Simulation von Betonstrukturen mit mineralisch gebundener Carbonfaserbewehrung

Das Verbundverhalten zwischen Bewehrung und Beton sowie die Betonschädigung sind entscheidend für die Gebrauchstauglichkeit von Bauteilen. Die Prognose von Verformungen, Rissabständen und ‐öffnungen in Strukturen unter Zug‐ und Biegebeanspruchung stellt aufgrund des Schädigungsverhaltens des Betons sowie seines nichtlinearen Verbundverhaltens eine Herausforderung dar. Die Studie ist auf die experimentelle und numerische Untersuchung von Betonstrukturen ausgerichtet, die mit mineralisch gebundenen Carbonfasern (MCF) bewehrt sind. Ziel der Arbeit ist es, numerische Struktur‐ und Materialmodelle zu definieren und zu validieren, die eine präzise Vorhersage des Trag‐, Verformungs‐ und Rissbildungsverhaltens MCF‐bewehrter Bauteile ermöglichen. Im Folgenden werden die eigens durchgeführten experimentellen Dehnkörperversuche sowie der 4‐Punkt‐Biegezugversuch dargelegt. Der Beschreibung der experimentellen Untersuchungen folgen die Definition und die Erläuterung der numerischen Modelle, die in dieser Studie zugrunde gelegt werden. Abschließend werden die Modelle danach bewertet, wie gut sie die experimentellen Versuche wiedergegeben. Durch Definition und Validierung numerischer Struktur‐ und Materialmodelle für MCF‐bewehrte Betonstrukturen sollen die Berechnung und die Bemessung ermöglicht werden, um die Anwendung des innovativen Bewehrungsmaterials in weiteren Bauteilen zu fördern.

The bond behavior between reinforcement and concrete, as well as concrete damage, are crucial for the serviceability of structural elements. Due to the damage behavior of concrete and the nonlinear bond behavior, it is difficult to predict deformations, crack spacing, and crack openings in structures subjected to tensile and bending stresses. This study focuses on the experimental and numerical investigation of concrete structures reinforced with mineral‐impregnated carbon fibers (MCF). The objective of this work is to define and validate numerical models that allow for an accurate prediction of the load‐bearing, deformation, and cracking behavior of MCF‐reinforced elements. To achieve this objective, the study outlines the experimental uniaxial tension tests and a four‐point bending test that were specifically conducted for this research. Following the experimental investigations, the numerical models used in this study are defined and described. Finally, numerical models are evaluated based on their ability to reproduce experimental results. The authors aim to promote the utilization of MCF‐reinforced concrete structures in additional structural elements by defining and validating numerical models.