises the investigations on the different parts of the stress-strain curve of textile reinforced concrete with short fibres and tries to describe general relationships. In this context the increase of the first crack stress, the crack bridging behaviour and the influence on the load-bearing behaviour in general are considered. Finally, the dynamic flexural behaviour of textile reinforced concrete with short fibres in state II is presented.

In diesem Beitrag wird die Wasserabsorption und die Wasserpermeabilität von axial vorbelasteten Prüfkörpern aus textilbewehrtem Beton (TRC) und biegebelasteten Verbundprüfkörpern (Normalbeton + TRC) im gerissenen Zustand untersucht. Durch in situ Permeabilitätsmessungen wird das dehnungsabhängige Transportverhalten im einaxialen Zugversuch beobachtet und mittels eines analytischen Modells beschrieben. Es besteht eine ausgeprägte Abhängigkeit der Transportraten von Flüssigkeiten zu relevanten Risscharakteristika (Rissanzahl, Rissbreite). Weiterhin wurden Selbstheilungseffekte von feinen Rissen infolge einer zyklischen Wasserbeaufschlagung beobachtet. Die Feuchteverteilung in einer gerissenen Normalbetonprobe und einer Verbundprobe (Normalbeton + TRC) wird mit Hilfe der Neutronenstrahlradiographie zeit- und ortsaufgelöst dargestellt. Das Eindringen von Wasser wird anhand der Messungen qualitativ vorgestellt und diskutiert. / In this study water absorption and water permeability were tested on uniaxially preloaded, cracked specimens made of textile reinforced concrete (TRC) and cracked composite specimens (ordinary concrete + TRC) preloaded in bending. The influence of imposed strain on the permeation of water was observed in-situ by using uniaxial tensile tests and described by an analytical model. The transport values for the cracked material correlated with the cracks’ characteristics (number of cracks, crack width). Furthermore, the effect of self-healing phenomena on the transport properties of TRC was considered. The distribution of water in cracked ordinary concrete and cracked composite specimens was studied by means of neutron radiography which provided with a high spatial and temporal resolution. The penetration of water is presented qualitatively and discussed.

Für die Anwendung des Verbundwerkstoffes „Textilbewehrter Beton“ sind die numerischen und experimentellen Grundlagenerkenntnisse zum Tragverhalten von Bauteilen in für die Baupraxis geeignete Nachweismodelle und Konstruktionsregeln zu überführen. Die aus dem Stahlbetonbau bekannten Ansätze müssen wegen der abweichenden Material- und Verbundeigenschaften für textilbewehrte Betonbauteile angepasst werden. Im Beitrag werden die grundlegenden Tragmechanismen textilbewehrter Elemente unter Zug-, Biege- und Querkraftbeanspruchung sowie punktförmiger Zugbeanspruchung beschrieben und die aus den Untersuchungsergebnissen abgeleiteten Nachweismodelle vorgestellt. Darauf aufbauend werden Sicherheitsbeiwerte für die textile Bewehrung ermittelt und die Berechnungsmodelle in ein Sicherheitskonzept eingebunden. Als einheitlicher Teilsicherheitsbeiwert für Textilbeton wird γtex = 1,5 vorgeschlagen. / For the application of the composite material Textile Reinforced Concrete (TRC) the numerical and experimental knowledge of the load bearing behaviour of construction elements has to be transferred into design models and construction rules applicable for the practice. Due to differences in the material and bond properties the design approach known for steel reinforced concrete has to be adjusted for textile reinforced concrete construction parts. In this paper the basic load-bearing mechanisms of textile reinforced concrete under tension, bending and shear loading as well as under concentrated tensile loading are described and empirically derived design models are presented. Based on the experimental results safety factors for the textile reinforcements are determined and the design models are integrated into an overall safety concept. A partial safety factor for textile reinforced concrete of γtex = 1,5 is recommended.

Sandwichkonstruktionen mit Deckschichten aus dünnen Metallblechen und Stahlbeton stellen seit Jahrzehnten bewährte und wirtschaftliche Verbundkonstruktionen für Gebäudehüllen dar. Der Einsatz von dünnen Deckschichten aus textilbewehrtem Beton verbindet deren Vorteile und ermöglicht auch bei steigenden Anforderungen an den Wärmeschutz geringe Konstruktionsdicken. Der Beitrag berichtet über die Entwicklung von Ingenieurmodellen zur wirklichkeitsnahen Beschreibung des Tragverhaltens von Sandwichquerschnitten aus textilbewehrtem Beton, Hartschaumdämmkern und geeigneten Verbundmitteln. / Sandwich constructions made of thin metal sheets and structural concrete have been reliable and economic composite structures in the past decades. The application of thin-walled facings made of Textile Reinforced Concrete (TRC) combines the advantages of this construction and allows for slender construction thicknesses despite the progressing demands on thermal insulation. This contribution reports on the development of models, which enable the realistic mechanical description of the load-bearing behavior of the sandwich panels made of two TRC-facings and a core of polymeric rigid foam together with suitable connecting devices.

Die Einhaltung von Brandschutzanforderungen ist ein wichtiger Aspekt für sichere Baukonstruktionen. Beim innovativen Werkstoff textilbewehrter Beton, der einen Verbundwerkstoff aus einer Feinbetonmatrix und textiler Bewehrung darstellt, ist das Brandverhalten bisher nur unzureichend erforscht worden. Insbesondere das Tragverhalten der einzelnen Komponenten unter hohen Temperaturen stellt noch eine Wissenslücke in der heutigen Forschung dar. Dieser Artikel befasst sich mit den experimentellen Untersuchungen an einer Feinbetonmatrix, die ein Größtkorndurchmesser von 0,6 mm aufweist, sowie an AR-Glas- und Carbongarnen. Basierend auf instationären Versuchen werden das Spannungs- und Dehnungsverhalten unter hohen Temperaturen abgeleitet und Ansätze zur rechnerischen Beschreibung des Hochtemperaturverhaltens vorgeschlagen. / The design of structural members under fire attack is an important aspect for safe constructions. For the innovative material textile reinforced concrete (TRC), which is a composite material made of fine-grained concrete and textile reinforcement, the fire behavior has not been investigated insufficiently yet. Especially the load-bearing behavior under high-temperatures of the single components marks a gap in the state-of-the-art of science and technology today. This article deals with experimental investigations on a fine-grained concrete matrix, which has maximum grain size of only 0.6 mm, as well as yarns made of AR-glass and carbon. On the basis of transient tests the stress and strain behavior under high temperatures is derived. Finally, a calculative approach for the hightemperature behavior is presented.

Die Verwendung von Endlosfilamenten aus Carbon als Bewehrungsmaterial für Beton, sogenannter Textilbeton, bietet die Möglichkeit der Sanierung und der Verstärkung bestehender Stahlbetonkonstruktionen. Dabei muss die Frage nach dem Feuerwiderstand von derart verstärkten Tragwerken beantwortet werden. Aufschluss darüber liefern Brandversuche. Mit Textilbeton verstärkte Stahlbetonplatten haben in Brandversuchen nach der Einheits- Temperaturzeitkurve bei 33 % der Traglast mehr als 60 Minuten standgehalten. Bei 50 % der Traglast kam es nach einer Branddauer von 55 Minuten, bei 65 % nach 30 Minuten, zu einem Zugversagen der textilen Verstärkungsschicht. Bei während des Brandes unbelasteten bzw. gering belasteten Platten lagen die im Anschluss ermittelten Resttragfähigkeiten bei 65 % der Bruchlast nach 30 Minuten Branddauer bzw. bei 50 % der Bruchlast nach 60 Minuten Branddauer. Während und nach der Beflammung waren zunehmende Durchbiegungen und Rissbreiten erkennbar. Es traten aber keine Abplatzungen auf, weshalb die Verstärkungsschicht aus Textilbeton als zusätzliche Betondeckung für die Stahlbewehrung angerechnet werden kann. Diese außerordentlich positiven Ergebnisse zeigen, dass für verstärkte Konstruktionen Feuerwiderstandsklassen von F60 bzw. R60 ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht werden können. Dies ist von hoher Relevanz für die wirtschaftliche Anwendung dieser Verstärkungsmethode. Für ein umfassendes Verständnis der Interaktion zwischen den Bewehrungen Textil und Stahl sowie der Versagensmechanismen während des Brandes, sind weitere Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften von Textilbeton im Hochtemperaturbereich nötig. Auch der Einfluss der Oxidation des Carbons konnte nicht abschließend beurteilt werden. / Using endless carbon filaments for concrete reinforcement, so called textile reinforced concrete, the possibility of reconstruction and strengthening of existing concrete structures arises. The question concerning fire resistance of structures strengthened like this has to be answered. Fire tests provide answers. Steel reinforced concrete slabs strengthened with textile reinforced concrete loaded with 33 % of ultimate load survived an ISO-fire for 60 minutes. Loaded with 50 % and 65 % of ultimate load the slabs failed after 55 minutes and 30 minutes of fire exposure due to tension failure of the textile reinforcement layer. Slabs not loaded or with a low load level during fire exposure showed remaining bearing resistances of 65 % of ultimate load after 30 minutes and 50 % of ultimate load after 60 minutes of fire exposure. During and after fire exposure rising deflections and growing crack widths were observed. However no spalling occurred. Therefore the textile reinforced concrete layer can be taken into account as concrete covering for the steel reinforcement. Those extraordinary positive results document, that reinforced concrete structures with additional fibre reinforced concrete can achieve fire resistance classes of R60 without additional provisions. To achieve comprehensive understanding of interaction between steel and fibre reinforcement and failure mechanisms in case of fire more knowledge concerning the mechanic properties of fibre reinforced concrete at high temperatures is essential. The influence of oxidation of the carbon fibres could not fully be answered.

Ein Ziel des Sonderforschungsbereiches 528 war, das Verbundsystem auf allen Skalenebenen so präzise beschreiben zu können, dass eine hinreichende Genauigkeit bei der Berechnung des Tragverhaltens von Stahlbetonbauteilen mit Textilbetonverstärkung nicht nur bei der Nachrechnung, sondern auch bei der Prognose erreicht wird. Die Vorhersagequalität von Tragfähigkeiten für die Biege-, Querkraft- und Normalkraftverstärkung wurde mit Hilfe von Großversuchen nachgewiesen, deren Ergebnisse vor der Berechnung nicht bekannt waren. Anhand der bereitgestellten Materialparameter und Geometriedaten wurde in den numerischen Teilprojekten sowie in einem experimentell orientierten Teilprojekt das Tragverhalten prognostiziert. Danach wurden die Versuche durchgeführt. Die prognostizierten Traglasten wurden durch die Experimente bestätigt. Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Querkraftverstärkung, da eine detaillierte Beschreibung aller Versuche den Rahmen sprengen würde. / One aim of the developments in the SFB 528 was the description of the compound system as precisely as possible at all scale levels that an adequate precision is not achieved by reinforced concrete components at the calculation of the load carrying behaviour with TRC reinforcements only at the historical calculation but also at the forecast. The forecast quality of load-capacities for the bend, shear and normal force strengthenings was proved with the help of large-scale experiments whose results were not confessed before the calculation. With the provided material parameters and geometry data the load carrying behaviour was forecast in the numeric subprojects as well as in an experimentally oriented subproject. After that the tests were carried out. The forecast loads were confirmed by the experiments. The paper on hand focuses on the shear strengthening since a detailed description of all tests would go beyond the scope.

Die Querkrafttragfähigkeit eines Bauteils kann durch verschiedene Maßnahmen gesteigert werden. Zu den weltweit anerkannten Verfahren gehört das oberflächige Aufkleben von Bewehrungen aus Stahl oder Faserverbundkunststoffen. Der textilbewehrte Feinbeton hingegen ist eine noch weitgehend unbekannte Alternative. Es fehlen ebenso systematische Untersuchungen zum Tragverhalten einer solchen Querkraftverstärkung wie geeignete Bemessungsmodelle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Möglichkeiten einer textilbewehrten Querkraftverstärkung zu analysieren. An Stahlbetonbalken unterschiedlicher Querschnittsgeometrie wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die Aufschluss über die Wirkung der Verstärkung sowie typische Versagenszustände geben. Die für die Querkrafttragfähigkeit entscheidenden Verformungen des Steges wurden durch photogrammetrische Messungen erfasst. Der Vergleich der verstärkten und unverstärkten Probekörper verdeutlicht signifikante Unterschiede. Bei den verstärkten Probekörpern ist die Stauchung des gemittelten Hauptdehnungszustandes steiler geneigt als bei den unverstärkten Probekörpern. Die steilere Neigung der Hauptstauchung, aufgrund der aufgebrachten Verstärkung, hat nach der rechnerischen Tragfähigkeit des Fachwerkmodells zur Folge, dass weniger Lasten über die Stahlbügelbewehrung abgetragen werden können. Die so fehlende Tragfähigkeit gegenüber dem unverstärkten Bauteil muss die Verstärkungsschicht zunächst ausgleichen, bevor eine Traglaststeigerung möglich ist. Als zweite wesentliche Wirkung begrenzt die textile Bewehrung die Breite der auftretenden Schubrisse wie anhand der gemessenen Rissbreiten nachgewiesen werden konnte. Die Verstärkung verzögert auftretende Schubrisse und begrenzt deren Breite und Ausdehnung. Ein Versagen der Biegedruckzone durch Schubdruckbruch tritt so erst bei deutlich höheren Lasten ein als es bei unverstärkten Stahlbetonbauteilen der Fall ist. Nach dem herkömmlichen Fachwerkmodell der Stahlbügelbewehrung sind die Stegbewehrungen eines Bauteils in der Biegedruckzone zu verankern. Externe Querkraftverstärkungen können aber nur selten oder mit hohem Aufwand bis zur Höhe der Biegedruckzone geführt werden. Meist behindern anschließende Querschnittsteile die Erreichbarkeit zur Druckzone. Für die experimentellen Untersuchungen wurden die Probekörper mit einer U-förmigen Verstärkung außerhalb der rechnerischen Biegedruckzone versehen. Die geprüften Tragfähigkeiten lagen dennoch deutlich über der Tragfähigkeit der unverstärkten Referenz. Eine Verankerung der Verstärkung am Steg des Bauteils scheint demnach möglich. Das Kräftegleichgewicht einer solchen Verankerung wurde mit einem neu entwickelten Stabwerkmodell nachgewiesen. Die Eignung des Modells zur Berechnung der Tragfähigkeit der Verstärkung wurde durch Nachrechnung der eigenen Versuche geprüft. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Verankerung der Verstärkung wurden an separaten Verbundprobekörpern untersucht. Es wurden verschiedene Verankerungsmittel geprüft, die durch Querdruck die Tragfähigkeit der Verbundfuge von Alt- und Feinbeton erhöhen. Die besten Ergebnisse erreichten Verankerungen mit vorgespannten Ankern. Die Steigerung der Verbundtragfähigkeit ist allerdings gering, da die notwendigen Bohrungen für die Anker die wirksame Fläche der textilen Bewehrung schwächen. / Shear resistance of structural members can be increased by different measures. So far only reinforcements from steel or fibre-reinforced plastic pasted on the surface have been acknowledged worldwide. Textile reinforced fine grained concrete, however, is still mostly an unknown option. Systematic research into the load bearing behaviour of this kind of shear strengthening as well as qualified design rules are missing. It is the aim of this thesis to analyse the possibilities of textile reinforced shear strengthening. Experimental investigations on RC beams with different cross sectional geometries provided information about the strengthening effect as well as common failure modes. The web deformations, which are crucial for the shear resistance, were recorded by photogrammetric measurements. A comparison of strengthened and unstrengthened specimen demonstrates significant differences. In case of the strengthened sample, the compressive strain of the averaged principle strain condition has a steeper inclination than in case of the unstrengthened specimen. This steeper inclination ensues from the applied strengthening. According to the calculated load-bearing capacity of the truss model, the steeper inclination results in less loads being removed by the steel stirrup reinforcement. Compared to the unstrengthened structural member, this lack in the load-bearing capacity has to be evened out by the strengthening layer before an increase in the load carrying capacity is possible. Secondly, the textile reinforcement limits the width of the occurring shear cracks. This could be proven by measuring the crack-width. The strengthening delays occurring shear cracks and restricts their widths and extension. Consequently, failure of the flexural compression zone induced by shear cracks only occurs under significantly higher loads than in unstrengthened RC members. In the traditional truss model of the steel stirrup reinforcement, the web reinforcements of a structural member have to be anchored in the flexural compression zone. However, external shear strengthening can be pulled up to the height of the flexural compression zone only rarely or with great effort. Often connected parts of the cross section prevent access to the compression zone. For the purpose of the experimental analysis, the specimens were fit with a U-shaped strengthening layer outside the calculated flexural compression zone. Nevertheless, the measured load-bearing capacities were distinctly higher than the load-bearing capacity of the unstrengthened reference beam. Consequently, anchoring the strengthening at the specimen’s web appears to be possible. The force balance of such an anchorage could be proved with the help of a newly developed strut-and-tie-model. The applicability of the model for calculating the load bearing capacity of the strengthening was checked by recalculating the corresponding test results. Additional structural measures for anchoring the strengthening were tested on separate bond specimens. Furthermore, various anchorage materials which increase the load carrying capacity of the interface between old and fine grained concrete through transverse pressure were tested. The best results could be achieved with pre-stressed anchorages. However, the resulting load-bearing capacity’s increase was only slight because the drill holes required for the anchors reduce the effective area of the textile reinforcement.