Damping behavior of prestressed textile-reinforced concrete

Abstract

Beton ist traditionell ein wichtiger Baustoff, der im Allgemeinen mit großen Gebäuden und Infrastrukturen in Verbindung gebracht wird. Mit dem technologischen Fortschritt entstehen jedoch neue Anwendungen für dieses Material. Die vorliegende Arbeit ist das Ergebnis eines Projekts zur Untersuchung der Verwendung von textilbewehrtem Beton (TRC) bei der Herstellungvon Skikernen.Die Textilkomponente von TRC benötigt weniger Betondeckung zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit als konventionelle Stahlbewehrung. Dadurch können besonders schlanke Elemente wie Skikerne hergestellt werden. Die Realisierung dieser innovativen Anwendung erfordert jedoch eine gründliche Untersuchung und Dokumentation der mechanischen Eigenschaften von TRC.Wenn ein schwingendes System ausgelenkt und wieder losgelassen wird, entstehen Schwingungen,die allmählich abklingen, bis das System zum Stillstand kommt. Ermöglicht wird dies durch die Dämpfung, die die Bewegung durch Dissipation von Energie reduziert, hauptsächlich durch Reibungsvorgänge, die kinetische Energie in irreversible Verlustwärme umwandeln. Trotzdes allgemeinen Verständnisses können die Mechanismen im Detail komplex und nur teilweise bekannt sein, so dass für eine genaue Quantifizierung häufig experimentelle Untersuchungen erforderlich sind. Die Entwicklung realistischer Modelle der Dämpfungsmechanismen unter Einbeziehung von Materialparametern ist für ein umfassendes Verständnis unerlässlich und wird in umfassende Modelle schwingender Systeme integriert, in denen die Materialkonstanten experimentell bestimmt werden müssen.Diese Arbeit beschäftigt sich speziell mit dem dynamischen Verhalten von vorgespanntenTRC, wobei der Schwerpunkt auf der Bestimmung des Dämpfungsmaßes (ξ) liegt. Während die Bestimmung des Dämpfungsmaßes von TRC in [1] untersucht wurde, ist das dynamische Verhalten von vorgespannten TRC nach Kenntnis des Autors noch nicht untersucht worden.Zur Bestimmung des Dämpfungsmaßes von TRC wurden Freischwingversuche durchgeführt.Es wurden verschiedene Probekörper mit unterschiedlichem Bewehrungsgrad, Vorspannkraft und Dicke hergestellt, um den Einfluss der einzelnen Parameter auf das Dämpfungsmaß zu untersuchen. Da der Rissgrad einer der Hauptparameter ist, der das Dämpfungsmaß beeinflusst,wurden alle Proben auf unterschiedliche Rissgrade geprüft. Außerdem wurden Zugversuchedurch geführt, um das Verbundverhalten des TRC zu bestimmen.

Concrete has traditionally served as a primary material in construction, commonly associated with large buildings and infrastructure. However, as technology advances, new applications for the material are emerging. This thesis is the result of a project investigating the use oftextile-reinforced concrete (TRC) in the manufacture of ski cores.The textile component of TRC requires less concrete cover to ensure durability than conventional steel reinforcement. This makes it possible to produce exceptionally slender elements such as ski cores. However, the realisation of this innovative application requires a thorough study and documentation of the mechanical properties of TRC.When a vibrating system is deflected and released, it initiates oscillations that gradually diminish until the system stops, facilitated by damping, which reduces motion by dissipating energy primarily through frictional processes that convert kinetic energy into irreversibly lostheat. Despite a general understanding, detailed mechanisms can be complex and only partially understood, often requiring experimental studies for accurate quantification. The development of realistic models of damping mechanisms, incorporating material property parameters, is essential for a thorough understanding, integrated into comprehensive models of vibrating systems where material constants must be determined experimentally.This thesis focuses specifically on the dynamic behaviour of prestressed TRC, with particular emphasis on determining the damping ratio (ξ). Whilst there has been research into the determination of the damping ratio of TRC in [1], to the author’s knowledge the dynamic behaviour of prestressed TRC has not been investigated.In order to determine the damping ratio of TRC, free vibration tests were conducted. Different specimens with different reinforcement ratio, prestressing force, and thickness were fabricated to investigate the effect of each parameter on the damping ratio. Since cracking level is one of the main parameters influencing the damping ratio, all specimens were tested for different cracking level. Tensile tests were also conducted to determine the composite behavior of the TRC.