The aim of this work is the development of mechanical models on a mesoscopic level for the analytical description of the material properties of textile reinforced concrete (TRC). For the modelling of the heterogeneous structure of TRC the concept of representative volume elements (RVE) is used. RVEs are representative for the mesoscopic structure. The overall material behaviour on the macroscopic level is obtained by means of homogenisation of the heterogeneous material behaviour on the mesoscopic level. Based on the micro mechanical solution of the elastic field of an ellipsoidal inclusion according to Eshelby a model for the determination of the material behaviour for multi-directional reinforced finegrained concrete is developed. An effective field approximation considers the interaction of the differentially orientated reinforcements in an averaged sense. Microcracks are included by additional strains in the representative volume element. The average interaction between the microcracks and the reinforcements is considered by an effective field approximation. As a criteria for the initiation of the macro cracking a critical microcrack density parameter is implemented in the mechanical model. The microcracks accumulate to macrocracks if the microcrack density parameter in the RVE exceeds this critical value. For the mechanical modelling of the bond behaviour between roving and matrix after macro cracking a multiple linear shear stress-slip relation is used. This shear stress-slip relation considers adhesion, damage and failure of the interface between roving and matrix. Hence experimentally measured pullout force-displacement curves can be simulated realistically. / Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung mechanischer Modelle auf der Mesoebene zur analytischen Beschreibung des makroskopischen Materialverhaltens von textilbewehrtem Feinbeton. Für die Modellierung der heterogenen Struktur wird das Konzept der repräsentativen Volumenelemente (RVE), die für die Mesostruktur des betrachteten Verbundwerkstoffes repräsentativ sind, verwendet. Der Übergang von dem heterogenen Materialverhalten auf der Mesoebene zum mittleren Materialverhalten auf der Makroebene erfolgt mittels Homogenisierung. Auf Basis der mikromechanischen Grundlösung für ellipsoidförmige Einschlüsse nach Eshelby wird ein Modell entwickelt, das die Ermittlung des Materialverhaltens von multidirektional bewehrtem Feinbeton ermöglicht. Durch die Anwendung einer Effektive-Feld-Theorie wird die gegenseitige Beeinflussung der unterschiedlich orientierten Bewehrungen in einem gemittelten Sinn betrachtet. Die ab einer bestimmten makroskopischen Beanspruchung entstehenden Mikrorisse berücksichtigt das mechanische Modell über einen durch die Mikrorisse hervorgerufenen zusätzlichen Verzerrungsanteil im RVE. Mittels der verwendeten Effektive-Feld-Theorie kann eine mittlere Beeinflussung zwischen den Mikrorissen und der Rovingbewehrung erfasst werden. Für den Übergang von der Mikrorissbildung zur Makrorissbildung wird für das mechanische Modell der Begriff einer maximalen Mikrorissdichte eingeführt. Überschreitet die Mikrorissdichte im RVE diesen maximalen Wert, vereinigen sich die Mikrorisse zu Makrorissen. Zur Beschreibung des mechanischen Verbundverhaltens zwischen Roving und Matrix beim Rovingauszug am Makroriss wird eine multilineare Schubspannungs-Schlupf-Beziehung verwendet, welche die Schädigung des Roving-Matrix-Verbundes bis hin zum vollständigen Versagen erfasst. Damit lassen sich experimentell ermittelte Kraft-Verformungskurven an Zugproben wirklichkeitsnah abbilden.

Die Arbeit stützt sich überwiegend auf die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen. Einaxiale Zugversuche an scheibenförmigen Probekörpern bildeten die Basis für die Beschreibung des Tragverhaltens in Form von Spannungs-Dehnungs-Linien. Da die Durchführung von Zugversuchen bekanntlich nicht ganz problemlos ist, wird der Versuchsaufbau besonders sorgfältig dargestellt. Mängel und deren Auswirkung auf die Versuchsergebnisse werden ausführlich diskutiert. Für die Beurteilung der Verbundeigenschaften der Bewehrung ist der Umfang der Kontaktfläche mit der Matrix ein wichtiger Parameter. Es wurde ein Verfahren für die Ermittlung dieser und anderer geometrischen Eigenschaften der Bewehrung entwickelt. Elektronische Aufnahmen von klassischen Dünnschliffen werden dazu mit einem digitalen Bildauswerteprogramm analysiert. Die Berücksichtigung einer Vielzahl von Einflüssen ermöglicht erstmals die reproduzierbare Bestimmung des Umfanges der Kontaktfläche zwischen den Fasern und der Matrix sowie die Querschnittsfläche der Faserbündel in der Matrix ohne subjektive Einflüsse. Das Tragverhalten von unidirektionalen und textilen Bewehrungen aus AR-Glas Filamentgarnen wird mit experimentellen Methoden untersucht. Die Basis bilden in einaxialen Zugversuchen an Dehnkörpern aufgenommene Spannungs-Dehnungs-Linien. Schon bei einer Bewehrung aus unidirektionalen Multifilamentgarnen treten Phänomene auf, die von Bewehrungen aus kompakten, homogenen Querschnitten (Stäben oder Drähten) nicht bekannt sind. Die Multifilamentgarne können selbst schon als Verbundwerkstoff bezeichnet werden, dessen Eigenschaften in einem großen Wertebereich variieren. Mit der textilen Verarbeitung von Multifilamentgarnen werden die (Verbund¬¬-)Eigenschaften entscheidend verändert. Ganz wesentlich ist das Hinzufügen von weiteren Faserscharen und den für die Herstellung der Textilien notwendigen Nähgarnen. Durch die Verarbeitung ändern sich auch Form und Packungsdichte der Multifilamentgarne. Das Zusammenspiel all dieser Einflüsse und die Variationsmöglichkeiten bei der Kombination aller Parameter führen zu einem teilweise deutlich verändertem Tragverhalten des textilbewehrten Betons gegenüber unidirektional bewehrtem Beton. Auf der Basis einfach handhabbarer Modelle wird versucht, Charakteristika des Tragverhaltens zu erklären. Beim textilbewehrten Beton ist jedoch oft kein eindeutiger Zusammenhang erkennbar, weil sich mehrere Einflüsse überlagern. Trotzdem ist es gelungen, zahlreiche, für den textilbewehrten Beton typische Besonderheiten aufzuzeigen und deren Ursachen zu klären. Den Abschluss bilden Überlegungen zur Optimierung der textilen Bewehrungen, die sich aus den beobachteten Phänomenen und deren Ursachen ableiten. / This thesis is mainly based on results of experimental methods. Uniaxial tension tests on strain specimens provide a basis for a description of the load bearing behaviour in the form of stress-strain-curves. It is well known, that the accomplishment of tension tests causes several problems. Therefore the test set-up is described in detail. Deficiencies and their impact on test results are discussed extensively. For the assessment of bond properties the perimeter of the contact area between fibres and matrix is a crucial parameter. A new procedure has been developed for estimating this and other geometrical properties of the reinforcement. Digital images of traditional thin section petrography are analysed with digital image analysis software. The consideration of a multitude of influences enables a reproducible determination of the perimeter of the contact area between fibres and matrix as well as the cross sectional area of the fibre bundles for the first time without subjective influences. The load bearing behaviour of unidirectional fabric reinforcement made from AR-glass filament yarns is examined with experimental methods. Stress-strain-curves from uniaxial tension tests on strain specimen provide a basis. Reinforcements of unidirectional multi filament yarns show already phenomenon?s that are not known from reinforcements with compact homogeneous cross sections (bars or wires). Multi filament yarns could be indicated as an composite material itself whose properties vary in a wide range. During fabric production with textile technologies the (bond-)properties are subject to crucial changes. The adding of extra layers of yarns and needle thread required for connecting these layers are of vital importance. Textile processing changes shape and packing density of the multi filament yarns. The interaction of all these influences and the possible range of combining all parameters lead to pronounced changes in the mechanical properties of textile reinforced concrete also compared to unidirectional fibre reinforcement. Using simple to handle models this work attempts to explain characteristics of the mechanical behaviour. However, for textile reinforced concrete there is often not a clear connection visible. Although numerous typical characteristics of textile reinforced concrete and their causes has been identified. Finally some considerations for optimising fabric reinforcements are given, which has been derived from observed phenomenons and their causes.

Durch die beanspruchungsgerechte Anordnung von Fasermaterialien wie Glas oder Carbon mit hervorragenden Trageigenschaften entstehen technische Textilien, die in eine Betonmatrix eingebracht werden können, so daß ein neuer, innovativer Verbundwerkstoff entsteht, der sowohl bei der Herstellung neuer Betonbauteile verwendet werden kann als auch für den Einsatz in der Instandsetzung und Verstärkung bestehender Bauwerke geeignet ist. Da die verwendeten Materialien im Gegensatz zum Stahl nicht korrosionsempfindlich sind und gleichzeitig hohe Festigkeiten aufweisen, können Verstärkungen aus textilbewehrtem Beton mit sehr geringen Abmessungen ausgeführt werden. Bei Holzkonstruktionen können textile Verstärkungen die durch die Anisotropie bedingten Festigkeits- und Steifigkeitsunterschiede kompensieren und die Dauerhaftigkeit erhöhen. Bei Verzicht auf Knotenbleche aus Stahl und durch Applikation von textilen Strukturen können beachtliche Steigerungen der Tragfähigkeit und der Duktilität von Verbindungen erreicht werden. In den fünf Projektbereichen werden in theoretischen und experimentellen Untersuchungen die Grundlagen für die Werkstoffe, die mechanische Beschreibung, die konstruktive Durchbildung und die Bemessung, die technologische Aufbringung, bautechnische Umsetzung und die Langzeiteigenschaften und damit für die Sicherheit und die Lebensdauer bei der Verwendung textiler Bewehrungen für die Instandsetzung und Verstärkung geschaffen. / The stress-oriented arrangement of fibre materials, such as glass or carbon, which have an excellent load-bearing capacity, leads to technical textiles that may be incorporated into a concrete matrix. So a new, innovative composite material is produced, which can be used for the production of new concrete members and also for the restoration and strengthening of existing structures. As the materials used are noncorrosive compared to steel and as they show great strength at the same time, textile-reinforced concrete can be used for strengthening tasks of small dimensions. With regard to timber structures, textile reinforcement can compensate the strength and stiffness differences caused by anisotropy and can increase durability. If textile structures are used instead of steel gussets this may lead to a considerable increase in the ultimate strength and the ductility of joints. The five fields of the project are designed that theoretical and experimental investigations are carried out to provide the fundamentals of the materials. Additionally information will be obtained about the mechanical description, the detailing and the dimensioning, the techniques of applying, the realisation on the site and the long-term behaviour. All leading to a safety concept and also a service life concept for the use of textile reinforcements for restoration and strengthening.