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In this work the compression behavior of masonry was investigated. After a detailed review of code approaches and different research works, a new formula was suggested to describe the compression strength of masonry, based on the mechanical and geometrical properties of its components, when deformation properties of units are larger than the ones of mortar. Later on, a new model, Extended Drucker-Prager Cap Yielding Function, is suggested to describe the three axial compression stress state of mortar in masonry in case deformation properties of mortar are larger than the ones of mortar, and to describe the three axial compression stress state of brick in the other case. This includes defining its parameters based on test diagrams of the mortar material, implementing the model in the numerical software ANSYS, and the numerical results are evaluated for simple cube example. The controlling equations of creep based on the visco-elastic creep theory are presented in the general case of three axial creep under three axial loading conditions. The special case of three axial creep under axial loading is also presented. The “transversal creep” relevant for the compression strength of masonry was discussed and numerical examples have been added to show the effect of changed time-dependent Poisson’s ratio. In another chapter, many examples are presented showing the application of the suggested material models and discontinuous numerical method named eXtended finite element method. Conclusions and recommendations are given in the last chapter.

The paper proposes a method for characterizing the in-situ interaction between filaments in a multifilament yarn. The stress transfer between neighboring filaments causes the reactivation of a broken filament at some distance from the break. The utilized statistical bundle models predict a change in the slope of the mean size effect curve once the specimen length becomes longer than the stress transfer length. This fact can be exploited in order to determine the stress transfer length indirectly using the yarn tensile test with appropriately chosen test lengths. The identification procedure is demonstrated using two test series of tensile tests with AR-glass and carbon yarns.

Mit der vorliegenden Arbeit wurde ein Beitrag zur Klärung des Querkrafttragverhaltens von Wandscheiben im Mauerwerksbau geleistet. Die Untersuchungen umfassten hierbei analytische, numerische und versuchstechnische Betrachtungen. Als Grundlage für die Untersuchungen wurden FE-Elemente und FE Materialroutinen, die auf die Materialspezifik des Mauerwerks abgestimmt sind, entwickelt und in das Programmsystem ANSYS implementiert. Als wesentliche Eingangsgrößen sowohl für die analytischen als auch die numerischen Berechnungen werden diverse Materialparameter benötigt. Neben den üblichen Materialversuchen sind weiterführende Betrachtungen zu den „Kleinversuchen“ angestellt worden. Für einige Materialparameter waren numerische Rückrechnungen, wie z.B. für die Keilspaltversuche, erforderlich. Für ein breites Spektrum an Materialien, angefangen beim Ziegel über Mörtel bis zum Lehm, konnten wesentliche Werte ermittelt werden. Die vorhandenen analytischen Modelle der Schubfestigkeit wurden im Rahmen der vorgelegten Arbeit weiterentwickelt. Nach der Herleitung neuer Gleichungen galt es, diese für die Anwendung zu vereinfachen. Es sind auch numerische Modelle erläutert, die einen minimierten Wandausschnitt darstellen und mit denen eine direkte Berechnung der Schubfestigkeit möglich ist. Neben der Schubfestigkeit des Mauerwerks haben auch die Wandgeometrie und die Einbindung der Wand in das Gebäude Einfluss auf die maßgebende Querkrafttragfähigkeit. Zu deren Berücksichtigung werden wiederum Ingenieurmodelle benötigt, deren Komponenten hier eingehender betrachtet wurden. Als Grundlage dienten weitere Versuche basierend auf dem Modell der Aussteifungswand im Gebäude. Sowohl aus den analytisch gewonnenen Gleichungen als auch aus den an den Versuchen kalibrierten Gleichungen sind Lösungen für die Normung entwickelt worden. Diese beinhalten neben Gleichungen für das genaue Verfahren auch stark vereinfachte Bemessungslösungen mit tabellarisch aufbereiteten Mindestquerschnitten für die Aussteifungswände.

Die vorliegende Arbeit widmet sich detailliert der Frage von Geschwindigkeitseffekten bei der dynamischen Kennwertermittlung von Betonen. Der ursprüngliche Leitgedanke einer skalenübergreifenden numerischen Betrachtung der Geschwindigkeitseffekte und die Einbindung dieser Erkenntnisse in das makroskopische VERD-Modell wurde zugunsten einer detaillierten experimentellen Studie zum Dehnrateneinfluss verworfen. Es zeigte sich recht deutlich, dass die Ursachen vieler dieser Geschwindigkeitseffekte vor allem im experimentellen Umfeld und den zugrunde liegenden Annahmen zu finden sind, statt in der Reaktion des Werkstoffes. Der Autor liefert aus diesem Grunde notwendige Kennwerte und eine detaillierte Analyse der möglichen Ursachen, die zur Fehlinterpretation der stofflichen Reaktionen führen können. Er geht dabei davon aus, dass der klassische Dehnrateneffekt eine rein strukturelle Eigenschaft ist, die nichts mit einer stofflichen Kenngröße zu tun hat. Die zugrunde liegende Daten von ca. 3000 Versuchen am SHB im Zug- und Druckbereich wurde über einen Zeitraum von ca. 6 Jahren als Grundlage für numerische Analysen auf meso- und makroskopischer Ebene geschaffen. Für die Bewertung werden den klassischen Methoden die eigenen Ansätzen gegenübergestellt. Hierin gehen vor allem die Anlagen-spezifischen Wechselwirkungen mit ein. Dieser Ansatz wird ebenso konsequent bei der Betrachtung der statischen Referenzmethoden angewandt. Hier führt dies bspw. zu einer kritischen Bewertung des statischen Nachbruchverhaltens im Zugversuch. Diese Gesamtbetrachtung von Prüfmaschine und Prüfling ist dabei wesentlich und dem Maschinenbau- und Automatisierungstechnik-Hintergrund des Autors geschuldet. Eine vom Autor entwickelte alternative Prüfmethodik am SHB erlaubt eine verbesserte statistische Bewertung der Ergebnisse. Sie ähnelt einem Perlschnurverfahren und verhindert als Abgrenzungsverfahren die Einbeziehung des Energieüberschusses in die Beurteilung von Festigkeiten. Eine konsequente Energiebetrachtung bezieht die kinetische Energie der resultierenden Bruchstücke in diese Bewertung mit ein. Zugleich wurden die resultierenden Bruchflächen ermittelt. Sie finden Anwendung in der Bewertung spezifischer Festigkeiten und Bruchenergien im Zugbereich oder bei der Quantifizierung einer Schädigung im Druckbereich. In Anlehnung an das VERD-Modell wurde ein Schädigungsansatz mit wenigen Parametern entwickelt und konsequent in die Auswertung der Einzelversuche integriert. Aus ihm lassen sich alle Wesentlichen stofflichen Kennwerte auch analytisch ableiten. Der entwickelte Ansatz zur Trägheitskompensation relativiert den scheinbaren Geschwindigkeitseffekt wesentlich. Der Autor entscheidet sich bei seiner Herangehensweise bewusst für den Blick über den Tellerrand und hinterfragt kritisch etablierte Methoden wie beispielsweise den biaxialen Verlauf der Festigkeit im DIF-Diagramm nach Empfehlung der CEB. Auf eine logarithmische Darstellung eines sog. DIFs wird grundsätzlich verzichtet. Aufgrund der umfangreichen und systematischen Datenbasis lassen sich hierzu unzählige Fragen diskutieren. Der Autor beschränkt diese letztlich auf die Dokumentation der wesentlichsten Denkimpulse. / The presented work analyses in detail the questions of speed effects in the dynamic determination of concretes properties. The original idea of a cross-scaled numerical analysis of velocity effects and the integration of these findings into the macroscopic VERD-model has been abandoned in favour of a detailed experimental study of the so called strain rate influence. It became quite clear that the causes of many of these velocity effects can be found in the experimental environment and the underlying assumptions, rather than in the reaction of the pure material. For this reason, the author provides necessary parameters and a detailed analysis of the possible causes that may lead to the misinterpretation of those material reactions. He assumes that the classical strain rate effect is a purely structural property that has nothing to do with a reaction on the material level. The underlying database of approx. 3.000 tests on the SHB in the tensile and compressive domain was compiled over a period of approx. 6 years as a basis for numerical analyses on a mesoscopic and macroscopic level. For the evaluation, the classical methods are compared with the own approaches. This mainly includes the facility-specific interactions. This approach is also as consistently applied when analysing the static reference methods. Here, for example, this leads to a critical review of the static post cracking behaviour in the tensile test. This overall consideration of testing facility and test specimens is essential and due to the mechanical engineering and automation technology background of the author. An alternative testing methodology developed by the author for the SHB allows improved statistical evaluation of results. It resembles a fatigue testing method and it prevents the inclusion of a certain surplus of energy in the assessment of strengths. A consistent energy balances involves the kinetic energy of the resulting fragments in this evaluation. At the same time, the resulting fracture surfaces were determined and used in the evaluation of specific strengths and fracture energies in tension and in the quantification of damage in the compressive domain. Based on the VERD-model, a damage evolution approach with few parameters was developed and consistently integrated into the evaluation of the individual tests. From it, all essential material properties can also be derived analytically. The developed approach to inertia compensation significantly relativizes the apparent velocity effects. In his approach, the author consciously decides to look beyond the box and critically scrutinizes established methods such as the biaxial course of the strength in the DIF-diagram as recommended by the CEB. A logarithmic representation of a the DIFs are consciously avoided. Due to the extensive and systematic database, countless questions can be discussed. The author ultimately limits these to the documentation of the most essential thought impulses.