JAHRESBERICHT - Institut für Baustatik und Konstruktion - ETH Zürich

FORSCHUNG
Hochleistungswerkstoffe im Erdbeben -
ingenieurwesen
Projektleitung: Prof. Dr. A. Dazio
Mitarbeiter: M. Trüb
Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Ent -
wicklung eines strukturellen Systems, welches einen
neuartigen, faserverstärkten Hoch leistungs be ton
(HPFRCC) namens „Hybrid Fibre Concrete“ (HFC)
verwendet. Das Projekt besteht aus einem ex -
perimentellen und einem numerischen Teil. Im Laufe
des experimentellen Teils wurden drei mittelgrosse
HFC-Tragwände unter statisch-zyklischer Belastung
getestet. Die hauptsächliche Idee dahinter war die
Entwicklung einer Tragwand, welche weder Schubnoch
Umschnürungsbewehrung be nötigt – wodurch
die Konstruierbarkeit im Ver gleich zu konventionellen
Stahlbetonstrukturen er leichtert würde – und
welche ein verbessertes seismisches Verhalten aufweist.
Die Tests bestätigten diese Erwartungen in
voll umfänglichem Masse. Die HFC-Tragwände wa -
ren in der Lage, grosse inelastische Zyklen ohne
Abplatzen des Überdeckungsbetons und ohne darauf
folgendes Knicken der Längsbewehrung oder
Schub versagen zu durchlaufen [1]. Das Ziel des
zwei ten Teils dieses For schungs projekts ist die Ent -
wick lung eines numerischen, zyklischen Ma te ri al -
modells für die Si mu la tion der strukturellen Antwort
von HPFRCC-Ele men ten bis zum Versagen. Das
Materialmodell ist für viereckige Finite Elemente im
ebenen Span nungs zustand entworfen worden und
kombiniert ein verschmiertes Rissmodell (SMCR)
mit der „eXten ded Finite Element“ Methode
(XFEM). Letztere garantiert korrekte Deh nungs lo ka -
li sierung und erlaubt maschenunabhängiges Riss -
wachs tum [2].
High performance materials in earthquake
engineering
The goal of this research project is the development
of a structural system which incorporates a novel,
high performance fibre-reinforced cementitious
composite (HPFRCC) called “Hybrid Fibre Con -
crete” (HFC). The project consists of an experimental
and a numerical part. In the experimental part
three medium-scale HFC structural walls were tested
under static-cyclic load reversals. The basic idea was
to develop a structural wall that would require nei -
ther shear nor confinement reinforcement – therefore
ensuring easier construction compared with conventional
RC structures – and which would exhibit a
superior seismic behaviour. The tests confirmed our
expectations to the fullest. The HFC walls were able
to undergo large inelastic cycles with out any spalling
of cover concrete, and without any subsequent buckling
of the longitudinal reinforcement or shear fail ure
[1]. The goal of the second part of this research
project is the development of a numerical, cyclic
material model for the simulation of the structuralscale
response of HPFRCC elements up to failure.
The material model is designed for plan stress quadrilateral
finite elements and com bines a smeared
crack (SMCR) model with the eXtended Finite
Element Method (XFEM). The latter assures correct
strain localisation and allows mesh-independent
crack propagation [2].
[1] Dazio, A. (2008) Buzzini, D., Trüb, M.: Nonlinear
cyclic behaviour of Hybrid Fibre Concrete structural
walls. Engineering Structures, 30: 3141–3150.
[2] Trüb, M. (2010) Numerical modeling of high performance
fiber reinforced cementitious composites. Diss.-
Nr. ETH 19437. Zurich.
Blinde Vorhersage des Kraft-Verformungsverhaltens eines HPFRCC Balkens.
Blind prediction of the force-deformation behaviour of a HPFRCC beam.
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