Nach zwölf Jahren endete am 30.6.2011 die Förderung des Sonderforschungsbereiches 528 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Der Abschlussbericht fasst die zentralen Ergebnisse des Sonderforschungsbereiches auf dem Gebiet der Verstärkung und Instandsetzung mit textilbewehrtem Beton über die gesamte Laufzeit des SFBs zusammen. Dazu berichten die einzelnen Teilprojekte über ihre aktuellen Erkenntnisse aus der letzten Förderperiode.

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.

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.

Η εργασία αυτή αποτελείται από επτά κεφάλαια: Στο Πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια πρώτη γνωριμία με τα Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας. Συγκεκριμένα γίνεται αναφορά στις ιδιότητες και είδη των υλικών που συνθέτουν τα παρα-πάνω στοιχεία. Στη συνέχεια στο Δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των έως τώρα εφαρμογών των στοιχείων ΙΑΜ. Το Τρίτο κεφάλαιο πραγματεύεται την παρουσίαση των βασικών μηχανισμών λειτουργίας των λεπτότοιχων στοιχείων ΙΑΜ έναντι διαφόρων εντατικών καταστάσεων. Επίσης παρου-σιάζονται και εξισώσεις σχεδιασμού που δίδονται από την διεθνή βιβλιογραφία. Στο Τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση που έχει ως στόχο την κατανόηση της λειτουργίας των σύμμικτων στοιχείων που αποτελούνται από σύνθετα υλικά και σκυρόδεμα. Στην βιβλιογραφική ανασκόπηση παρουσιάζονται εργασίες που ασχο-λούνται με την διερεύνηση της συμπεριφοράς: • Συστημάτων ενίσχυσης στοιχείων με ΙΑΜ, • Παραμενόντων τύπων από Ινοπλισμένα Πολυμερή • Παραμενόντων τύπων από Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας. Στο Πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση της πειραματικής μεθοδολογίας που ακολου-θήθηκε, ενώ στα κεφάλαια έξι και επτά γίνεται η παρουσίαση των πειραματικών αποτελε-σμάτων και των συμπερασμάτων που εξήχθησαν από αυτά αντίστοιχα. / -

Seit nunmehr über einem Jahrzehnt arbeiten die beiden Sonderforschungsbereiche 528 und 532 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) an der Verwendung technischer Textilien im Bauwesen. An der RWTH Aachen (SFB 532) wurde in erster Linie der innovative Verbundwerkstoff „Textilbewehrter Beton“ untersucht, wobei das Ziel dünnwandige und hochbelastbare Betonbauteile waren. An der TU Dresden (SFB 528) wurde in erster Linie die Verwendung von technischen Textilien für die Verstärkung und Instandsetzung von Stahlbetontragwerken oder Holzbauteilen erforscht, um eine wirtschaftlich und technisch attraktive Alternative für die aktuellen Herausforderungen im Bauwesen anbieten zu können. Das 6. Kolloquium zu textilbewehrten Tragwerken (CTRS6) ist Teil einer Serie von Kolloquien, die seit 2001 von den beiden Sonderforschungsbereichen 528 (Dresden) und 532 (Aachen) abwechselnd organisiert werden. Das gemeinsame Abschlusskolloquium der beiden Sonderforschungsbereiche nach dem Ende der Förderung durch die DFG ist das sechste in dieser Reihe und wurde vom Dresdner SFB 528, allerdings diesmal zentral gelegen in Berlin, organisiert. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der beiden Sonderforschungsbereiche stellten ihre aktuellen Ergebnisse vor, wobei diese von Nachwuchswissenschaftlern aus den einzelnen Teilprojekten präsentiert wurden. Ergänzt wurde das Programm durch Vorträge renommierter internationaler Gastredner auf den Gebieten der Fasern und Textilien. / For more than a decade, the collaborative research centres 528 and 532 of the Deutsche For-schungsgemeinschaft (DFG) have worked on the application of textile fabrics in civil engi-neering. The RWTH Aachen (CRC 532) first and foremost dealt with the innovative composite “textile reinforced concrete” with the aim of developing thin-walled concrete components with a heavy-load capacity. The TU Dresden (SFB 528) concentrated on re-search into the strengthening and restoration of reinforced concrete load-bearing structures or timber components to provide an economically and technically attractive alternative for the current challenges in civil engineering. The sixth colloquium on textile reinforced structures (CTRS 6) is part of a series of colloquia which has been alternately organized by the collaborative research centre 528 (Dresden) and 532 (Aachen).After the DFG’s grant had come to an end, the joint sixth and final colloquium of both collaborative research centres, which was this time organized by the CRC 528 from Dresden, took place in Berlin due to its more central location. The scientists from both col-laborative research centres presented their current results which were explained by young scientists from the individual subprojects. The programme was complemented by presenta-tions by renowned international guest lecturers from the field of fibres and textiles.

[pt] Este trabalho tem como objetivo investigar o desempenho de pilares de Concreto Têxtil (CT) sujeitos a compressão. Um programa experimental foi conduzido incluindo caracterização do material, ensaios de flexão de quatro pontos em placas e ensaios de compressão em pilares retangulares e de seção I com diferentes comprimentos e condições de contorno. Um modelo normal-momento-curvatura de um grau de liberdade foi proposto e seus resultados, utilizando propriedades do material determinadas experimentalmente, são comparados aos obtidos para os ensaios de flexão de quatro pontos, para validação. Curvas força-deslocamento obtidas experimentalmente são apresentadas juntamente com as cargas máximas e modos de falha e o modelo numérico é usado para determinar imperfeições, bem como para dar suporte à análise de resultados. As influências de imperfeições e propriedades mecânicas do concreto no comportamento do pilar real são discutidas e é mostrado que a resistência à tração do concreto tem uma forte influência na carga de pico de pilares com maior esbeltez. Foram observadas reduções de capacidade de até 53,6 por cento em relação às esperadas para um pilar perfeito e é mostrado que o modelo pode ser usado com precisão para a previsão de carga. No que diz respeito ao tecido, é demonstrado que a contribuição do reforço em membros comprimidos não deve ser desconsiderada. / [en] This work aims to investigate the performance of Textile Reinforced Concrete (TRC) columns subject to compression. An experimental program including material characterization, four-point bending tests on plates and compression tests on rectangular and I-section columns with different lengths and end conditions was conducted. A one-degree of freedom axial force-moment-curvature model is proposed and the results using experimentally determined material properties are compared to those obtained for four-point bending tests, for validation. Load vs lateral deflection curves obtained experimentally are reported along with maximum loads and failure modes and the numerical model is used to determine imperfections as well as to support the analysis of results. The influences of imperfections and mechanical properties of concrete in the actual column behavior are discussed and it is shown that the tensile strength of concrete has a strong influence in the peak load of columns with greater slenderness. Erosions of capacity up to 53.6 percent were observed with respect to those expected for a perfect column and it is shown that the model can be accurately used for strength prediction. Concerning the textile, it is shown that the reinforcement contribution should not be neglected for members in compression.

abstract: The main objective of this study is to develop an innovative system in the form of a sandwich panel type composite with textile reinforced skins and aerated concrete core. Existing theoretical concepts along with extensive experimental investigations were utilized to characterize the behavior of cement based systems in the presence of individual fibers and textile yarns. Part of this thesis is based on a material model developed here in Arizona State University to simulate experimental flexural response and back calculate tensile response. This concept is based on a constitutive law consisting of a tri-linear tension model with residual strength and a bilinear elastic perfectly plastic compression stress strain model. This parametric model was used to characterize Textile Reinforced Concrete (TRC) with aramid, carbon, alkali resistant glass, polypropylene TRC and hybrid systems of aramid and polypropylene. The same material model was also used to characterize long term durability issues with glass fiber reinforced concrete (GFRC). Historical data associated with effect of temperature dependency in aging of GFRC composites were used. An experimental study was conducted to understand the behavior of aerated concrete systems under high stain rate impact loading. Test setup was modeled on a free fall drop of an instrumented hammer using three point bending configuration. Two types of aerated concrete: autoclaved aerated concrete (AAC) and polymeric fiber-reinforced aerated concrete (FRAC) were tested and compared in terms of their impact behavior. The effect of impact energy on the mechanical properties was investigated for various drop heights and different specimen sizes. Both materials showed similar flexural load carrying capacity under impact, however, flexural toughness of fiber-reinforced aerated concrete was proved to be several degrees higher in magnitude than that provided by plain autoclaved aerated concrete. Effect of specimen size and drop height on the impact response of AAC and FRAC was studied and discussed. Results obtained were compared to the performance of sandwich beams with AR glass textile skins with aerated concrete core under similar impact conditions. After this extensive study it was concluded that this type of sandwich composite could be effectively used in low cost sustainable infrastructure projects. / Dissertation/Thesis / M.S. Civil and Environmental Engineering 2012

Nach zwölf Jahren endete am 30.6.2011 die Förderung des Sonderforschungsbereiches 528 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Der Abschlussbericht fasst die zentralen Ergebnisse des Sonderforschungsbereiches auf dem Gebiet der Verstärkung und Instandsetzung mit textilbewehrtem Beton über die gesamte Laufzeit des SFBs zusammen. Dazu berichten die einzelnen Teilprojekte über ihre aktuellen Erkenntnisse aus der letzten Förderperiode.

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.

Infolge des Herstellungsprozesses textiler Bewehrungen ergeben sich unterschiedliche Materialeigenschaften in den beiden Hauptrichtungen (Schuss und Kette). Diese Unterschiede entstehen durch verschiedene Einflussfaktoren, z. B. aus dem Verbundverhalten oder der Querschnittsform der Rovings. Um das Tragverhalten des anisotropen Verbundwerkstoffes Textilbeton experimentell untersuchen zu können, müssen mögliche Einflüsse aus dem Versuchsaubau möglichst gering gehalten werden, bzw. – falls unvermeidbar – in ihrer Wirkung qualitativ und quantitativ bestimmt und bei der Auswertung der Versuchsergebnisse berücksichtigt werden. Auf der Grundlage der durchgeführten umfangreichen experimentellen Untersuchungen wird eine qualitative Bewertung des Versuchsstandes sowie der verwendeten berührungslosen Messtechnik, der Nahbereichsphotogrammetrie, vorgenommen.