Charakterisierung und Modellierung dünnwandiger, mineralisch gebundener Membranbauteile unter mehraxialen Spannungszuständen
Mineralisch gebundene Komposite mit nichtmetallischen Bewehrungen zeichnen sich durch sehr hohe Druck- und hohe Zugtragfähigkeiten aus und eignen sich besonders für dünnwandige Strukturen wie doppelt gekrümmte Schalentragwerke oder Balkenstegen, in denen die Lasten hauptsächlich über oberflächenparallele Membranspannungen abgetragen werden. Allerdings sind die Tragmechanismen von Carbonbeton unter mehraxialen Spannungszuständen bisher unzureichend erforscht. Es ist vollkommen ungeklärt, ob die für Membranspannungszustände im Stahlbetonbau erarbeiteten Fachwerkmodelle und Druckfeldtheorien, die im Bruchzustand den Lösungen der Plastizitätstheorie entsprechen, auf Beton mit Carbonbewehrungen übertragbar sind.
Im Rahmen des Teilprojektes wird eine neue Charakterisierungsmethodik für Carbonbetonmembranen unter mehraxialen Spannungszuständen entwickelt, die eine detaillierte Erforschung aller am Lastabtrag beteiligten Tragmechanismen ermöglicht. Die neuartigen Versuchsanordnungen beheben die Defizite bekannter Prüfmethoden und erlauben die reproduzierbare Charakterisierung aller konstitutiven Gesetze. Aufbauend hierauf wird eine neue, werkstoffgerechte Druckfeldtheorie entwickelt, die eine realistische Beurteilung des Trag- und Verformungsvermögens von Carbonbetonmembranen im ebenen Spannungszustand ermöglicht und die Untersuchung der Anwendungsgrenzen der Plastizitätstheorie auf Carbonbeton ermöglicht.
Angegliedert an das Projekt C02 ist das Ergänzungsprojekt C02*: Systematische Untersuchungen zur Interaktion der Querkrafttraganteile in Querkraftmodellen.
Wissenschaftler
52074 Aachen
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Kooperationen
Publikationen | Publications
Backes, J. G.; Schmidt, L.; Bielak, J.; Del Rosario, P.; Traverso, M.; Claßen, M. (2023) Comparative Cradle-to-Grave Carbon Footprint of a CFRP-Grid Reinforced Concrete Façade Panel in Sustainability 15, 11548 – DOI: 10.3390/su151511548
Becks, H.; Bielak, J.; Camps, B.; Hegger, J. (2021) Application of fiber optic measurement in textile-reinforced concrete testing in: Structural Concrete 23, p. 2600–2614 – DOI: 10.1002/suco.202100252
Bosbach, S.; Hegger, J.; Claßen, M. (2023) Untersuchungen zur Dübelwirkung in Carbonbetonbauteilen in: Claßen, M.; Hegger, J.; Matschei, T.; Raupach, M. [eds.] Beiträge zur 10. DAfStb-Jahrestagung mit 62. Forschungskolloquium, 26./27.09.2023 in Aachen, p. 119–130 – DOI: 10.18154/RWTH-2023-08021
Bosbach, S.; Schmidt, M.; Claßen, M.; Hegger, J. (2022) Investigations on dowel action in carbon reinforced concrete in: Stokkeland, S.; Braarud, H. C. [eds.] Concrete Innovation for Sustainability – Proc. for the 6th fib International Congress 2022, 12.–16.06.2022 in Oslo (Norway), Oslo: Novus Press, p. 1809–1819.
Bosbach, S.; Schmidt, M.; Becks, H.; Claßen, M.; Hegger, J. (2022) Investigations on shear transfer by aggregate interlock with a unique test setup (TorAx) in: Zingoni, A. [ed.] Current Perspectives and New Directions in Mechanics, Modelling and Design of Structural Systems – Proceedings of The 8th International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation, London: CRC Press, p. 1265–1270.
Kalthoff, M.; Bosbach, S.; Backes, J.; Morales Cruz, C.; Traverso, M.; Claßen, M.; Raupach, M.; Matschei, T. (2023) Fabrication of lightweight, carbon textile reinforced concrete components with internally nested lattice structure using 2-layer extrusion by LabMorTex in: Construction and Building Materials 395, 132334 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.132334
Kalthoff, M.; Bosbach, S.; Matschei, T.; Raupach, M.; Claßen, M.; Hegger, J. (2022) Investigations on material-minimized slabs made of extruded carbon reinforced concrete in: Stokkeland, S.; Braarud, H. C. [eds.] Concrete Innovation for Sustainability – Proc. for the 6th fib International Congress 2022, 12.–16.06.2022 in Oslo (Norway), Oslo: Novus Press, p. 1047–1057.
Liebold, F.; Bergmann, S.; Bosbach, S.; Adam, V.; Marx, S.; Claßen, M.; Hegger, J.; Maas, H.-G. (2023) Photogrammetric Image Sequence Analysis for Deformation Measurement and Crack Detection Applied to a Shear Test on a Carbon Reinforced Concrete Member in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 350, Cham: Springer, p. 1273–1282 – DOI: 10.1007/978-3-031-32511-3_130
Platen, J.; Storm, J.; Bosbach, S.; Claßen, M.; Kaliske, M. (2024) The microlayer model: A novel analytical homogenisation scheme for materials with rigid particles and deformable matrix matrix – applied to simulate concrete in: Computers & Structures 293, 107258 – DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2023.107258
Studentische Arbeiten | Student's theses
Nashef, M. (2021) Untersuchungen zur Druck-Zug-Festigkeit von Carbonbeton [Bachelorarbeit].
Bachem, J. (2022) Untersuchungen zum Compression Softening in Carbonbeton [Bachelorarbeit].
Gerst, L. (2022) Untersuchungen zum Einfluss einer Querzugbelastung auf die Druckfestigkeit von Carbonbeton [Bachelorarbeit].
Gümüskaya, B. (2022) Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Herstellung von extrudierten carbonbewehrten aufgelösten Deckenelementen [Masterarbeit]. (mit | with D02).
Löb, M. (2022) Untersuchungen zur Rissreibung mit einer neuartigen kombinierten Torsions- und Axialkraftprüfmaschine [Masterarbeit].
Mayer, M. (2022) Entwicklung eines Druckfeldmodells für Bauteile mit Querkraftbewehrung [Masterarbeit].
Singraven, J. (2022) Untersuchungen zur Druck-Zug-Festigkeit von gerissenen Carbonbetonmembranen[Masterarbeit].
Stöhr, B. (2022) Untersuchungen zur Dübelwirkung in querkraftbewehrten Carbonbetonbauteilen [Masterarbeit].
Bouafi, S. (2023) Untersuchungen zum Einfluss einer Querzugbelastung auf die Druckfestigkeit von Carbonbeton [Bachelorarbeit].
Brahimi, F. (2023) Experimentelle Untersuchungen zum Materialverhalten einer modifizierten Carbonbewehrung [Bachelorarbeit]. (mit | with B03).
Rosenkranz, M. (2023) Experimentelle Untersuchungen zur Dübelwirkung der Längsbewehrung in Carbonbetonbauteilen [Bachelorarbeit].
Spangemacher, P. (2023) Experimentelle Untersuchungen zur Dübelwirkung in querkraftbewehrten Carbonbetonbauteilen [Bachelorarbeit].
Thoeren, T. (2023) Untersuchungen zum Einfluss schiefwinkliger Bewehrung auf die Druckfestigkeit von Carbonbeton unter gleichzeitig wirkendem Querzug [Bachelorarbeit].