The ingenious bridge, roof, and shell structures of the last century were designed from the understanding of the congenial interaction of the two materials concrete and steel. Nowadays, reinforced concrete is the most widely used material in construction. The use of system formwork and easy-to-install reinforcement support structures that are optimized in terms of labor costs, but often have inefficient use of material. In this context, Stefan Polónyi has repeatedly criticized the engineers' lost understanding of the interaction of concrete and reinforcement. With Additive Manufacturing, an innovative digital manufacturing technology is now available that allows new freedom in concrete design with a resource-efficient use of materials at the same time. With regard to practical application, the integration of reinforcement represents a central challenge in 3D-concrete-printing. The authors see here the future chance of a force-flow controlled reinforcement layout. The paper shows new strategies for the combined Additive Manufacturing of concrete and reinforcement and presents first 3D-printed reinforced concrete elements.
Ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) is usually applied for thin-walled and lean constructions because of its excellent mechanical properties. However, these lightweight constructions such as bridge girders, masts, towers, and railway tracks, for example, are susceptible to oscillations due to cyclic loading. A model describing the fatigue behavior of UHPFRC is required. Therefore, the material behavior of all mixture components and the composite itself, each subjected to cyclic tensile loading, is studied experimentally and numerically on the mesoscale at iBMB, Division of Concrete Construction and Institute of Structural Analysis both at TU Braunschweig. In this paper, first findings concerning bond processes of single and multiple micro steel fibers embedded in ultra-high performance concrete as well as a new geometrically and physically nonlinear bond model are presented. K E Y W O R D Sbond stress-slip behavior, damage processes, micro steel fiber, nonlinear bond model, ultra-high performance concrete
Gegenüber der Ortbetonbauweise hat die Segmentbauweise mit Betonfertigteilen viele Vorzüge. Diese liegen zum einen in der qualitätsgesicherten und witterungsunabhängigen Vorfertigung im Fertigteilwerk, einer verkürzten Bauzeit sowie besseren Rückbaumöglichkeiten. Des Weiteren ist der Aufwand für Bauhilfsmaßnahmen und Rüstungen wesentlich geringer und lohnintensive Arbeiten auf der Baustelle können verringert werden. Kombiniert man die Vorteile dieser Bauweise mit den exzellenten Eigenschaften von ultrahochfestem Faserbeton (UHPFRC), lassen sich filigrane und modulare Segmentkonstruktionen herstellen. Bei solchen Konstruktionen ist die Ausbildung der Segmentfugen von maßgebender Bedeutung. Am iBMB, Fachgebiet Massivbau der TU Braunschweig, wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Tragverhalten feinprofilierter UHPFRC‐Trockenfugen durchgeführt sowie ein Bemessungsansatz aufgestellt, worüber im Beitrag berichtet wird.Finely profiled UHPFRC dry joints for segmental componentsThe prefabricated segmental construction method has several advantages over the in‐situ concrete construction. The segments can be precasted under controlled conditions at the precasting yard and are not subject to weather conditions. Furthermore the construction period as well as the costs of falsework and on site can be reduced. Combining this advantageous construction method with the excellent properties of ultra high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC), filigree and modular segmental constructions can be produced. The formation of the joints is fundamental for such constructions. Experimental and theoretical research works on finely profiled UHPFRC dry joints have been conducted at the iBMB, Department of Concrete Structures of the TU Braunschweig, and a design model has been formulated, which will be reported in the article.
Die Beschränkung der auftretenden Rissbreiten ist bei Stahlbetonbauteilen eine maßgebliche Bemessungsaufgabe zur Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit. Im vorliegenden Beitrag wird ein neues, praxisgerechtes Modell zur Berechnung der charakteristischen Rissbreite vorgestellt, welches auf allgemeingültigen mechanischen Ableitungen aufbaut und den charakteristischen Rissabstand sowie die zugehörigen charakteristischen Dehnungen über eine konsistente, verbundorientierte Methodik bestimmt. Die Bestimmungsgleichungen wurden in einer umfangreichen Parameterstudie ermittelt, sodass das neue Berechnungsmodell den Ansatz des EC2/NA [2] bzw. der DIN 1045‐1 [10] im Hinblick auf verbundspezifische und rissmechanische Zusammenhänge verbessert und den Anwendungsbereich in der praktischen Anwendung erweitert. Extended model to calculate the crack width The calculation of the crack widths is a main task within the design of reinforced concrete structures in order to secure the serviceability and the durability. In the following a new, practical model for the calculation of the characteristic crack width is presented, which is based on general mechanical relationships and determines the characteristic crack spacing and the associated characteristic strains with a consistent, bond‐oriented methodology. The calculation formulas were determined in an extensive parameter study so that the new calculation model improves the approach of the EC2/NA [2] or DIN 1045‐1 [10] in terms of bond specifics and crack mechanics and extends the application range in the practical use.
Im Gegensatz zur einaxialen Betondruckfestigkeit, die sich relativ einfach an Zylindern oder Würfeln ermitteln lässt, ist die Erfassung der zentrischen Betonzugfestigkeit wesentlich aufwendiger, da die Lasteinleitung mit Schwierigkeiten verbunden ist. Daher bietet sich die indirekte Ermittlung der zentrischen Zugfestigkeit über einen Biegezugversuch an. In diesem Fall muss jedoch die im Biegezugversuch bestimmte Kraft‐Verformungs‐Kurve in eine Zugspannungs‐Dehnungs‐Linie umgerechnet werden. Um das Zugspannungs‐Dehnungs‐Verhalten von ultrahochfestem Faserbeton (UHPFRC) zu untersuchen, wurden am iBMB, Fachgebiet Massivbau der TU Braunschweig, 4‐Punkt‐Biegeversuche mit Standard‐Biegebalken 15/15/70 cm aus ultrahochfestem Fein‐ oder Grobkornbeton mit unterschiedlichen Faserschlankheiten und ‐gehalten durchgeführt. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wurde, in Anlehnung an die DAfStb‐Richtlinie Stahlfaserbeton, eine Zugspannungs‐Dehnungs‐Beziehung für UHPFRC hergeleitet und mit der Finite‐Elemente‐Methode (FEM) validiert. Tensile Stress‐Strain Relationship for UHPFRC on the basis of DAfStb‐Richtlinie Stahlfaserbeton The concrete compressive strength can be easily determined by using cylinders or cubes, whilst determing the axial concrete tensile strength is much more complex due to its load instruction. Therefore, the axial tensile strength can be determined indirectly by bending test. In this case, however, the load‐displacement curve determined of the bending test has to be converted into a tensile stress‐strain curve. In order to analyse the tensile stress‐strain behavior of ultra‐high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC), the iBMB, Division of Concrete Construction of the TU Braunschweig, has conducted 4‐point bending tests with standard bending beams 15/15/70 cm made of UHPFRC‐mortar or UHPFRC‐concrete which differed in fiber slenderness and fiber content. A tensile stress‐strain relation for UHPFRC based on the DAfStb‐Richtlinie Stahlfaserbeton was derived from the experimental results and finally validated by applying the finite element method (FEM).
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