Zur Untersuchung der Schädigungs- und Versagensmechanismen eines in Beton eingebetteten Multifilamentgarns im Auszugversuch wurde die Schallemissionsanalyse zur Identifizierung und Lokalisierung von Filamentbrüchen eingesetzt. Im ersten Schritt wurden dazu die Schall emittierenden Ursachen (Filamentriss, Filamentablösung und Mikroriss im Beton) für eine Differenzierung charakterisiert. Es wurden Versuche zur Erzeugung von isolierten Signalen durchgeführt, welche mit Hilfe der Signal- und Frequenzanalyse untersucht wurden. Bei dem durchgeführten Garnauszugversuch konnte eine hohe Lokalisierungsgenauigkeit der Filamentbrüche erzielt werden. Der Schädigungsverlauf des Garns während des Auszugversuchs konnte detailliert untersucht werden.

Zur Charakterisierung der Mikrostruktur wurde die Geometrie des Verbundes aus REM-Aufnahmen ausgewertet, sowie die Verbundwirkung einzelner Filamente aus Filament-Pull-Out-Versuchen abgeleitet. Die gewonnenen Parameter bilden die Grundlage für die Modellierung von Garnauszugs- und Rissüberbrückungsmodellen. Unabhängig davon wurde ein Filament-Matrix-Verbund-Gesetz simuliert. Die Übereinstimmungen zwischen der Simulation und der experimentellen Untersuchung des Ausziehverhaltens werden in dem Artikel diskutiert. / The microstructure is characterized by analysing the bond geometrically and experimentally. The data to evaluate these two ways are from SEMimages and filament-pull-out-tests. Based on these data yarn-pull-out-models and crack-bridging-models are calculated. In addition a filament-matrix-bond-law is simulated independently. The correlation between the simulation and the experimental analysis of the pull-out behaviour is discussed in this paper.

Zur Charakterisierung der Mikrostruktur wurde die Geometrie des Verbundes aus REM-Aufnahmen ausgewertet, sowie die Verbundwirkung einzelner Filamente aus Filament-Pull-Out-Versuchen abgeleitet. Die gewonnenen Parameter bilden die Grundlage für die Modellierung von Garnauszugs- und Rissüberbrückungsmodellen. Unabhängig davon wurde ein Filament-Matrix-Verbund-Gesetz simuliert. Die Übereinstimmungen zwischen der Simulation und der experimentellen Untersuchung des Ausziehverhaltens werden in dem Artikel diskutiert. / The microstructure is characterized by analysing the bond geometrically and experimentally. The data to evaluate these two ways are from SEMimages and filament-pull-out-tests. Based on these data yarn-pull-out-models and crack-bridging-models are calculated. In addition a filament-matrix-bond-law is simulated independently. The correlation between the simulation and the experimental analysis of the pull-out behaviour is discussed in this paper.

Zur Untersuchung der Schädigungs- und Versagensmechanismen eines in Beton eingebetteten Multifilamentgarns im Auszugversuch wurde die Schallemissionsanalyse zur Identifizierung und Lokalisierung von Filamentbrüchen eingesetzt. Im ersten Schritt wurden dazu die Schall emittierenden Ursachen (Filamentriss, Filamentablösung und Mikroriss im Beton) für eine Differenzierung charakterisiert. Es wurden Versuche zur Erzeugung von isolierten Signalen durchgeführt, welche mit Hilfe der Signal- und Frequenzanalyse untersucht wurden. Bei dem durchgeführten Garnauszugversuch konnte eine hohe Lokalisierungsgenauigkeit der Filamentbrüche erzielt werden. Der Schädigungsverlauf des Garns während des Auszugversuchs konnte detailliert untersucht werden.

Cette recherche porte sur les fils multifilamentaires de verre utilisés pour renforcer les matériaux à base de ciment. Elle est focalisée sur les interactions mécaniques de ce type de fils, constitués d'un assemblage de milliers de filaments micrométriques, avec un micro-béton et sur le rôle spécifique de l'imprégnation du fil par cette matrice cimentaire. Trois pré-conditionnements des fils ont été employés lors de la fabrication des éprouvettes afin de moduler les conditions d'imprégnation par la matrice cimentaire. L'imprégnation de 5 fils multi-filamentaires par la matrice cimentaire a été caractérisée et les paramètres d'imprégnation ont été définis en s'appuyant sur des observations MEB, ainsi que des essais de porosimétrie au mercure et des essais spécifiques d'écoulement le long du fil enrobé. Des essais classiques d'arrachement de type pull-out ont été utilisés pour la caractérisation mécanique. L'analyse des liens entre les propriétés mécaniques et les paramètres d'imprégnation ont permis de mieux comprendre les micro-mécanismes d'interaction filaments / matrice cimentaire et d'expliquer le comportement macroscopique à l'arrachement. / This research deals with multi-filaments glass yarns used as reinforcement of cement based materials. It focuses on the mechanical interactions of these yarns, made of thousands of micrometric filaments, with a micro-concrete and on the specific part of the impregnation of the yarn by the cementitious matrix. Modulated impregnation conditions of the yarns were obtained by using three different manufacturing processes for the samples preparation. The impregnation of 5 multi-filament yarns by the cementitious matrix has been characterized and physical parameters of impregnation were determined using SEM investigations, mercury intrusion porosity measurements and specific tests of flow all along the embedded yarn. Classical pull-out tests have been used for the mechanical characterisation. The study of the links between the mechanical properties and the physical parameters of impregnation allowed accessing a better understanding of the filaments / cementitious matrix interaction micro-mechanisms, and explaining the macroscopic pull-out behaviour.

The paper presents a meso-scopic modeling framework for the simulation of three-phase composite consisting of a brittle cementitious matrix and reinforcing AR-glass yarns impregnated with epoxy resin. The construction of the model is closely related to the experimental program covering both the meso-scale test (yarn tensile test and double sided pull-out test) and the macro-scale test in the form of tensile test on the textile reinforced concrete specimen. The predictions obtained using the model are validated using a-posteriori performed experiments.

Die Arbeit befasst sich mit einem neuen textilverstärkten Zugmittel mit formschlüssiger Krafteinleitung. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Eigenschaften und Dimensionierungsgrundlagen von Rollenketten und Zahnriemenantrieben erörtert, sowie textile und elastomere Werkstoffe betrachtet. Aus den Betrachtungen zum Stand der Technik, der Maschenware mit hochfesten Filamentgarnen und deren polymeren Beschichtungen wird der Entwicklungsansatz abgeleitet. Mit Hilfe eines Spezialkettenwirkverfahrens werden die textilen Zugträger als Recht/Links-Maschenware hergestellt. Das besondere daran ist die teilungsgenaue Einbindung der Bolzen in die Maschenstruktur bei der Fertigung. Eine anschließende elastomere Beschichtung verbessert die mechanischen Eigenschaften erheblich und fixiert die Bolzen axial. Dabei werden reaktive Polyurethane im Gießverfahren und thermoplastische Elastomere im Spritzgießverfahren eingesetzt. Drei ausgewählte textile Bindungen mit verschiedenen Beschichtungen wurden statisch und dynamisch, anhand von Proben und endlos verbundenen Zugmitteln, ausführlich untersucht. Die daraus abgeleiteten Bauteil-Wöhlerlinien und Leistungsdiagramme bilden die Grundlage zur Auslegung der textilverstärkten Zugmittel für Anwendungen im Maschinenbau. / The dissertation deals with a new textile reinforced with form-closed force application. The basis of structure, properties and sizing basics of roller chain drives and belt drives are discussed and considered textile and elastomeric materials. From consideration of the prior art, the knitted fabric with high tenacity filament of polymeric coatings and their development approach is derived. Using a special knitting process, the textile chain tension members are produced as a right / left-knit fabric. The special thing about it is the exact distribution of involvement of the pins in the mesh structure during manufacturing. Subsequent elastomeric coating significantly improves the mechanical properties and fixes the bolt axially. These reactive polyurethanes by casting and thermoplastic elastomers are used in injection molding. Three selected textile bonds with different coatings were statically and dynamically examine in detail the basis of samples and associated endless traction means. The derived component S/N curves and performance charts are the basis for the design of textile-reinforced tension means for applications in mechanical engineering.

The paper presents a meso-scopic modeling framework for the simulation of three-phase composite consisting of a brittle cementitious matrix and reinforcing AR-glass yarns impregnated with epoxy resin. The construction of the model is closely related to the experimental program covering both the meso-scale test (yarn tensile test and double sided pull-out test) and the macro-scale test in the form of tensile test on the textile reinforced concrete specimen. The predictions obtained using the model are validated using a-posteriori performed experiments.

Die Arbeit befasst sich mit einem neuen textilverstärkten Zugmittel mit formschlüssiger Krafteinleitung. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Eigenschaften und Dimensionierungsgrundlagen von Rollenketten und Zahnriemenantrieben erörtert, sowie textile und elastomere Werkstoffe betrachtet. Aus den Betrachtungen zum Stand der Technik, der Maschenware mit hochfesten Filamentgarnen und deren polymeren Beschichtungen wird der Entwicklungsansatz abgeleitet. Mit Hilfe eines Spezialkettenwirkverfahrens werden die textilen Zugträger als Recht/Links-Maschenware hergestellt. Das besondere daran ist die teilungsgenaue Einbindung der Bolzen in die Maschenstruktur bei der Fertigung. Eine anschließende elastomere Beschichtung verbessert die mechanischen Eigenschaften erheblich und fixiert die Bolzen axial. Dabei werden reaktive Polyurethane im Gießverfahren und thermoplastische Elastomere im Spritzgießverfahren eingesetzt. Drei ausgewählte textile Bindungen mit verschiedenen Beschichtungen wurden statisch und dynamisch, anhand von Proben und endlos verbundenen Zugmitteln, ausführlich untersucht. Die daraus abgeleiteten Bauteil-Wöhlerlinien und Leistungsdiagramme bilden die Grundlage zur Auslegung der textilverstärkten Zugmittel für Anwendungen im Maschinenbau. / The dissertation deals with a new textile reinforced with form-closed force application. The basis of structure, properties and sizing basics of roller chain drives and belt drives are discussed and considered textile and elastomeric materials. From consideration of the prior art, the knitted fabric with high tenacity filament of polymeric coatings and their development approach is derived. Using a special knitting process, the textile chain tension members are produced as a right / left-knit fabric. The special thing about it is the exact distribution of involvement of the pins in the mesh structure during manufacturing. Subsequent elastomeric coating significantly improves the mechanical properties and fixes the bolt axially. These reactive polyurethanes by casting and thermoplastic elastomers are used in injection molding. Three selected textile bonds with different coatings were statically and dynamically examine in detail the basis of samples and associated endless traction means. The derived component S/N curves and performance charts are the basis for the design of textile-reinforced tension means for applications in mechanical engineering.

In the present work, the load-bearing behaviour of Textile Reinforced Concrete (TRC), which is a composite of a fine-grained concrete matrix and a reinforcement of high-performance fibres processed to textiles, exposed to uniaxial tensile loading was investigated based on numerical simulations. The investigations are focussed on reinforcement of multi-filament yarns of alkali-resistant glass. When embedded in concrete, these yarns are not entirely penetrated with cementitious matrix, which leads associated with the heterogeneity of the concrete and the yarns to a complex load-bearing and failure behaviour of the composite. The main objective of the work was the theoretical investigation of effects in the load-bearing behaviour of TRC, which cannot be explained solely by available experimental results. Therefore, a model was developed, which can describe the tensile behaviour of TRC in different experimental test setups with a unified approach. Neglecting effects resulting from Poisson’s effect, a one-dimensional model implemented within the framework of the Finite Element Method was established. Nevertheless, the model takes also transverse effects into account by a subdivision of the reinforcement yarns into so-called segments. The model incorporates two types of finite elements: bar and bond elements. In longitudinal direction, the bar elements are arranged in series to represent the load-bearing behaviour of matrix or reinforcement. In transverse direction these bar element chains are connected with bond elements. The model gains most of its complexity from non-linearities arising from the constitutive relations, e. g., limited tensile strength of concrete and reinforcement, tension softening of the concrete, waviness of the reinforcement and non-linear bond laws. Besides a deterministic description of the material behaviour, also a stochastic formulation based on a random field approach was introduced in the model. The model has a number of advantageous features, which are provided in this combination only in a few of the existing models concerning TRC. It provides stress distributions in the reinforcement and the concrete as well as properties of concrete crack development like crack spacing and crack widths, which are in some of the existing models input parameters and not a result of the simulations. Moreover, the successive failure of the reinforcement can be studied with the model. The model was applied to three types of tests, the filament pull-out test, the yarn pull-out test and tensile tests with multiple concrete cracking. The results of the simulations regarding the filament pull-out tests showed good correspondence with experimental data. Parametric studies were performed to investigate the influence of geometrical properties in these tests like embedding and free lengths of the filament as well as bond properties between filament and matrix. The presented results of simulations of yarn pull-out tests demonstrated the applicability of the model to this type of test. It has been shown that a relatively fine subdivision of the reinforcement is necessary to represent the successive failure of the reinforcement yarns appropriately. The presented results showed that the model can provide the distribution of failure positions in the reinforcement and the degradation development of yarns during loading. One of the main objectives of the work was to investigate effects concerning the tensile material behaviour of TRC, which could not be explained, hitherto, based solely on experimental results. Hence, a large number of parametric studies was performed concerning tensile tests with multiple concrete cracking, which reflect the tensile behaviour of TRC as occurring in practice. The results of the simulations showed that the model is able to reproduce the typical tripartite stress-strain response of TRC consisting of the uncracked state, the state of multiple matrix cracking and the post-cracking state as known from experimental investigations. The best agreement between simulated and experimental results was achieved considering scatter in the material properties of concrete as well as concrete tension softening and reinforcement waviness. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Untersuchungen zum einaxialen Zugtragverhalten von Textilbeton. Textilbeton ist ein Verbundwerkstoff bestehend aus einer Matrix aus Feinbeton und einer Bewehrung aus Multifilamentgarnen aus Hochleistungsfasern, welche zu textilen Strukturen verarbeitet sind. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf Bewehrungen aus alkali-resistentem Glas. Das Tragverhalten des Verbundwerkstoffs ist komplex, was aus der Heterogenität der Matrix und der Garne sowie der unvollständigen Durchdringung der Garne mit Matrix resultiert. Das Hauptziel der Arbeit ist die theoretische Untersuchung von Effekten und Mechanismen innerhalb des Lastabtragverhaltens von Textilbeton, welche nicht vollständig anhand verfügbarer experimenteller Ergebnisse erklärt werden können. Das entsprechende Modell zur Beschreibung des Zugtragverhaltens von Textilbeton soll verschiedene experimentelle Versuchstypen mit einem einheitlichen Modell abbilden können. Unter Vernachlässigung von Querdehneffekten wurde ein eindimensionales Modell entwickelt und im Rahmen der Finite-Elemente-Methode numerisch implementiert. Es werden jedoch auch Lastabtragmechanismen in Querrichtung durch eine Unterteilung der Bewehrungsgarne in sogenannte Segmente berücksichtigt. Das Modell enthält zwei Typen von finiten Elementen: Stabelemente und Verbundelemente. In Längsrichtung werden Stabelemente kettenförmig angeordnet, um das Tragverhalten von Matrix und Bewehrung abzubilden. In Querrichtung sind die Stabelementketten mit Verbundelementen gekoppelt. Das Modell erhält seine Komplexität hauptsächlich aus Nichtlinearitäten in der Materialbeschreibung, z.B. durch begrenzte Zugfestigkeiten von Matrix und Bewehrung, Zugentfestigung der Matrix, Welligkeit der Bewehrung und nichtlineare Verbundgesetze. Neben einer deterministischen Beschreibung des Materialverhaltens beinhaltet das Modell auch eine stochastische Beschreibung auf Grundlage eines Zufallsfeldansatzes. Mit dem Modell können Spannungsverteilungen im Verbundwerkstoff und Eigenschaften der Betonrissentwicklung, z.B. in Form von Rissbreiten und Rissabständen untersucht werden, was in dieser Kombination nur mit wenigen der existierenden Modelle für Textilbeton möglich ist. In vielen der vorhandenen Modelle sind diese Eigenschaften Eingangsgrößen für die Berechnungen und keine Ergebnisse. Darüber hinaus kann anhand des Modells auch das sukzessive Versagen der Bewehrungsgarne studiert werden. Das Modell wurde auf drei verschiedene Versuchstypen angewendet: den Filamentauszugversuch, den Garnauszugversuch und Dehnkörperversuche. Die Berechnungsergebnisse zu den Filamentauszugversuchen zeigten eine gute Übereinstimmung mit experimentellen Resultaten. Zudem wurden Parameterstudien durchgeführt, um Einflüsse aus Geometrieeigenschaften wie der eingebetteten und freien Filamentlänge sowie Materialeigenschaften wie dem Verbund zwischen Matrix und Filament zu untersuchen. Die Berechnungsergebnisse zum Garnauszugversuch demonstrierten die Anwendbarkeit des Modells auf diesen Versuchstyp. Es wurde gezeigt, dass für eine realitätsnahe Abbildung des Versagensverhaltens der Bewehrungsgarne eine relativ feine Auflösung der Bewehrung notwendig ist. Die Berechnungen lieferten die Verteilung von Versagenspositionen in der Bewehrung und die Entwicklung der Degradation der Garne im Belastungsverlauf. Ein Hauptziel der Arbeit war die Untersuchung von Effekten im Zugtragverhalten von Textilbeton, die bisher nicht durch experimentelle Untersuchungen erklärt werden konnten. Daher wurde eine Vielzahl von Parameterstudien zu Dehnkörpern mit mehrfacher Matrixrissbildung, welche das Zugtragverhalten von Textilbeton ähnlich praktischen Anwendungen abbilden, durchgeführt. Die Berechnungsergebnisse zeigten, dass der experimentell beobachtete dreigeteilte Verlauf der Spannungs-Dehnungs-Beziehung von Textilbeton bestehend aus dem ungerissenen Zustand, dem Zustand der Matrixrissbildung und dem Zustand der abgeschlossenen Rissbildung vom Modell wiedergegeben wird. Die beste Übereinstimmung zwischen berechneten und experimentellen Ergebnissen ergab sich unter Einbeziehung von Streuungen in den Materialeigenschaften der Matrix, der Zugentfestigung der Matrix und der Welligkeit der Bewehrung.