TU Dresden RWTH Leibniz Institut

Teilprojekt C04

Stabilität und Quasiduktilität von dünnwandigen Carbonbetonbauteilen

Die zentrale Fragestellung in diesem Teilprojekt ist, wie lässt sich mit Carbonbeton, das ein Komposit aus ausschließlich spröden Materialkomponenten ein Tragverhalten erreichen, das eine hohe Steifigkeit im Gebrauchszustand und gleichzeitig eine ausreichend große Verformungskapazität während des Versagens aufweist.

Da Carbon selbst keine Duktilität aufweist, müssen Umlagerungsmechanismen auf anderen Ebenen des Strukturverhaltens genutzt werden. Hierzu bietet der Verbundwerkstoff lokale Schädigungsvorgänge wie Verbundablösung und fein verteilte Rissentwicklung an. Global konzipierte Umlagerungen der Kraft von den Zugzonen mit Steifigkeitsabfall auf die im System verfügbaren Redundanzen charakterisieren den prinzipiellen Ansatz zum Erreichen eines duktilen Tragverhaltens. Dieses Prinzip wird in Aachen mit dem Ziel erforscht eine Methodik zu entwickeln, welche die Wechselwirkung der Umlagerungseffekte in räumlichen dünnwandigen Strukturen implizit erfasst. Dabei stehen gefaltete Schalen im Vordergrund der numerischen und experimentellen Untersuchung.

An der TU Dresden liegt der Fokus auf Stabilitätsphänomenen bei der Normalkraftbeanspruchung filigraner Carbonbetonbauteile.

Wissenschaftler

Rostislav Chudoba
Teilprojektleiter
Rostislav Chudoba
Prof. Dr. habil.
RWTH Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Massivbau
Mies-van-der-Rohe-Str. 1
52074 Aachen
Frank Schladitz
Teilprojektleiter
Frank Schladitz
Dr.-Ing., MBA
Technische Universität Dresden
Institut für Massivbau
01062 Dresden
Foto zeigt ein Portrait von Josiane Giese
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Josiane Giese
Dipl.-Ing.
Technische Universität Dresden
Institut für Massivbau
01062 Dresden
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Homam Spartali
M.Sc.
RWTH Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Massivbau
Mies-van-der-Rohe-Str. 1
52074 Aachen

Ehemalige | Former involved

M. Eng. Kai Gebuhr (TU Dresden, 10/2020 – 10/2021)

Publikationen | Publications

Chudoba, R.; Li, Y.; Rypl, R.; Spartali, H.; Vořechovský, M. (2021) Probabilistic multiple cracking model of brittle-matrix composite based on a one-by-one crack tracing algorithm in: Applied Mathematical Modelling 92, issue April, p. 315–332 – DOI: 10.1016/j.apm.2020.10.041

Chudoba, R.; Niemeyer, A. C.; Spartali, H.; Robertz, D.; Plesken, W. (2021) Description of the origami waterbomb cell kinematics as a basis for the design of thin-walled oricrete shells in: Behnejad, A.; Parke, G.; Samavati, O. [eds.] Inspiring the Next Generation – Proceedings of IASS 2020/21, 23.–27.08.2021 in Guildford (UK), p. 2681–2689 – DOI: 10.5281/zenodo.6759486

Giese, J.; Beckmann, B.; Schladitz, F.; Marx, S.; Curbach, M. (2023) Effect of Load Eccentricity on CRC Structures with Different Slenderness Ratios Subjected to Axial Compression in: Buildings 13, issue 10, 2489 – DOI: 10.3390/buildings13102489

Giese, J.; Herbers, M.; Liebold, F.; Wagner, F.; Grzesiak, S.; de Sousa, C.; Pahn, M.; Maas, H.-G.; Marx, S.; Curbach, M.; Beckmann, B. (2023) Investigation of the Crack Behavior of CRC Using 4D Computed Tomography, Photogrammetry, and Fiber Optic Sensing in Buildings 13, issue 10, 2595 – DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13102595

Giese, J.; Spartali, H.; Beckmann, B.; Schladitz, F.; Chudoba, R. (2023) Experimental Investigation on the Buckling Behavior of Slender TRC Structures 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. 1398–1407 – DOI: 10.1007/978-3-031-32511-3_143

Kikis, G.; Mester, L.; Chudoba, R.; Klinkel, S. (2023) Application of a microplane damage model for concrete to an isogeometric scaled boundary formulation for 3D solids in: Proc. Appl. Math. Mech. 23, issue1 – Special Issue: 92nd Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), e202200246 – DOI: 10.1002/pamm.202200246

Kikis, G.; Mester, L.; Spartali, H.; Chudoba, R.; Klinkel, S. (2023) Analyse des Trag- und Bruchverhaltens von Carbonbetonstrukturen im Rahmen des SFB/TRR 280 in: Bauingenieur 98, issue 07–08, p. 218–226 – DOI: 10.37544/0005-6650-2023-07-08-40

Klarmann, S.; Kikis, G.; Klinkel, S.; Chudoba, R. (2023) Isogeometric cohesive zone modeling of interfaces in reinforced concrete structures in: Proc. Appl. Math. Mech. – DOI: 10.1002/pamm.202300160

Liebold, F.; Wagner, F.; Giese, J.; Grzesiak, S.; de Sousa, C.; Beckmann, B.; Pahn, M.; Marx, S.; Curbach, M.; Maas, H.-G. (2023) Damage Analysis and Quality Control of Carbon-Reinforced Concrete Beams Based on In Situ Computed Tomography Tests in Buildings 13, issue 10, 2669 – DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13102669

Robertz, D.; Spartali, H.; Chudoba, R.; Plesken, W.; Niemeyer, A. C. (2022) Semi-symmetric origami waterbomb cell kinematics and tessellation for the design of thin-walled folded shells in: Su-duo Xue, S.-d.; Wu, J.-z.; Sun, G.-j. [eds.] Innovation, Sustainability and Legacy – Proceedings of IASS/APCS 2022, 19.–22.09.2022 in Beijing (China), p. 2314–2324.

Spartali, H.; Hegger, J.; Chudoba, R. (2022) Flexural behavior of CFRP reinforced beams: a case study with comparisons to steel reinforced elements 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. 1470–1479 – DOI: 10.5281/zenodo.6759404

Spartali, H.; Hegger, J.; Chudoba, R. (2023) Structural behaviour of origami-based folded shells made of carbon textile reinforced concrete 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. 172–180 – DOI: 10.18154/RWTH-2023-08021

Spartali, H.; Rastegarian. S.; Will, N.; Chudoba, R. (2021) Moment-curvature model for flexural assessment of textile-reinforced concrete beams in: Si Larbi, A.; Nassif, H. [eds.] Proc. of 13th International Symposium on Ferrocement and Thin Fiber Reinforced Inorganic Matrices FERRO-13, 21.–23.06.2021 in Lyon (France, online), p. 145–156 – DOI: 10.5281/zenodo.5028860

Spartali, H.; van der Woerd, J. D.; Hegger, J.; Chudoba, R. (2022) Stress redistribution capacity of textile-reinforced concrete shells folded utilizing parameterized waterbomb patterns in: Su-duo Xue, S.-d.; Wu, J.-z.; Sun, G.-j. [eds.] Innovation, Sustainability and Legacy – Proceedings of IASS/APCS 2022, 19.–22.09.2022 in Beijing (China), p. 96–106.

Stüttgen, S.; Akpanya, R.; Beckmann, B.; Chudoba, R.; Robertz, D.; Niemeyer, A. C. (2023) Modular Construction of Topological Interlocking Blocks—An Algebraic Approach for Resource-Efficient Carbon-Reinforced Concrete Structures in Buildings 13, issue 10, 2565 – DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13102565

Vořechovský, M.; Li, Y.; Rypl, R.; Chudoba, R. (2021) Tensile behavior of carbon textile concrete composite captured using a probabilistic multiscale multiple cracking model in: Composite Structures 277, 114624 – DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114624

Studentische Arbeiten | Student's works

Gasser, R. (2020) Stand des Wissens zur Stabilität von Betonbauteilen und Ableitung von Erkenntnissen für die Carbonbetonbauweise [Diplomarbeit]. TUD

Schipka, P. (2020) Stabilität von Carbonbetonbauteilen [Diplomarbeit]. TUD

Jin, L. (2021) Einfluss von Temperaturunterschieden auf die Stabilität von Carbonbetonbauteilen [Projektarbeit]. TUD

Ullmann, S. (2021) Einfluss struktureller Imperfektionen auf die Stabilität von Carbonbetonbauteilen [Projektarbeit]. TUD

Barakat, A. (2022) Einfluss struktureller und geometrischer Imperfektionen auf die Stabilität von Carbonbeton [Projektarbeit]. TUD

Geerts, J. H. (2022) Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Biegeverhalten von Carbonbetonbauteilen [Bachelorarbeit]. RWTH