This study presents a conceptual design process for one-way reinforced concrete slabs cast over Textile Reinforced Concrete (TRC) Stay-in-Place (SiP) formwork elements, aiming at the minimization of the composite slab cost satisfying Ultimate Limit State (ULS) and Serviceability Limit State (SLS) design criteria. The thin-walled TRC element is considered to participate in the structural behaviour of the composite slab. This distinct function of the TRC element (as formwork and as a part of a composite element) distinguishes the design procedure into two States: a Temporary and a Permanent one. Design parameters such as the type of the textile reinforcement (material), the geometry of the TRC cross-section, the flexural strength of the fine-grained concrete in the TRC element and the compressive strength of the cast in-situ concrete are considered as the main optimization variables.

The effectiveness of a new structural material, namely textilereinforced mortar (TRM), was investigated experimentally in this study as a means of confining old-type reinforced concrete columns with limited capacity due to bar buckling or due to bond failure at lap splice regions. Comparisons with equal stiffness and strength fiber-reinforced polymer (FRP) jackets allow for the evaluation of the effectiveness of TRM versus FRP. Tests were carried out on full scale non-seismically detailed RC columns subjected to cyclic uniaxial flexure under constant axial load. Thirteen cantilever-type specimens with either continuous longitudinal reinforcement (smooth or deformed) or lap splicing of longitudinal bars at the floor level were constructed and tested. Experimental results indicated that TRM jacketing is quite effective as a means of increasing the cyclic deformation capacity of old-type RC columns with poor detailing, by delaying bar buckling and by preventing splitting bond failures in columns with lap spliced bars. Compared with their FRP counterparts, TRM jackets used in this study were found to be equally effective in terms of increasing both the strength and deformation capacity of the retrofitted columns. From the response of specimens tested in this study, it can be concluded that TRM jacketing is an extremely promising solution for the confinement of reinforced concrete columns, including poorly detailed ones with or without lap splices in seismic regions.

An innovative strengthening technique is applied for the first time in this study to provide flexural strengthening in two-way reinforced concrete (RC) slabs supported on edge beams. The technique comprises external bonding of textiles on the tension face of RC slabs through the use of polymer-modified cement- based mortars. The textiles used in the experimental campaign comprised fabric meshes made of long stitch-bonded fibre rovings in two orthogonal directions. The specimens measured 2 x 2 m in plan and were supported on hinges at the corners. Three RC slabs strengthened by textile reinforced mortar (TRM) overlays and one control specimen were tested to failure. One specimen received one layer of carbon fibre textile, another one received two, whereas the third specimen was strengthened with three layers of glass fibre textile having the same axial rigidity (in both directions) with the single-layered carbon fibre textile. All specimens failed due to flexural punching. The load-carrying capacity of the strengthened slabs was increased by 26%, 53%, and 20% over that of the control specimen for slabs with one (carbon), two (carbon) and three (glass) textile layers, respectively. The strengthened slabs showed an increase in stiffness and energy absorption. The experimental results are compared with theoretical predictions based on existing models specifically developed for two-way slabs and the performance of the latter is evaluated. Based on the findings of this work the authors conclude that TRM overlays comprise a very promising solution for the strengthening of two-way RC slabs.

Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung von Verbindungsgeometrien für ebene, textilbewehrte Betonbauteile auf Basis der Klebtechnik. Zur Charakterisierung des Tragverhaltens geeigneter Verbindungen werden umfangreiche experimentelle Verbunduntersuchungen auf Garn- und Bauteilebene durchgeführt. Mit den so gestalteten Verbindungen mit nachträglichem Verguss lassen sich die Referenzlasten des ungestörten Bauteils erreichen, wobei eine weitere Optimierung der Klebung zur Gewährleistung einer vereinfachten Herstellbarkeit und eines reproduzierbaren Versagensverhaltens anzustreben ist.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Verbundverankerung des neuen Verstärkungsmaterials textilbewehrter Beton für Stahlbetonbauteile. Der Detailpunkt der Verankerung mit den Mechanis-men der Kraftübertragung von der textilbewehrten Verstärkungsschicht in den Altbeton wurde auf experimentellem Weg an unterschiedlichen Probekörperformen untersucht. Dazu wurden verschie-dene Haftzug-, Filamentgarnauszug- sowie Schubversuche durchgeführt. Nach der Klärung der grundlegenden Phänomene beim Verbundbruchverhalten von Verstärkungs-schichten wurden zugehörige Versagenskriterien näher beleuchtet. Ein mögliches Versagen des inneren Verbundes wurde durch zusätzlich in das Versuchsprogramm aufgenommene Filamentgar-nauszugsversuche untersucht. Für die Verankerung sind zwei Versagensebenen zu berücksichtigen, die eine getrennte Betrachtung erfordern: der Altbetonuntergrund und die Ebene der textilen Be-wehrung. Mit Hilfe experimenteller Haftzuguntersuchungen wurde ein breit gefächertes Spektrum möglicher Einflussparameter auf die Tragfähigkeit des Verbundes in der Ebene der textilen Bewehrung unter-sucht. Den einzelnen Einflussfaktoren kommt dabei eine unterschiedliche Bedeutung zu. Den aus-schlaggebenden Einfluss auf die Tragfähigkeit des Haftverbundes in der Ebene der textilen Bewehrung liefert die textile Bewehrung selbst. Es wurde ein geeignetes Verfahren zur Ermittlung eines wirksamen Flächenanteiles der textilen Bewehrungsstrukturen entwickelt, welches die Grund-lage für die weiterführenden Betrachtungen zum Verbundversagen durch Delamination in der Ebe-ne der textilen Bewehrung bildet. Das Verbundtragverhalten unter Schubbeanspruchung bildet den Kern der vorliegenden Arbeit. Spezielle Eigenheiten des textilbewehrten Betons werden aufgezeigt und Lösungsvorschläge erar-beitet. Da sich das Verhalten von Verstärkungsschichten aus textilbewehrtem Feinbeton beträcht-lich von bekannten Klebeverbindungen unterscheidet, sind hier völlig neue Wege zu beschreiten. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung wurde ein neues, riss-bildorientiertes Messverfahren entwickelt. Anhand eines Beispielversuchs wird diese neu entwi-ckelte Methode vorgestellt und verbleibende Problempunkte diskutiert. Die Ergebnisse dieser Messungen haben gezeigt, dass es mit dem derzeitigen Kenntnisstand nicht möglich ist, für das Verstärkungsmaterial Textilbeton eine Schubspannungs-Schlupf-Beziehung anzugeben. Nach An-sicht der Verfasserin ist die Verwendung einer solchen Modellvorstellung nur für Verstärkungsma-terialien mit linear-elastischem Materialverhalten geeignet. In der vorliegenden Arbeit werden einige alternative Modellvorschläge für die Beschreibung des Verbundverhaltens angegeben. Separate Modellvorschläge für die Verbundtragfähigkeit unter Haft-zugbeanspruchung und unter Schubbeanspruchung wurden zu einer Interaktion zusammengeführt. Diesem wurden weitere alternative Modellvorschläge wie z. B. die Betrachtung als Stabwerk mit veränderlicher Druckstrebenneigung gegenübergestellt.

[pt] A necessidade de estruturas mais leves e esbeltas tem motivado a pesquisa por materiais alternativos, o que levou, nas últimas décadas, ao concreto têxtil (TRC) ou argamassa de cimento reforçada com tecido (FRCM). Além da leveza e finura, vale ressaltar a alta ductilidade deste tipo de compósito. No entanto, ainda são poucos os estudos sobre o comportamento mecânico desse material, principalmente quando submetido a situações de alta agressividade ambiental. Portanto, o objetivo deste estudo é analisar o comportamento mecânico de compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais e tecido de fibra sintética. Para isso, foram desenvolvidos compósitos em formato de placas e vigas de seção I fabricados com dois tipos de matrizes, que variavam quanto ao teor de hidróxido de cálcio, reforçados com diferentes porcentagens de tecido de fibra de vidro álcali resistente e de fibra de sisal. As amostras foram submetidas a ensaios de tração direta e flexão a quatro pontos tanto em condições normais quanto após envelhecimento acelerado em câmara de névoa salina. Concluiu-se que, embora os elementos reforçados com tecido de fibra de vidro apresentem um desempenho satisfatório em condições normais de ensaio, quando colocados em ambientes salinos há uma degradação considerável tanto da fibra quanto da interface entre o tecido e a matriz, prejudicando a performance do compósito. Observou-se também que a matriz com baixo teor de hidróxido de cálcio auxiliou na preservação da capacidade resistente dos tecidos utilizados no estudo, com destaque para o desempenho compósito reforçado com fibra de vidro ensaiado em condições normais e o reforçado com fibra de sisal nas duas condições de ensaio propostas. / [en] The need for lighter and slender structures has led civil engineers to look for alternative materials, which has led, in recent decades, to cementitious composites reinforced with fabrics. This new type of material is known as textile reinforced concrete (TRC) or Fabric Reinforced Cement Mortar (FRCM). In addition to the lightness and slimness, it is worth mentioning the high ductility of the material. Nevertheless, there are still only a few studies on durability and mechanical mechanisms when it occurs in situations with high environmental aggressiveness, such as coastal areas. Therefore, the objective of this study is to analyze the influence of saline environments on cementitious composites reinforced with natural sisal and alkali resistant glass fabrics. Two types of matrices were developed: one with a high calcium hydroxide content, only with Portland cement and the other with a lower content, due to the partial replacement of Portland cement by Metacaulim and fly ash. The TRC specimens were placed for accelerated aging in a salt steam walk-in chamber with a concentration of 3.5 percent NaCl and 70 degree Celsius . After 1000 hours of aging, the specimens were removed from the chamber and subjected to direct tensile tests. The degradation mechanisms were discussed and a comparison between the mechanical behavior of the two composite systems were addressed.

Thin-walled, high-strength concrete elements exhibiting low system weight and great slenderness can be created with a large degree of lightweight structure using the textile-reinforced, load-bearing concrete (TRC) slab and a shell with a very high level of sound absorption. This was developed with the objective of lowering system weight, and then implemented operationally in construction. Arising from the specifications placed on the load-bearing concrete slab, the following took place: an adapted fine-grain concrete matrix was assembled, a carbon warp-knit fabric was modified and integrated into the fine concrete matrix, a formwork system at prototype scale was designed enabling noise barriers to be produced with an application-oriented approach and examined in practically investigations within the context of the project. This meant that a substantial lowering of the load-bearing concrete slab’s system weight was possible, which led to a decrease in transport and assembly costs.

Der komplexe Verarbeitungsprozess endlosfaserverstärkter Textilthermoplaste beeinflusst maßgeblich die resultierende textile Struktur und damit im gleichen Maße die strukturellen Eigenschaften des Verbundes. Zur vollständigen Ausschöpfung des vielversprechenden Potentials dieser innovativen Werkstoffgruppe ist es daher notwendig, die Fertigungssimulation in den Entwicklungsprozess zu integrieren. In der vorliegenden Arbeit wird eine qualitative als auch quantitative Beschreibung der komplexen Deformationsphänomenologie von Textilthermoplasten beim Thermoformen vorgenommen, wobei die eingehende Analyse der lokalen Textilthermoplaststruktur und -verformung fokussiert wird. Auf Grundlage eines umfangreichen experimentellen Prüfprogramm wird abschließend zur modellbasierten Beschreibung der Deformationsvorgänge ein neuartiges Multi-Skalen-Modell entwickelt, mit dem sich die auftretende Phänomenologie virtuell wiedergeben lässt.

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.

Das Tragverhalten von Textilbeton ist stark nicht-linear und der Verlauf der Spannungs-Dehnungs-Beziehung hängt von zahlreichen Parametern ab. Unter einaxialer Zugbelastung existieren bereits umfangreiche experimentelle Untersuchungen und theoretische Modelle zur Beschreibung des Tragverhaltens. In vielen Anwendungen, z. B. bei Querkraft- und Torsionsbeanspruchung, sind die Beanspruchungen jedoch nicht einaxial und/oder nicht axial zur Bewehrungsrichtung, und es kommt zu Interaktionen der beiden Bewehrungshauptrichtungen, primär infolge des Einflusses zweier Risssysteme in den beiden Hauptrichtungen. Das Tragverhalten textiler AR-Glas- und Carbonbewehrungen unter zweiaxialen Zugbeanspruchungen wurde experimentell untersucht, um diese Einflüsse qualitativ und quantitativ beschreiben zu können. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse vorgestellt.