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Encapsulation-based self-healing concrete (SHC) is the most promising technique for providing a self-healing mechanism to concrete. This is due to its capacity to heal fractures effectively without human interventions, extending the operational life and lowering maintenance costs. The healing mechanism is created by embedding capsules containing the healing agent inside the concrete. The healing agent will be released once the capsules are fractured and the healing occurs in the vicinity of the damaged part. The healing efficiency of the SHC is still not clear and depends on several factors; in the case of microcapsules SHC the fracture of microcapsules is the most important aspect to release the healing agents and hence heal the cracks. This study contributes to verifying the healing efficiency of SHC and the fracture mechanism of the microcapsules. Extended finite element method (XFEM) is a flexible, and powerful discrete crack method that allows crack propagation without the requirement for re-meshing and has been shown high accuracy for modeling fracture in concrete. In this thesis, a computational fracture modeling approach of Encapsulation-based SHC is proposed based on the XFEM and cohesive surface technique (CS) to study the healing efficiency and the potential of fracture and debonding of the microcapsules or the solidified healing agents from the concrete matrix as well. The concrete matrix and a microcapsule shell both are modeled by the XFEM and combined together by CS. The effects of the healed-crack length, the interfacial fracture properties, and microcapsule size on the load carrying capability and fracture pattern of the SHC have been studied. The obtained results are compared to those obtained from the zero thickness cohesive element approach to demonstrate the significant accuracy and the validity of the proposed simulation. The present fracture simulation is developed to study the influence of the capsular clustering on the fracture mechanism by varying the contact surface area of the CS between the microcapsule shell and the concrete matrix. The proposed fracture simulation is expanded to 3D simulations to validate the 2D computational simulations and to estimate the accuracy difference ratio between 2D and 3D simulations. In addition, a proposed design method is developed to design the size of the microcapsules consideration of a sufficient volume of healing agent to heal the expected crack width. This method is based on the configuration of the unit cell (UC), Representative Volume Element (RVE), Periodic Boundary Conditions (PBC), and associated them to the volume fraction (Vf) and the crack width as variables. The proposed microcapsule design is verified through computational fracture simulations.

This study permits a reliability analysis to solve the mechanical behaviour issues existing in the current structural design of fabric structures. Purely predictive material models are highly desirable to facilitate an optimized design scheme and to significantly reduce time and cost at the design stage, such as experimental characterization. The present study examined the role of three major tasks; a) single-objective optimization, b) sensitivity analyses and c) multi-objective optimization on proposed weave structures for woven fabric composites. For single-objective optimization task, the first goal is to optimize the elastic properties of proposed complex weave structure under unit cells basis based on periodic boundary conditions. We predict the geometric characteristics towards skewness of woven fabric composites via Evolutionary Algorithm (EA) and a parametric study. We also demonstrate the effect of complex weave structures on the fray tendency in woven fabric composites via tightness evaluation. We utilize a procedure which does not require a numerical averaging process for evaluating the elastic properties of woven fabric composites. The fray tendency and skewness of woven fabrics depends upon the behaviour of the floats which is related to the factor of weave. Results of this study may suggest a broader view for further research into the effects of complex weave structures or may provide an alternative to the fray and skewness problems of current weave structure in woven fabric composites. A comprehensive study is developed on the complex weave structure model which adopts the dry woven fabric of the most potential pattern in singleobjective optimization incorporating the uncertainties parameters of woven fabric composites. The comprehensive study covers the regression-based and variance-based sensitivity analyses. The second task goal is to introduce the fabric uncertainties parameters and elaborate how they can be incorporated into finite element models on macroscopic material parameters such as elastic modulus and shear modulus of dry woven fabric subjected to uni-axial and biaxial deformations. Significant correlations in the study, would indicate the need for a thorough investigation of woven fabric composites under uncertainties parameters. The study describes here could serve as an alternative to identify effective material properties without prolonged time consumption and expensive experimental tests. The last part focuses on a hierarchical stochastic multi-scale optimization approach (fine-scale and coarse-scale optimizations) under geometrical uncertainties parameters for hybrid composites considering complex weave structure. The fine-scale optimization is to determine the best lamina pattern that maximizes its macroscopic elastic properties, conducted by EA under the following uncertain mesoscopic parameters: yarn spacing, yarn height, yarn width and misalignment of yarn angle. The coarse-scale optimization has been carried out to optimize the stacking sequences of symmetric hybrid laminated composite plate with uncertain mesoscopic parameters by employing the Ant Colony Algorithm (ACO). The objective functions of the coarse-scale optimization are to minimize the cost (C) and weight (W) of the hybrid laminated composite plate considering the fundamental frequency and the buckling load factor as the design constraints. Based on the uncertainty criteria of the design parameters, the appropriate variation required for the structural design standards can be evaluated using the reliability tool, and then an optimized design decision in consideration of cost can be subsequently determined.

Die Bauinformatik ist eine Säule der modernen Bau- und Umweltingenieurwissenschaften und befasst sich mit der Erforschung grundlegender informatorischer Methoden sowie mit der Anwendung und Weiterentwicklung der Informationswissenschaften im Bau- und Umweltbereich. Der Arbeitskreis Bauinformatik konstituiert sich aus Wissenschaftlern, die an Universitäten im deutschsprachigen Raum auf dem Fachgebiet Bauinformatik lehren und forschen. Ausgehend vom erreichten Entwicklungsstand der Bauinformatik skizziert dieses Positionspapier die Aufgaben des Arbeitskreises und formuliert eine Grundlage für eine abgestimmte Weiterentwicklung an den deutschsprachigen Universitäten.

Die öffentliche Hand setzt zunehmend bei der Beschaffung von Bauwerken auf Alternativen, da aufgrund der negativen finanziellen Entwicklung der öffentlichen Haushalte die notwendigen Investitionsmaßnahmen nicht mehr oder nur eingeschränkt umgesetzt werden. Seit Anfang 2000 gehören auch die Modelle Public Private Partnerships (PPP - auch Öffentlich Private Partnerschaften genannt) zu diesen Alternativen. Dabei werden unter Berücksichtigung des Lebenszyklusansatzes alle Wertschöpfungsstufen von Bauwerken – Planen, Bauen, Finanzieren, Betreiben, ggf. Verwerten – integriert und als Gesamtleistung ausgeschrieben. Damit kann es möglich sein, Effizienzvorteile von bis zu 20% gegenüber der konventionellen Beschaffung zu erreichen. Bauunternehmen sind gefordert, sich dieser neuen Beschaffungsvariante anzupassen, wenn sie entsprechende Leistungen anbieten wollen. Sie übernehmen im Kerngeschäft die Errichtung und bauliche Erhaltung von Bauwerken. Auf Grund der Integration aller Wertschöpfungsstufen sind Bauunternehmen gefordert, ihre Leistungen mit den anderen am Lebenszyklus von Bauwerken beteiligten Partner zu koordinieren und in einen Gesamtzusammenhang zu stellen. Das Ziel des Leitfadens ist es, mittelständischen Bauunternehmen die Erarbeitung einer eigenen Strategie für das Geschäftsfeld PPP zu ermöglichen. Dabei gilt es, die besonderen Herausforderungen des Geschäftsfeldes ebenso wie die Besonderheiten mittelständischer Bauunternehmen zu berücksichtigen. Eine strategische Vorgehensweise bei der Erschließung des für Bauunternehmen neuen Geschäftsfeldes ist notwendig, da nicht nur die Vorlauf- und Angebotskosten bei PPP-Projekten um ein Vielfaches höher sind als bei konventionellen Bauprojekten, sondern auch die Herausforderungen und Risiken von PPP-Projekten sich deutlich von der bisherigen Tätigkeit unterscheiden. Eine Beteiligung am Geschäftsfeld ohne Strategie kann unter Umständen den Bestand des gesamten Bauunternehmens gefährden. Mit Hilfe des Leitfadens werden Handlungsempfehlungen dargestellt, die unternehmensspezifisch weiterentwickelt werden können. Die Anwendung des Leitfadens ermöglicht mittelständischen Bauunternehmen, die Stellung des Unternehmens im Bezug zum neuen Geschäftsfeld PPP zu identifizieren und daraus Rückschlüsse für eine Beteiligung am Geschäftsfeld PPP zu ziehen.

Auf dem Gebiete der neuen Bundesländer wurden bis 1990 ca. 2,18 Millionen Wohnungen in Fertigteilbauweise gebaut. In verschiedenen Gebäudetypen wurden asbesthaltige Materialien sowohl im Wohnungsinneren als auch im Außenwandbereich eingesetzt. Vor dem Rückbau bzw. Abriss oder der Sanierung der betroffenen Gebäude muss hier generell eine Asbestentsorgung durchgeführt werden. Im Falle schwach gebundener Asbestprodukte im Innenbereich ist die Erfassung von Gefährdungspotential und Sanierungsdringlichkeit rechtlich und technisch geregelt. Hier liegen bereits zuverlässige Sanierungslösungen unter besonderer Berücksichtigung des Arbeitsschutzes sowie des Schutzes angrenzender Bereiche auch für den bewohnten Zustand vor. Für den Außenwandbereich gibt es diesbezüglich ein Defizit. Von den heute ein Gefährdungspotential in der Bausubstanz darstellenden Asbestprodukten kommt dem asbesthaltigen, polymergebundenen Fugendichtstoff Morinol eine besondere Bedeutung zu. Der Fugendichtstoff Morinol wurde sowohl im Außenbereich als auch im Innenbereich der Wohngebäude verwendet. Definitionsgemäß ist nach der Gefahrstoffverordnung und den Technischen Regeln für Gefahrstoffe der in Plattenbauten eingebaute Morinol-Fugendichtstoff ein Gefahrstoff, so dass beim bautechnischen Umgang mit diesem Material vom Ausbau bis zur Entsorgung hohe Anforderungen an den Arbeits- und Gesundheitsschutz sowie den Umweltschutz zu erfüllen sind. Derzeit erfolgt der Gefahrstoffausbau durch verschiedene, in höchstem Maß kostenintensive und ergonomisch unbefriedigende sowie technisch unzureichende Verfahren. Ein besonderes Defizit besteht beim Ausbau des Fugendichtstoffes bei Fugen mit einer geringen Breite, Fugen mit konischem Fugenverlauf, Fugen mit tief in den Fugenraum reichenden Dichtstoffmassen, in Kreuzungsbereichen von Horizontal- und Vertikalfugen und in Eckbereichen. Bei diesen Fugentypen muss bisher zum Ausbau des Fugendichtstoffes der Beton beidseitig der Fugenflanke abgestemmt werden. Der Beton wird zusammen mit dem anhaftenden Fugendichtstoff als Gefahrstoff beseitig. Die Zielstellung der Arbeit besteht in der systematischen Entwicklung technischer Lösungen zum Ausbau von Fugendichtstoffen am Beispiel der asbesthaltigen Fugendichtstoffe in Plattenbauten. An die Verfahrenslösung werden die Anforderungen verbesserter Arbeits-, Gesundheits- und Umweltschutz, optimierte Technologie und höhere Wirtschaftlichkeit gestellt. Bestandteile dieser Entwicklung sind die Untersuchung der Schwerpunkte Fugenarten, Merkmale asbesthaltiger Fugendichtungen, betroffene Bausubstanz und die Analyse der rechtlichen und arbeitsschutzrechtlichen Rahmenbedingungen für den Umgang mit asbesthaltigen Fugendichtstoffen. Die Untersuchung der gegenwärtig verfügbaren Arbeitsverfahren und die Darstellung der Defizite dieser Lösungen ist eine grundlegende Vorraussetzung für weitere Entwicklungsarbeiten. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen wird ein Konzept für die Entwicklung neuer Verfahrenslösungen aufgestellt. Thermische und mechanische Verfahren werden erstmalig systematisch untersucht. Durch die Bewertung der verschiedenen Verfahren wird eine Lösung ermittelt und abschließend hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Ergonomie, Faser- und Staubemission, Lärmemission und Vibration bewertet.