Instandsetzen und Verstärken

Verbundsicherung bei klebearmierten Spannbetonbauteilen

Entwurf und Ausführung schubfest angeklebter Stahllaschen und kohlenstofffaserverstärkter Kunststofflamellen (CFK-Lamellen) für die Verstärkung von Betonbauteilen sind in Deutschland in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen des Instituts für Bautechnik (DIBt) geregelt, die sich derzeit jedoch in erster Linie auf Stahlbetonbauwerke beziehen. Die Definition von Kriterien für die Auslegung einer Verstärkung von Spannbetonbauteilen durch angeklebte Zusatzbewehrung setzt eine Analyse des Zusammenwirkens unterschiedlicher Bewehrungselemente (Betonstahl, hochfester Spannstahl, Klebebewehrung) voraus. Hierzu wurden im Forschungsvorhaben zunächst mögliche Anwendungsgrenzen von Stahllaschen und CFK-Lamellen für Verstärkungsaufgaben auf dem Gebiet vorgespannter Tragwerke analysiert sowie die bisher gemachten praktischen Erfahrungen und damit verbundenen technischen Entwicklungen diskutiert. In Ergänzung zu diesen Betrachtungen wurden rechnerische Untersuchungen beim Variieren des Verstärkungszeitpunktes und des Verstärkungsgrades auf der Grundlage von Momenten-Dehnungsdiagrammen (Bild 1) durchgeführt, um die statische Wirkung der angeklebten Zusatzbewehrung qualitativ abschätzen zu können.

Bild 1: Wirkung der angeklebten Zusatzbewehrung

Darüber hinaus wurden anhand einer umfangreichen Literaturauswertung derzeit auf nationaler wie internationaler Ebene bestehende Nachweiskonzepte mit Schwerpunkt auf Erhöhung der Biegetragfähigkeit mittels oberflächig angeklebter Stahllaschen bzw. CFK-Lamellen erörtert und Überlegungen für eine Bemessung mit Teilsicherheitsbeiwerten diskutiert. Ausgehend von den im Rahmen dieser Voruntersuchungen gewonnen Erkenntnisse sowie bekannten Verbundansätzen, Rissbildungsmechanismen und Versuchsergebnissen wurde ein Auslegungskonzept für klebebewehrte Spannbetonteile entwickelt, das im Wesentlichen auf einer Adaption vorhandener Ingenieurmodelle für die Biegebemessung von Stahlbetonbauteilen mit angeklebter Zusatzbewehrung basiert. Zu einer Analyse der Auswirkungen dieses Konzepts wurde eine Parameterstudie beim Variieren der Höhe der einbetonierten Betonstahlbewehrung im Zusammenhang mit der zugehörigen Vorspannung und verschiedenen Lamellenquerschnitten an einem der Literatur entnommenen Referenzsystem durchgeführt, zur Absicherung ergänzt durch nichtlineare Finite Element (FE)-Berechnungen mit dem Programmsystem DIANA (Bilder 2 bis 4).

Bild 2: Verbundspannungs-Verschiebungsbeziehung für angeklebte Zusatzbewehrung