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Vojtěch Ernst Gall

• Segmental tunnel linings form the primary load-bearing and sealing component of tunnels constructed using tunnel boring machines (TBMs). Lining segments are constructed of either traditionally reinforced concrete (RC) or steel-fiber reinforced concrete (SFRC). Within this thesis, a Finite Element based numerical modeling methodology is proposed with which to investigate the response of segmental linings to TBM and earth loadings. Non-zero thickness interface solid elements are used to model the fracture of plain concrete and SFRC and a mesh-independent contact-based tying scheme is proposed with which to incorporate traditional reinforcement bars into an arbitrary mesh as 1D beam elements. Various RC, SFRC and hybrid RC-SFRC lining concepts are examined. It is shown that hybrid linings are as effective at limiting crack propagation as full SFRC or RC linings at significantly reduced material costs. The results of the performed investigations are used to derive new lining concepts.
• Segmentierte Tunnelschalen bilden die Trag- und Dichtungsstruktur in Tunneln konstruiert mittels Tunnelvortriebsmaschinen (TVM). Einzelne Tübbings werden aus Stahlfaser- oder Stahlbeton (SFB oder SB) hergestellt. In dieser Arbeit wird eine numerische Methode vorgestellt, mit der die Strukturantwort von Tübbings infolge TVM- und Erdlasten analysiert werden kann. Die Rissbildung von SFB und SB wird auf Basis der Finite Elemente (FE) Methode mittels "Non-zero Thickness Interface Solid Elementen" modelliert. Bewehrungsstäbe werden als 1D Balken-Elemente diskretisiert und mit einem netzunabhängigen kontaktbasierten Verbundalgorithmus in das FE-Netz eingebettet. Verschiedene SB, SFB und hybride SB-SFB-Tübbings werden analysiert. Es wird gezeigt, dass hybrid-bewehrte Tübbings ähnliche Risseigenschaften im Vergleich zu SB und SFB-Tübbings haben, jedoch unter stark reduzierten Materialkosten. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden genutzt, um neue Tübbing-Konzepte herzuleiten.