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Gerrit Emanuel Neu

• Within the thesis, novel steel fiber reinforced concrete (SFRC) segmental lining concepts to reduce the environmental impact and cost of tunnelling projects are developed. To evaluate and compare SFRC and RC segments, a discrete crack model with interface elements is employed. The crack bridging behavior is derived by a multi-level approach based on the fiber type, content, orientation and concrete. Predictive performance is shown by an extensive validation campaign and the influence of fiber mixture parameters on the structural response is assessed by uncertainty quantification. The incorporation of non-linear FE structural analysis in the verification process is addressed and various safety concepts are investigated in conjunction with reliability analyses. The Multi-Level FRC model, along with uncertainty models and optimization algorithms, considering failure probabilities as constraints, are combined to design a hybrid SFRC segment with minimized environmental and economic costs.
• Im Rahmen dieser Arbeit werden neuartige Tübbingkonzepte aus Stahlfaserbeton (SFB) entwickelt, um Umweltauswirkungen und Kosten von Tunnelbauprojekten zu reduzieren. Um SFB- und Stahlbeton-Segmente vergleichend zu untersuchen, wird ein diskretes Rissmodell mit Interface-Elementen verwendet. Das Rissüberbrückungsverhalten wird mithilfe semi-analytischer Modelle anhand von Fasertyp, -gehalt, -orientierung und Betoneigenschaften vorhergesagt. Nach einer umfangreichen Validierungskampagne wird der Einfluss zentraler SFB-Parameter auf die Strukturantwort mittels Unschärfequantifizierung untersucht. Die Nutzung nichtlinearer Strukturanalysen mit entsprechenden Sicherheitskonzepten zur Bemessung und Zuverlässigkeitsanalysen werden vorgestellt. Abschließend wird das SFB-Modell mit Unschärfemodellen in einen Optimierungsalgorithmus eingebettet, um ein hybrides SFB-Segment mit minimierten ökologischen und ökonomischen Kosten unter Einhaltung der Versagenswahrscheinlichkeiten zu entwerfen.