Dissertations / Theses on the topic 'Duktilität'

Tema i denne masteroppgaven var å studere duktilitet av lettbetongbjelker ved testing, samt å se på effekten av ulike tiltak som kan gi lettbetong økt duktilitet. Tiltakene som ble testet var tverrarmering i bjelkenes midtsone, stålfiber i betongenblandingen og en kombinasjon av disse.I laboratoriet ble åtte bjelker produsert. Fire av dem ble laget med tverrarmering over hele lengden (dette prosjektet) og fire uten tverrarmering i midtsonen (parallelt prosjekt). Bjelkene ble laget både med og uten fiberarmert betong. Etter ca. 28 døgn ble alle bjelkene testet. Hver test ble dokumentert med bilder og logging av last, nedbøyning og tøyninger.Litteraturstudiet ble utført med hovedvekt på lettbetong og fiberarmering. Det ble også gjort beregninger av bjelkene etter Eurokode 2 og resultatene fra laboratorietestene ble sammenlignet med de beregnede verdiene. Testresultatene fra alle åtte bjelkene ble sammenlignet med hverandre og analysert.Testresultatene viste at bruddet ble mindre sprøtt for bjelkene med tverrarmering i midtsonen enn bjelkene uten og at bjelkene med fiberarmering hadde mindre sprø brudd enn bjelkene uten fiberarmering. Det viste seg også at bjelkene uten tverrarmering i midtsonen hadde mer utbytte av fiberarmering enn bjelkene med tverrarmering over hele lengden.Man kan konkludere med at begge tiltakene hadde en positiv effekt med tanke på å øke duktiliteten av lettbetong. Resultatene ble spesielt bra ved en kombinasjon av tiltakene.

I forhold til normal betong, har lettbetong en sprøere oppførsel ved trykkbrudd. I arbeidet med denne oppgaven er det gjennomført firepunkts bøyetester på 8 overarmerte betongbjelker for å studere duktiliteten av lettbetong i trykksonen. Lettbetongen har en romdensitet omkring 1800 kg/m3, og en trykkfasthet i størrelsesorden 35-40 MPa. Hovedmålet med oppgaven var å undersøke effekten av to ulike tiltak for å øke duktiliteten; fiberarmering og tett bøylearmering. Det ble dermed konfigurert fire ulike bjelketyper for å vurdere effekten av de to tiltakene hver for seg, og i kombinasjon.Frem til brudd viser bjelkene samme oppførsel, men etter brudd er forskjellen stor. Bjelkene uten fiberarmering og færre bøyler mister evne til å motstå ytre belastning umiddelbart etter brudd. Bjelkene med tettere bøyleplassering viser noe av den samme tendensen, men avskallingen stopper derimot ved bøylearmeringen. Resttverrsnittet opprettholder dermed lastmotstand ved større deformasjoner.For bjelkene med fiberarmering og færre bøyler, er tverrsnittet tilnærmet intakt etter at betongen begynner å sprekke opp i trykksonen. Som følge av dette opprettholdes lastmotstanden ved større deformasjoner. For bjelkene med tett bøyleplassering og fiberarmering fortsetter lastmotstanden å øke også etter at betongen sprekker i trykksonen. For disse bjelkene ble lastmotstanden opprettholdt ved svært store deformasjoner. De utførte testene av bjelkene indikerer at både bruk av bøyle- og fiberarmering hadde en tydelig positiv effekt på duktiliteten. Fiberarmeringen medførte at selve bruddoppførselen ble seigere, og bidro til å ivareta den strukturelle integriteten lenge etter at brudd inntraff. Kombinasjonen av de to tiltakene viser spesielt gode egenskaper etter brudd.

Es wird untersucht, inwieweit das Konzept des effektiv geformten Indenters zur Bestimmung der Fließgrenze massiver Materialien unterschiedlicher Duktilität zuverlässig einsetzbar ist. Dazu werden neun verschiedene Stahlproben sowie BK7-Glas zunächst hinsichtlich ihrer Duktilität charakterisiert. Dies erfolgt anhand des dimensionslosen Parameters Elastizitätsmodul zu Fließgrenze (E/Y). Die Bestimmung des E-Moduls erfolgt mittels akustischer Oberflächenwellen. Die Fließgrenze wird durch makroskopische Druckversuche ermittelt. Anschließend wird das Konzept des effektiv geformten Indenters auf die verschiedenen Materialien angewandt und es wird verglichen, inwieweit die somit erhaltenen Werte für die Fließgrenze mit dem Referenzwert übereinstimmen.

Strain-hardening cement-based composites (SHCC) are a special class of fiber-reinforced concrete which develop multiple, fine cracks when subjected to increasing tensile loading, reaching strain capacities of up to several percent. The tensile behavior of SHCC is a result of a purposeful material design accounting for the mechanical and physical properties of the cementitious matrix, of the reinforcing fibers and of their interaction. The exceptionally high energy dissipation through inelastic deformations before reaching tensile strength makes SHCC suitable for manufacturing or strengthening of structural elements which may be subjected to impact loading. However, the tensile behavior of SHCC is highly strain rate dependent, both in terms of tensile strength and strain capacity. The different strain rate sensitivities of the constitutive phases of SHCC (matrix, fiber and interfacial bond) lead to disproportionate dynamic alteration of their mechanical properties under increasing strain rates and, consequently, to an impairment of the micromechanical balance necessary for strain-hardening and multiple cracking. Thus, high energy dissipation under impact loading can only be ensured through a targeted material design. This work presents a series of mechanical experiments at different strain rates and different scales of investigation with the goal of developing a qualitative and quantitative basis for formulating material design recommendations for impact resistant SHCC. Three different types of SHCC were investigated, consisting of two types of polymer fibers (polyvinyl-alcohol and high-density polyethylene) and cementitious matrices (normal-strength and high-strength). Uniaxial tension experiments were performed on SHCC specimens and on non-reinforced matrix specimens with different testing setups at strain rates ranging from 10-4 to 150 s-1. Besides the measured mechanical properties, special attention was paid to the crack patterns and the condition of fracture surfaces. Additionally, micro-scale investigations were performed to quantify the strain rate dependent changes in the mechanical behavior of individual component phases, i.e., matrix, fibers and fiber-matrix bond. The results obtained from the micromechanical investigations were used in an analytical model for crack bridging. The model links the micromechanical parameters and their strain rate sensitivities to the single-crack opening behavior under increasing displacement rates, making it useful for material design purposes. If given an extensive experimental basis for the fracture mechanical properties of the non-reinforced cementitious matrices, the model can be extended for predicting the strain capacity (multiple cracking) of SHCC under different strain rates
Die hochduktilen Betone (Engl.: Strain-Hardening Cement-based Composites – SHCC) bilden eine besondere Klasse von Faserbetonen, die eine multiple Rissbildung unter zunehmenden Zugspannungen aufweisen, was zu einer sehr hohen Bruchdehnung führt. Das dehnungsverfestigende, hochduktile Zugverhalten der SHCC wird durch eine gezielte Materialentwicklung erreicht, die die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der zementgebundenen Matrizen, der Kurzfasern und deren Zusammenwirkung berücksichtigt. Das außergewöhnliche Energieabsorptionsvermögen der SHCC durch plastische Verformungen vor dem Erreichen der Zugfestigkeit qualifiziert diese Verbundwerkstoffe für die Herstellung oder Verstärkung von Bauteilen, die Impaktbeanspruchungen ausgesetzt sein könnten. Jedoch weisen SHCC sowohl bezüglich deren Zugfestigkeit als auch deren Dehnungskapazität ein ausgeprägtes dehnratenabhängiges Verhalten auf. Unter zunehmenden Dehnraten führen die unterschiedlichen Dehnratensensitivitäten der gestaltenden Phasen von SHCC (Matrix, Faser und deren Verbund) zur Beeinträchtigung des mikromechanischen Gleichgewichts, welches für die Dehnungsverfestigung und multiple Rissbildung erforderlich ist. Eine hohe Energiedissipation unter Impaktbeanspruchungen kann deshalb nur durch eine gezielte Materialentwicklung der SHCC hinsichtlich deren Verhaltens unter hohen Dehnraten gewährleistet werden. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Reihe von experimentellen Untersuchungen mit verschiedenen Dehnraten und an unterschiedlichen Betrachtungsebenen, mit dem Ziel eine qualitative und quantitative Basis für Empfehlungen zur Materialentwicklung von Impakt-resistenten SHCC zu schaffen. Drei verschiedene SHCC-Zusammensetzungen wurden untersucht. Die Referenz-Zusammensetzung aus einer normalfesten zementgebundenen Matrix und Polyvinyl-Alkohol-Kurzfasern wurde mit zwei unterschiedlichen SHCC verglichen (hochfest und normalfest), die mit Kurzfasern aus hochdichtem Polyethylen bewehrt wurden. Einaxiale Zugversuche wurden an SHCC-Proben und unbewehrten Matrix-Proben mit verschiedenen Prüfvorrichtungen bei Dehnraten von 10-4 bis 150 s-1 durchgeführt. Zusätzlich zu den gemessenen mechanischen Eigenschaften wurden die Rissbildung und die Bruchflächen detailliert untersucht. Darüber hinaus wurden mikromechanische Untersuchungen durchgeführt, um die Dehnratensensitivität der einzelnen Phasen, d.h. Matrix, Faser und deren Verbund zu beschreiben. Die aus den mikromechanischen Untersuchungen erzielten Ergebnisse wurden als Eingangswerte in einem analytischen Einzelriss-Modell verwendet. Das entwickelte Modell verbindet die mikromechanischen Parameter und deren Dehnratenabhängigkeit mit dem Rissöffnungsverhalten von SHCC bei zunehmenden Verschiebungsraten. Das macht es vorteilhaft für Materialentwicklungszwecke. Das Modell kann für die Vorhersage der Dehnungskapazität von SHCC bei diversen Dehnraten weiterentwickelt werden, wenn eine umfassende experimentelle Basis für die bruchmechanischen Eigenschaften der Matrizen vorliegt

Nowadays, thin-walled load bearing structures can be realised using textile reinforced concrete (BRAMESHUBER and RILEM TC 201-TRC [1]). The required tensile strength is achieved by embedding several layers of textile. By means of the laminating technique the number of textile layers that can be included into the concrete could be increased. To further increase the first crack stress and the ductility as well as to optimize the crack development, fine grained concrete mixes with short fibres can be used. By a schematic stress-strain curve the demands on short fibres are defined. Within the scope of this study, short fibres made of glass, carbon, aramid and polyvinyl alcohol are investigated in terms of their ability to fit these requirements. On the basis of these results, the development of hybrid fibre mixes to achieve the best mechanical properties is described. Additionally, a conventional FRC with one fibre type is introduced. Finally, the fresh and hardened concrete properties as well as the influence of short fibres on the load bearing behaviour of textile reinforced concrete are discussed.

Asphalt binder ageing and experiences with various ageing methods from abroad are described in this thesis. The practical part deals with the RTFOT aging and with the influence of the duration of this test. The comparison of test results is conducted before and after the aging by values of needle penetration, elastic recovery, softening point and resilience tests are evaluated and compared.

Denna rapport inleds med övergripande genomgång av dagens gällande regelverk, Eurokod, medförklaring av olika begrepp som är relaterade till ämnet robusthet. Det görs en genomgång av huren byggnadskonstruktör bör beakta robustheten med förslag vid olika dimensioneringssituationerenligt norm. Eftersom normen inte alltid är tydlig, så redovisas en tolkning av normen (inkl. EKS11) i enlighet med fib (2012). Vidare så förtydligas även innebörden av konsekvensklasser, riskanalyser,utformning och dimensionering av förband och dragband enligt norm. I dettaexamensarbete redogörs också för de egenskaper som är viktiga för att bärverk ska kunna motståexceptionella förhållanden. Beräkningsexempel ges, med förslag på utformning och placering avförband för att uppnå en viss robusthet enligt norm. Dagens regelverk är många gångerbristfälliga och oklara. Exempelvis finns ingen dimensioneringsprocedur för hur en tillräckligrobusthet uppnås, vilket nödvändigtvis inte alltid är den minimala robustheten som normen ger.Det framgår heller inte hur bärverken bör utformas för att uppnå robusthet och redundans,speciellt för prefabricerade element-, där tillräcklig robusthet många gånger kan vara svårt elleromöjligt att uppnå. Normens dimensioneringssituationer grundar sig på statiska lastmodeller ochhuruvida dessa ger tillräcklig robusthet eller inte, läggs det ingen fokus på. Robusthetens storlekbaserar sig mer eller mindre på vedertagna schablonmässiga värden. En nackdel med detta äratt förutsättningar i byggnader kan förändras med tiden vilket kan leda till att dagensdimensionering blir otillräcklig. Detta belyser faran med att vara nöjd med dagens förenkladedimensioneringsverktyg, eftersom den bakomliggande fysiken då lätt kommer i skymundan, elleri värsta fall, faller i glömska. Ett exempel på detta är dimensionering av väsentliga bärverk (keyelement)som är avgörande för byggnadens stabilitet eller för att motverka fortskridande rasenligt SS-EN 1991-1-7. Väsentliga bärverk dimensioneras för en statiskt jämnt utbredd last på34 kN/m² som är ett uppskattat värde utifrån en olyckshändelse med en gasexplosion i RonanPoint (Storbritannien). Värdet härstammar ifrån värdet 5 psi (gasol/hushållsgas kan ge ensprängkraft på 2,5 psi) och man kan fundera på om detta värde är lämpligt att använda i Sverige,då nästan inga gasspisar används i bostäder idag. I detta examensarbete beskrivs övergripandebärverkets dynamiska respons. Det är vanligt att byggnadskonstruktörer många gånger intebesitter kunskaper om dynamiska laster, bärverkens dynamiska respons och ibland icke-linjäraanalyser. Exceptionell last som är ett samlingsnamn för flera olyckslaster så som explosion,påkörning (från fordon, tåg, fartyg etc.), brand, häftiga helikopterlandningar etc. I dettaexamensarbete har valts att lägga fokus på okända olyckslaster och en känd, vanligtförekommande olyckslast (påkörningslast).
This report begins with an overall review of the current regulations, Eurocode, and explanations ofvarious concepts related to the topic of robustness. A review of how a building designer shouldconsider the robustness with proposals for different design situations according to the guidelines isalso presented. Since the guidelines are not always clear, an interpretation of its application (incl.EKS 11) in accordance with fib (2012) is given. Furthermore, the meaning of consequence classes,risk analyzes, design of tension ties is clarified. In this thesis it is discussed what properties areimportant for the structures to withstand exceptional loads. Calculation examples and placement oftension ties to achieve a certain robustness are presented. Current regulations are often insufficientand unclear. For example, there is no procedure for how to achieve enough robustness, which isnot always the minimum robustness that the code prescribes. It is also not clear how the structuresshould be designed to achieve robustness and redundancy, especially for prefabricated elements,where enough robustness often can be difficult or impossible to achieve. The current code is basedon static load models, and whether they provide enough robustness are not considered. The robustnessis based on accepted code values. One disadvantage is that conditions in buildings can changeover time, which can cause current design methods to be insufficient. This highlights the danger ofbeing satisfied with current simplified codes and guidelines, since the underlying physics can easilyfall into oblivion. An example of this is the design of key elements that are crucial for the stabilityof buildings or to withstand progressive collapse according to SS-EN 1991-1-7. Key elementsare designed for a statically uniformly distributed load of 34 kN/m², which is an estimatedvalue from an accident, where the value reflects the explosion load from a gas explosion inRonan Point (United Kingdom). The value stands for 5 psi and one can wonder if this value issuitable to use in Sweden, since almost no gas stoves are used anymore in housing today. Thisthesis describes overall the dynamic response of a structure. It is common that building designersoften do not have knowledge of dynamic loads, the dynamic response and sometimes non-linearanalyzes. Exceptional load is a collective name for several accident loads such as explosion,collision (from vehicles, trains, ships etc.), fire, violent helicopter landings etc. In this thesisit is chosen to focus on unknown accident loads and one com-mon, known accident load (impactload.

The thesis describes the relaxation properties of bituminous binders determined in dynamic shear rheometer (DSR). Paving bitumen, polymer modified bitumen (PMB) and crumb rubber modified bitumen (CRmB) were chosen for comparison. In order to describe the effects of ageing on asphalt binders relaxation properties, the laboratory simulation of ageing using RTFOT and 3xRTFOT method was performed. For each binder were simultaneously conducted tests of needle penetration, softening point and elastic recovery. Selected bitumens were used for the production of asphalt mixtures. The low-temperature properties tests (TSRST) were performed for these mixtures, when the results were compared to the relaxation properties of binders determined in the DSR.

In this diploma thesis the seismic load on two different models is solved – the first model is a beam hall and the second model is a multistory building. The calculation of seismic load was performed according to standard ČSN EN 1998-1 (Eurocode 8) using the response spectrum analysis and the method of equivalent static forces (substi-tute load). For the combination of seismic responses in different directions are used SRSS and CQC rules. Models and calculations were solved in a student’s version of program RFEM 4.10 (Ing. Software Dlubal, s.r.o.). The comparison of mentioned methods in each models, also the comparison of combinative rules in calculation and the final evaluation of seismic responses on both of models are the subject of this thesis.

Es wird untersucht, inwieweit das Konzept des effektiv geformten Indenters zur Bestimmung der Fließgrenze massiver Materialien unterschiedlicher Duktilität zuverlässig einsetzbar ist. Dazu werden neun verschiedene Stahlproben sowie BK7-Glas zunächst hinsichtlich ihrer Duktilität charakterisiert. Dies erfolgt anhand des dimensionslosen Parameters Elastizitätsmodul zu Fließgrenze (E/Y). Die Bestimmung des E-Moduls erfolgt mittels akustischer Oberflächenwellen. Die Fließgrenze wird durch makroskopische Druckversuche ermittelt. Anschließend wird das Konzept des effektiv geformten Indenters auf die verschiedenen Materialien angewandt und es wird verglichen, inwieweit die somit erhaltenen Werte für die Fließgrenze mit dem Referenzwert übereinstimmen.

Strain-hardening cement-based composites (SHCC) are a special class of fiber-reinforced concrete which develop multiple, fine cracks when subjected to increasing tensile loading, reaching strain capacities of up to several percent. The tensile behavior of SHCC is a result of a purposeful material design accounting for the mechanical and physical properties of the cementitious matrix, of the reinforcing fibers and of their interaction. The exceptionally high energy dissipation through inelastic deformations before reaching tensile strength makes SHCC suitable for manufacturing or strengthening of structural elements which may be subjected to impact loading. However, the tensile behavior of SHCC is highly strain rate dependent, both in terms of tensile strength and strain capacity. The different strain rate sensitivities of the constitutive phases of SHCC (matrix, fiber and interfacial bond) lead to disproportionate dynamic alteration of their mechanical properties under increasing strain rates and, consequently, to an impairment of the micromechanical balance necessary for strain-hardening and multiple cracking. Thus, high energy dissipation under impact loading can only be ensured through a targeted material design. This work presents a series of mechanical experiments at different strain rates and different scales of investigation with the goal of developing a qualitative and quantitative basis for formulating material design recommendations for impact resistant SHCC. Three different types of SHCC were investigated, consisting of two types of polymer fibers (polyvinyl-alcohol and high-density polyethylene) and cementitious matrices (normal-strength and high-strength). Uniaxial tension experiments were performed on SHCC specimens and on non-reinforced matrix specimens with different testing setups at strain rates ranging from 10-4 to 150 s-1. Besides the measured mechanical properties, special attention was paid to the crack patterns and the condition of fracture surfaces. Additionally, micro-scale investigations were performed to quantify the strain rate dependent changes in the mechanical behavior of individual component phases, i.e., matrix, fibers and fiber-matrix bond. The results obtained from the micromechanical investigations were used in an analytical model for crack bridging. The model links the micromechanical parameters and their strain rate sensitivities to the single-crack opening behavior under increasing displacement rates, making it useful for material design purposes. If given an extensive experimental basis for the fracture mechanical properties of the non-reinforced cementitious matrices, the model can be extended for predicting the strain capacity (multiple cracking) of SHCC under different strain rates.
Die hochduktilen Betone (Engl.: Strain-Hardening Cement-based Composites – SHCC) bilden eine besondere Klasse von Faserbetonen, die eine multiple Rissbildung unter zunehmenden Zugspannungen aufweisen, was zu einer sehr hohen Bruchdehnung führt. Das dehnungsverfestigende, hochduktile Zugverhalten der SHCC wird durch eine gezielte Materialentwicklung erreicht, die die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der zementgebundenen Matrizen, der Kurzfasern und deren Zusammenwirkung berücksichtigt. Das außergewöhnliche Energieabsorptionsvermögen der SHCC durch plastische Verformungen vor dem Erreichen der Zugfestigkeit qualifiziert diese Verbundwerkstoffe für die Herstellung oder Verstärkung von Bauteilen, die Impaktbeanspruchungen ausgesetzt sein könnten. Jedoch weisen SHCC sowohl bezüglich deren Zugfestigkeit als auch deren Dehnungskapazität ein ausgeprägtes dehnratenabhängiges Verhalten auf. Unter zunehmenden Dehnraten führen die unterschiedlichen Dehnratensensitivitäten der gestaltenden Phasen von SHCC (Matrix, Faser und deren Verbund) zur Beeinträchtigung des mikromechanischen Gleichgewichts, welches für die Dehnungsverfestigung und multiple Rissbildung erforderlich ist. Eine hohe Energiedissipation unter Impaktbeanspruchungen kann deshalb nur durch eine gezielte Materialentwicklung der SHCC hinsichtlich deren Verhaltens unter hohen Dehnraten gewährleistet werden. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Reihe von experimentellen Untersuchungen mit verschiedenen Dehnraten und an unterschiedlichen Betrachtungsebenen, mit dem Ziel eine qualitative und quantitative Basis für Empfehlungen zur Materialentwicklung von Impakt-resistenten SHCC zu schaffen. Drei verschiedene SHCC-Zusammensetzungen wurden untersucht. Die Referenz-Zusammensetzung aus einer normalfesten zementgebundenen Matrix und Polyvinyl-Alkohol-Kurzfasern wurde mit zwei unterschiedlichen SHCC verglichen (hochfest und normalfest), die mit Kurzfasern aus hochdichtem Polyethylen bewehrt wurden. Einaxiale Zugversuche wurden an SHCC-Proben und unbewehrten Matrix-Proben mit verschiedenen Prüfvorrichtungen bei Dehnraten von 10-4 bis 150 s-1 durchgeführt. Zusätzlich zu den gemessenen mechanischen Eigenschaften wurden die Rissbildung und die Bruchflächen detailliert untersucht. Darüber hinaus wurden mikromechanische Untersuchungen durchgeführt, um die Dehnratensensitivität der einzelnen Phasen, d.h. Matrix, Faser und deren Verbund zu beschreiben. Die aus den mikromechanischen Untersuchungen erzielten Ergebnisse wurden als Eingangswerte in einem analytischen Einzelriss-Modell verwendet. Das entwickelte Modell verbindet die mikromechanischen Parameter und deren Dehnratenabhängigkeit mit dem Rissöffnungsverhalten von SHCC bei zunehmenden Verschiebungsraten. Das macht es vorteilhaft für Materialentwicklungszwecke. Das Modell kann für die Vorhersage der Dehnungskapazität von SHCC bei diversen Dehnraten weiterentwickelt werden, wenn eine umfassende experimentelle Basis für die bruchmechanischen Eigenschaften der Matrizen vorliegt.