Flerskalig utformning av textilarmerade betongkonstruktioner

Forskningsprojekt, 2023 – 2026

Textilarmerad betong erbjuder möjligheten att bygga korrosionsbeständiga, slanka, lätta konstruktioner med relativt liten miljöpåverkan, både i moduler och med fria former. Ett enkelt tvådimensionellt textilarmeringsnät består av vinkelräta trådar, där varje tråd består av många kontinuerliga fibrer (även kallade filament), som vid tillverkningen samlas till en tråd. Dessa gjuts sedan in i betong. När textilarmerad betong belastas spricker betongen, trådarna glider relativt betongen, och även filamenten inom trådarna glider olika mycket. En textiltråd i betong uppför sig därför inte som en enhet, utan de olika filamenten rör sig, och belastas, olika mycket. Detta påverkar materialets förmåga att bära laster. I vårt tidigare arbete har vi utvecklat en tvåskalig modelleringsteknik som beskriver dessa effekter. I detta projekt kommer vi att utveckla denna teknik vidare i ett flerskaligt ramverk för utformning av textilarmerade betongkonstruktioner. Ramverket arbetar på två nivåer: På konstruktionsnivå, som kan vara upp till cirka 100 m, och på detaljnivå, som rör sig på millimeter-skalan. Syftet är att utforma den textilarmerade betongen utifrån kraven från konstruktionsnivån, genom att beakta möjligheter och begränsningar från detaljnivån. Detaljnivån beskriver sprickbildning, vidhäftning mellan armering och betong, och tar hänsyn till att filamenten rör sig gentemot varandra genom att inkludera effektivitetsfaktorer för armeringens styrka och styvhet. Dessa detaljmodeller kommer att integreras med konstruktionsnivån i ett ramverk för optimering. Därigenom möjliggör vi en holistisk utformning med optimerad form, topologi och rumslig variation av tjocklek, armeringsmängd och -riktning, betongkvalitet, vidhäftningsegenskaper och förspänning. Detta fyraåriga projekt har potential att skapa betydande genombrott i utformning av textilarmerade betongkonstruktioner. Vidare kommer resultaten även att kunna appliceras på andra typer av avancerade kompositer.