C3-V2.7: Gesamtkonzepte für die nachträgliche Bauteilverstärkung
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
| Titel | Title TP C3-V2.7-Ia: Bemessungsmodelle und Materialspezifikation im Verbundvorhaben C3-V2.7: Erstellung von Gesamtkonzepten für die nachträgliche Bauteilverstärkung mit Carbonbeton | SP C3-V2.7-Ia: Design models and material specification as part of the joint research project C3-V2.7: Development of a general plan to strengthen an existing concrete structure with carbon reinforced concrete Förderer | Funding Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF); Projektträger: FZ Jülich GmbH / C3 – Carbon Concrete Composite Zeitraum | Period 05/2017 – 10/2020 Leiter | Project manager Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Bearbeiter | Contributors Dipl.-Ing. Egbert Müller, Dipl.-Ing. Sebastian May, Dipl.-Ing. Tilo Senckpiel-Peters Projektpartner | Project partners Institut für Massivbau, RWTH Aachen University | Ingenieurbüro Grassl GmbH, Berlin | Technologie- und Entwicklungszentrum Groz-Beckert KG, Albstadt | Hörnig Bauwerkssanierung GmbH, Aschaffenburg | Torkret GmbH, Essen | Betonfertigteile G. Quadflieg GmbH, Naumburg |
Bericht aus dem Jahrbuch 2019
QUERKRAFTVERSTÄRKTE PLATTENBALKEN
Versuchsaufbau der verstärkten Plattenbalken
Das Vorhaben C3-V2.7 befindet sich im dritten Bearbeitungsjahr und viele Großbauteilversuche wurden bereits durchgeführt. Zuerst wurden biegebeanspruchte Plattenstreifen mit Carbonbeton verstärkt. Unter den gewählten Randbedingungen, d. h. mit einem niedrigen Stahlbewehrungsgehalt und einem Beton der Festigkeitsklasse C50/60, konnte mit den verwendeten Carbonbewehrungen bei einer einlagigen Verstärkungsschicht eine Laststeigerung von bis zu 400 % erreicht werden. Werden zwei Lagen Carbonbewehrung aufgetragen, ist eine weitere Laststeigerung möglich. Anstelle des Biegeversagens tritt eine Kombination aus Biegeschub- bzw. Querkraftversagen und Delamination der Carbonbetonschicht ein. Ein ähnliches Versagensverhalten ist bei einem höheren Stahlbewehrungsgehalt mit zwei Lagen Carbonbewehrung zu beobachten.
Eine Querkraftverstärkung aus Carbonbeton wurde an schlanken und gedrungenen Plattenbalken mit einer oder zwei Lagen Carbonbewehrung bzw. nur einer Spritzbetonschicht untersucht. Die Verstärkung wurde entweder nur seitlich am Steg oder mittels L-Profilen umschließend am gesamten Steg angebracht. Die Faserstränge wurden im 0/90° oder ± 45/45°- Winkel zueinander appliziert.
Mit einer reinen Spritzbetonschicht konnte bei den schlanken Plattenbalken eine Laststeigerung von circa 10 % erreicht werden. Durch eine seitliche Stegverstärkung konnte der Lastwiderstand, unabhängig von der Carbonbewehrung, der Faserstrangausrichtung oder der Lagenanzahl, um 40 % angehoben werden. Wurde die Carbonbewehrung mittels L-Profilen ausgeführt, war eine Laststeigerung um 45 % möglich. Als Versagensmechanismus trat ein Ablösen der Carbonbetonschicht zum Altbeton ein.
Biegeschubversagen eines Plattenbalkens
Das Tragverhalten unterscheidet sich bei den gedrungenen Plattenbalken. Werden die Stege seitlich mit der Wilhelm Kneitz oder der solidian Carbonbewehrung verstärkt, kann die Last um ca. 20 % erhöht werden. Es trat jedoch ein Biegedruckversagen auf, bei dem die Einschnürung der Betondruckzone maßgebend wurde. Wurde die Verstärkung mit der solidian GRID Q85/85-CCE-21 Carbonbewehrung (Ausrichtung: 0/90°, einlagig), seitlich bzw. den Steg umschließend, ausgeführt, konnte die Last um ca. 35 % gesteigert werden. Dabei trat ein Biegeschubversagen ein, in dem die Stahlbewehrungsbügel versagten.
Bericht aus dem Jahrbuch 2018
GROSSBAUTEILE ERFOLGREICH GEPRÜFT
Herstellung biegeverstärkter Stahlbetonplatten mit Carbonbeton
Das Vorhaben C3-V2.7 steht für die Erstellung von Gesamtkonzepten für die nachträgliche Bauteilverstärkung mit Carbonbeton. Hierbei haben es sich zwei Forschungseinrichtungen und fünf Wirtschaftspartner zur Aufgabe gemacht, die bestehenden Erkenntnisse zum Verstärken mit Carbonbeton praxisorientiert aufzubereiten und auf die neue Generation der Carbontextilien zu übertragen. Dabei werden zahlreiche Großbauteilversuche in Kooperation mit dem C3-V1.2-Vorhaben „Nachweis- und Prüfkonzepte für Normen und Zulassungen“ durchgeführt und mit den bestehenden Formelwerken überprüft. Letztere werden bei Notwendigkeit angepasst.
Alle Arbeiten werden im stetigen Austausch zwischen Forschungs- und Wirtschaftspartnern erledigt, damit die Baupraxis ein anwendbares Verstärkungskonzept zum Ertüchtigen von Bauteilen erhält. Zuerst wurden die theoretischen Grundlagen zusammengestellt und auf ihre Handhabbarkeit geprüft. Anschließend fand die Planung der großteiligen Versuchskörper für die biege- sowie querkraftverstärkten Bauteile statt. Die Biegeverstärkung mit Carbonbeton wurde an Plattenquerschnitten untersucht. Dabei wurden die Lageanzahl und die Textilart der Carbonbewehrung variiert. Die Stahlbetonplattenquerschnitte wurden ein- bzw. zweilagig mit der Carbonbewehrung praxisnah verstärkt und im Labor in einem 4-Punkt-Biegeversuch geprüft. Da bereits aus den kleinteiligen Versuchen die Leistungsfähigkeit der neuen Carbontextile bekannt war, wurde bei den Grundkörpern eine Betonfestigkeitsklasse C50/60 gewählt, um die volle Bruchspannung der Carbonbewehrungen ausnutzen zu können. Bei den Versuchen hat sich gezeigt, dass eine Traglast- steigerung um bis zu 400 % im Vergleich zum unverstärkten Grundkörper möglich ist.
Prüfung eines biegeverstärkten Plattenquerschnittes
Die Querkraftverstärkungen werden aktuell an T-Trägern durchgeführt. Hierbei wurden sowohl die Carbonbewehrung als auch die Geometrie der T-Träger variiert. Es gibt einen schlanken Plattenbalken und einen gedrungenen. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der Carbonbewehrungen erfolgte eine Verstärkung seitlich an den Stegflächen oder seitlich sowie unterhalb des Steges. Die Verstärkungsarbeiten wurden auch hier praxisnah durchgeführt. Die Bauteilprüfung erfolgte im Otto-Mohr-Laboratorium. Die ersten verstärkten Probekörper haben bei Querkraftversuchen gezeigt, dass eine Laststeigerung auf 150 % im Vergleich zum Grundkörper möglich ist. Darauf aufbauend wird ein mechanisches Bemessungsmodell für die Verstärkung erstellt.
Bericht aus dem Jahrbuch 2017
ALLGEMEINGÜLTIGE VERSTÄRKUNGSKONZEPTE
Bemessungshilfen für die Verstärkungsschicht
Bauwerke nachhaltig und effizient verstärken, nur wie? Mit dieser Fragestellung setzen sich die Partner im C3-Projekt „Gesamtkonzepte für die nachträgliche Bauteilverstärkung mit Carbonbeton“ auseinander. Das Projekt ist ein Verbundvorhaben mit fünf Praxispartnern und einer weiteren Forschungseinrichtung und wird innerhalb der Zwanzig20-Initiative C3 – Carbon Concrete Composite realisiert. In vorangegangenen Forschungs- und Praxisprojekten konnte die Verstärkung unterschiedlicher Bauteilquerschnitte wie Stützen, Deckenplatten und Balken mit Textilbeton bereits erfolgreich gezeigt werden. Auf Basis von experimentellen Untersuchungen wurden Berechnungsmodelle und Sicherheitskonzepte für die baupraktische Umsetzung der Bauteilverstärkungen entwickelt.
Nun ist es an der Zeit, die bereits entwickelten Handlungsempfehlungen und Bemessungskonzepte zu einem in sich schlüssigen Katalog zusammenzuführen und anschließend ein Gesamtkonzept für Verstärkungsmaßnahmen für unterschiedliche Bauteile und Belastungsarten zu erarbeiten. Um dieses Ziel zu erreichen, mussten zu Beginn alle vorhandenen, bauteilspezifischen Verstärkungskonzepte zusammengetragen werden. Der Formelapparat soll dabei praxisorientiert aufbereitet werden. Im darauffolgenden Schritt sollen in Abstimmung mit den Praxispartnern die vorhandenen Bauteilkonzepte besprochen und mit dem Know-how der Praxispartner geprüft werden, ob im Formelapparat der jeweiligen Verstärkungsmaßnahme alle üblichen Nachweise vorhanden sind oder ggf. weitere Nachweise einzubinden sind.
Nach der Erarbeitung des Gesamtkonzeptes für Verstärkungsmaßnahmen von Stahlbetonbauteilen mit Carbonbeton sollen an bestimmten Bauteilquerschnitten Versuche durchgeführt werden. Diese sollen die verschiedenen Aspekte der Handlungs- und Bemessungsempfehlungen, wie das Sicherheitskonzept und das Trag- bzw. Versagensverhalten, bestätigen bzw. validieren. Zeigt sich bei den Bauteilversuchen ein nicht prognostiziertes Materialverhalten, was bei Verwendung neuer Materialkombinationen der Fall sein kann, muss das Konzept für die bauteilspezifische Verstärkungsmaßnahme erneut geprüft und ggf. um weitere Nachweisführungen ergänzt werden. Am Projektende wird ein vollständiges Gesamtkonzept für die Verstärkung von Stahlbetonbauteilen mit Carbonbeton für die Anwendung in der Baupraxis zur Verfügung stehen.