Ein Bemessungskonzept für unbewehrte und faserbewehrte Tunnelinnenschalen

Aufbauend auf geltenden Richtlinien und Normen wird ein Verfahren für die statische Berechnung und Bemessung unbewehrter und faserbewehrter Tunnelinnenschalen vorgestellt. Das Bemessungskonzept erfordert eine iterative Suche nach dem statischen Gleichgewicht des Tragsystems unter Berücksichtigung nichtlinearen Materialverhaltens. Als Ergebnis liefert das Verfahren nebst den herkömmlichen Nachweisen (Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit) Aussagen, ob eine unbewehrte bzw. faserbewehrte Ausführung der Innenschale möglich ist. Im Falle der Notwendigkeit faserbewehrten Innenschalenbetons sind Aussagen bezüglich der erforderlichen Nachrisszugfestigkeit möglich. A Design Concept for Plain and Fibre‐Reinforced Final Linings of Tunnels A concept for the design of final tunnel linings on the basis of current standards and guidelines is presented. The proposed method requires an iterative approach towards the equilibrium of the static system considering nonlinear material behaviour in compression and tension. As a result this method returns a design proof either for the unreinforced lining or the fibre‐reinforced lining including the required post crack tensile strength of fibre‐reinforced concrete.     

Grundlagen und Entwicklung von stochastischen Modellen zur Beurteilung der Schädigung von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

In zwei Beiträgen wird ein auf der Zuverlässigkeitstheorie basierendes probabilistisches Verfahren für eine schnelle Bewertung der Tragfähigkeit eines geschädigten Stahlbetonbrückenbauwerks vorgestellt. Es ersetzt keine statische Nachberechnung, unterstützt jedoch den Bauwerksprüfer noch während der Prüfung gemäß DIN 1076 und lässt eine schnelle Entscheidung über die Art und Weise einer ggf. erforderlichen Nutzungseinschränkung noch vor einer Nachberechnung zu. Mit dem Verfahren ist es möglich, eine verbesserte Bewertung über die Auswirkung von Schäden und Mängeln an Stahlbetonbrücken auf deren Tragfähigkeit im Rahmen einer handnahen visuellen Bauwerksprüfung zu erreichen. Teil 1 behandelt die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung. In Teil 2 wird die Modellunsicherheit “Bauwerksprüfer” sowie das baupraktische Näherungsverfahren für eine Anwendung im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Basics and Development of Stochastic Models for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection A probabilistic method based on the reliability theory allows a quick assessment of the load bearing capacity of damaged reinforced concrete bridges. The aim is to support the bridge inspection engineer during the bridge inspection according to DIN 1076 and not to replace a static recalculation. It should allow a quick decision as to whether or not a restriction of the crossing traffic is necessary. With this method it is possible to achieve a better assessment of the influence of damages on reinforced concrete bridges which are seen in a visual bridge inspection. Part 1 of the two papers describes the basics of the methodology and shows the development of the stochastic models for the material and geometry parameters which have changed as a result of damage. In Part 2 the model uncertainty for the bridge inspector and the practical use in accordance with the RI‐EBW‐PRÜF are shown.     

Anwendung von Trapezblechstegen im Brückenbau

Trapezblechstege im Brückenbau kommen trotz der großen Vorteile, die diese Bauweise bietet, in Deutschland bisher nur an einem Pilotprojekt zur Anwendung. Durch die charakteristischen Eigenschaften des Trapezbleches entstehen konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Brückenbauweisen. Allerdings lassen die aktuell gültigen Regelwerke aufgrund fehlender Kenntnis zum Tragverhalten und mangelnder Erfahrung keine wirtschaftliche Ausbildung zu. Dies zeigt sich am Beispiel des Pilotprojekts. Die Ausbildung der Verbundfuge wurde hier nur sehr unbefriedigend gelöst und verdeutlicht somit die Notwendigkeit einfacher und praktikabler Verbindungsmöglichkeiten. Am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Konstruktion und Entwurf ein von der Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) finanziertes Forschungsvorhaben bearbeitet, bei dem unterschiedliche Verbundfugenausbildungen numerisch und experimentell untersucht wurden. Der folgende Beitrag beschränkt sich auf die Verwendung von Betondübeln als Verbundmittel und stellt hierfür ein einfaches Bemessungskonzept für die Verbundsicherung unter Längsschubbeanspruchung im Grenzzustand der Tragfähigkeit vor. The use of corrugated steel webs in bridge constructions – Load bearing behaviour of concrete dowels in combination with corrugated steel webs under longitudinal shear Studies of the load bearing behaviour under shear force of integrated connections at composite bridge girders using corrugated steel webs. Up to now there is only one project in Germany, where the application of corrugated steel webs has been practiced in the field of composite bridges. Due to the characteristics of the corrugated steel web this construction method has constructive and economic advantages. However there is a lack of experiences and standards to fully utilize these advantages and to allow an economic application. Especially the first project in Germany expose some critical points. The design of the joint between the concrete slab and the corrugated steel web is actually not satisfactory and shows the need for simpler and more practicable connection methods. At the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design at Universität Stuttgart and together with the Institute of Structural Design, a research project, financed by Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) was made. Within this project different types of composite joints were experimentally and numerically analysed. This paper deals only with the investigations of concrete dowels as connectors. On the basis of these studies simple design rules for shear connection in the ultimate limit state were developed.     

Über die Querkrafttragfähigkeit des Betongurts von Verbundträgern im Bereich von großen Stegöffnungen

Im folgenden Teil 2 wird ein Nachweiskonzept für den Betongurt im Öffnungsbereich vorgestellt. Es basiert auf den im Teil 1 erläuterten Ergebnissen der umfangreichen rechnerischen und experimentellen Untersuchungen. Das Nachweiskonzept sieht entsprechend den verschiedenen im Versuch beobachteten Versagensarten drei Querkraftnachweise für den Betongurt vor, wobei die Querkrafttragfähigkeiten in Anlehnung an die bekannten in DIN 1045‐1 angegebenen Formeln nachgewiesen werden. Damit kann auch die festgestellte lokale Wirkung der Kopfbolzendübel als Querkraftbewehrung berücksichtigt werden. Die Ermittlung der einwirkenden Querkräfte des Betongurts erfolgt anhand der Steifigkeiten des oberen und unteren Teilträgers und der Steifigkeit des Betongurts. On the Shear‐Bearing Capacity of the Concrete Slab of Composite Beams in the Region of Large Web Openings – Part 2: Design Concept In part 2 of the report, a concept for the design of the concrete slab in the region of web openings is presented. It is based on the results of the extensive experimental und numerical investigations which are described in. Resulting from the different occurring failure modes of the concrete slab, three critical shear‐bearing capacities have to be considered. These shear‐bearing capacities are calculated according to the formulas of DIN 1045‐1. In this way, the effect of the headed studs acting as local shear reinforcement can be included. The shear forces of the concrete slab are calculated depending on the stiffness of the top and bottom chord, as well as by the stiffness of the concrete slab.     

Biegetragfähigkeit von textilbetonverstärkten Stahlbetonplatten

Textilbeton (TRC) ist eine sehr effektive Methode zur Verstärkung von Stahlbetonkonstruktionen. An der TU Dresden wurden im Rahmen des SFB 528 umfangreiche Forschungen zum Einsatz von Textilbeton zur nachträglichen Biegeverstärkung bestehender Beton‐ und Stahlbetonbauteile durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten im Regelfall an textilbetonverstärkten kleinformatigen Stahlbetonplatten mit Spannweiten von 1,60 m und Plattendicken von 0,10 m. Parallel zu diesen Versuchen erfolgte die Entwicklung von Berechnungsmodellen, mit denen unter anderem die maximale Biegetragfähigkeit der verstärkten Bauteile vorhergesagt werden kann. Der vorliegende Aufsatz beschreibt experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Überprüfung der Übertragbarkeit der bisher gewonnenen Ergebnisse auf großformatige Stahlbetonplatten mit Spannweiten von 6,75 m und Plattendicken von 0,23 m. Durch die Verwendung textiler Hochleistungsbewehrungen aus Carbon auf Basis von so genannten Heavy‐Tow‐Garnen wurden sehr hohe Verstärkungsgrade realisiert. Die Ergebnisse zeigen signifikante Steigerungen der Tragfähigkeiten im Vergleich zu unverstärkten Referenzplatten. Dadurch konnte die sichere Anwendung von Biegeverstärkungen aus Textilbeton auch für Bauteile mit großen Spannweiten und großen Verstärkungsgraden gezeigt werden. Gleichzeitig wurde bei vergleichbarem Lastniveau mit zunehmendem Verstärkungsgrad eine deutliche Verringerung der Durchbiegungen nachgewiesen. Die experimentell ermittelten Tragfähigkeiten sind mit dem vorgestellten Berehnungsansatz zur überschläglichen Biegebemessung textilbetonverstärkter Stahlbetonplatten gut nachvollziehbar. Bending Capacity of Reinforced Concrete Slabs Strengthened with Textile Reinforced Concrete Textile Reinforced Concrete (TRC) is a very effective method to strengthen reinforced concrete constructions. The SFB 528 of the TU Dresden has been carrying out vast research concerning the use of TRC for a subsequent bending strengthening of existing concrete and reinforced concrete components. As a rule the experiments TRC strengthened small format reinforced concrete slabs with span widths of 1.60 m and thicknesses of 0.10 m were used. Parallel to these tests calculation models were developed enabling a prediction of the maximum bending load carrying capacity of the strengthened units among others. The paper describes the experimental and theoretical research for checking the transferability of the results gained until now onto large‐size reinforced concrete slabs with span widths of 6.75 m and thicknesses of 0.23 m. Through the use of high performance textile reinforcements based on carbon Heavy‐Tow‐Yarns very high reinforcement degrees were realized. The results show significant increases of the load carrying capacity compared to the unstrengthened reference slabs. Thus the safe use of bending strengthening out of TRC for components with large span widths and high reinforcement degrees could be proven. At the same time we were able to demonstrate considerably lower deflection with growing reinforcement degrees. The experimentally determined load bearing capacity can be well comprehended with the introduced calculation models of the bending measurement of TRC strengthened reinforced concrete slabs.     

Statische und dynamische Axialdruckversuche an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen mit verschiedenen Füllmaterialien

In diesem Beitrag wird über Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen berichtet, die am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover durchgeführt wurden. Diese sogenannten “Grouted Joints” kommen z. B. als Verbindungselemente zwischen dem im Boden eingerammten Pfahl und dem Turm einer Offshore‐Windenergieanlage zum Einsatz. An deutlich kleineren Prüfkörpern wurden Axialdruckversuche im Labor durchgeführt, um den Unterschied zwischen glatten und gerippten Stahlrohrmantelflächen im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Ermüdung aufzuzeigen. Dabei kamen auch verschiedene Füllmaterialien für den Ringspalt zum Einsatz. Die Tragfähigkeit bei den Prüfkörpern mit glatten Rohrmantelflächen ist hauptsächlich von der Haftfestigkeit des Füllmaterials auf den Stahloberflächen und deren Beschaffenheit abhängig. Durch die Anordnung von Schubrippen kann die Trag‐ und Ermüdungslast um ein Vielfaches gegenüber der glatten Variante gesteigert werden. Dies ist hauptsächlich auf die Wirkung von Druckstreben zwischen den Schubrippen zurückzuführen, deren Tragfähigkeit sich mit zunehmender Druckfestigkeit des Füllmaterials erhöht. Mit einem Bemessungsmodell kann unter Berücksichtigung der Druckstrebentragfähigkeit und Anzahl der Schubrippen die Traglast von Grouted Joints abgeschätzt werden. Static and dynamic axial compression tests on grouted tube‐in‐tube connections with various grout materials. This paper summarises static and dynamic axial compression tests on small scale grouted joints for offshore wind energy converters. The connection is mostly used between driven monopiles and tower sections as tube‐in‐tube connection. The gap between the tubes is filled with grout materials. The test series comprises grouted joints with smooth and ribbed surfaces of the tubes which are loaded by axial compression. The ultimate and fatigue limit state of the connection can be increased with shear keys along the overlapped length of the tubes to get a ribbed contact surface to the grout. In this case the axial load is transferred by compression struts between the shear keys. The bearing capacity depends mainly on the compressive strength of the grout and the geometry of the shear keys. In addition to the experimental results an analytical design concept is presented within this paper for grouted joints with shear keys. With the analytical model the axial load capacity of the grouted joint can be determined under consideration of the compression struts and number of shear keys.     

Bemessung,Anwendung und Qualitätssicherung von Stahlfaserspritzbeton im Tunnelbau

Die Spritzbetonbauweise hat sich im Tunnelbau seit Jahren bewährt. Spritzbeton wird als unbewehrter Beton, in Verbindung mit Bewehrung sowie als Stahlfaserspritzbeton eingesetzt. Bei den meisten Tunnelschalen aus Stahlfaserspritzbeton werden Stahlfasern derzeit nur als konstruktive Bewehrung verwendet. Die Faserzugabe führt zu einer nennenswerten Erhöhung der Bruchenergie und somit zu einer höheren Zähigkeit des sonst spröden Materials und damit zu einer höheren Sicherheit. Stahlfaserspritzbeton kann auch anstelle von Spritzbeton mit statisch erforderlicher Mattenbewehrung eingesetzt werden. Die Bemessung erfolgt dann unter Berücksichtigung der Nachrisszugfestigkeit. Diese kann wie bei Stahlfaserbeton an Biegebalken ermittelt werden, die aus größeren Proben herausgesägt werden. Anhand von verschiedenen Beispielen werden die unterschiedlichen Anwendungen aufgezeigt und die dafür erforderlichen Prüfungen vorgestellt. Design, Execution and Quality Management of Steel Fibre Reinforced Shotcrete in Tunnels The shotcrete method has been proven for tunnel structures since years. Shotcrete can be used unreinforced, in combination with reinforcement meshes and with fibre reinforcement. At the moment most steel fibre shotcrete tunnel liners have non‐structural fibre reinforcement. However, the addition of fibres increases the fracture energy of the material and changes the shotcrete behaviour from brittle to ductile with higher reliability. Steel fibre shotcrete can also replace shotcrete with traditional mesh reinforcement. The verification of steel fibre shotcrete takes the post cracking tensile strength of the material into account. The tensile strength of the cracked fibre concrete can be derived from bending tests on beams cut out of a larger shotcrete sample. This paper presents the different types of executed shotcrete applications in tunnels and the necessary test methods.     

Tragfähigkeit von randnahen Kopfbolzen bei der Versagensart seitlicher Betonausbruch

Kopfbolzen, die sehr nahe am Bauteilrand verankert werden, können infolge seitlichen Betonausbruchs versagen. Bei dieser Versagensart kommt es zu einem Abplatzen des Betons auf der Seitenfläche des Bauteils. Die Berechnung der Tragfähigkeit erfolgt dabei mit dem CC‐Verfahren. Numerische und experimentelle Untersuchungen zeigen, dass der bisherige Berechnungsansatz konservative Ergebnisse liefert. Um den Einfluss einzelner Parameter auf die Tragfähigkeit zu bestimmen, wurden Versuche verschiedener Autoren ausgewertet und ergänzende numerische Untersuchungen durchgeführt. Diese zeigen, dass – der kritische Randabstand von 3.c₁ auf 2.c₁ reduziert werden kann. – der Einfluss des Randabstandes geringer als bisher angenommen ist. – der Einfluss der Betondruckfestigkeit unterschätzt wird. – der Einfluss direkt nebeneinander liegender Kopfbolzen nicht berücksichtigt wird. Um wirtschaftlichere Ergebnisse für die Tragfähigkeit von randnahen Kopfbolzen zu erhalten wird ein modifizierter Berechnungsansatz aufgezeigt, der die Versuchsergebnisse und numerischen Berechnungen gut abbildet. Dieser Ansatz findet Eingang in die neue europäische Bemessungsnorm 'Design of Fasteners for Use in Concrete' und ermöglicht damit eine genauere Berechnung von Kopfbolzenverankerungen nahe am Bauteilrand für die Versagensart Blow Out. Load Bearing Capacity of Headed Studs in Case of Blow Out Failure Mode Headed studs placed near to the edge of a concrete member can fail because of blow out. In case of this failure mode the concrete spalls at the lateral surface of the concrete member. The failure load can be calculated by the Concrete capacity method (CCmethod). Numerical and experimental investigation show that the CC‐method leads to conservative results. To determine the influence parameters on the load bearing capacity the tests of different authors are evaluated and advanced numerical simulations are carried out. The evaluation shows that – the critical edge can be reduced to two times the edge distance. – the influence of the edge distance is smaller than assumed. – the influence of the concrete compressive strength is underestimated. – the influence of headed stud placed sided by side is not considered. To get more economic results relating the load capacity of headed studs at the edge a modification of the CC‐Method is proposed. This modified CC‐method corresponds quite well with the test results as well as with the results of the numerical simulations. The proposed design equation will be included in the European design guide 'Design of Fasteners for Use in Concrete'.     

Design rules for lateral torsional buckling of channel sections subject to web loading

Bemessungsregeln für das Biegedrillknicken von U‐Querschnitten unter Belastung in Stegebene. In der Praxis kommen häufig U‐Querschnitte zum Einsatz. Eurocode 3 enthält jedoch keine Bemessungsregeln für exzentrisch, d.h. nicht im Schubmittelpunkt, belastete Träger mit U‐Querschnitt. In diesem Beitrag werden fünf Bemessungsvorschläge vorgestellt, erläutert und ihre Anwendbarkeit mit Hilfe von Finite‐Element‐Berechnungen überprüft. Die berechneten Tragfähigkeiten der Bemessungsmodelle werden mit Traglasten verglichen, die auf Grundlage von geometrisch und materiell nichtlinearen Berechnungen an Trägern mit Imperfektionen (GMNIA) ermittelt wurden. In der numerischen Parameterstudie werden die Querschnittsabmessungen, das Verhältnis von Spannweite zur Trägerhöhe, der Lasttyp und der Lastangriffspunkt variiert. Die Belastung wirkt jedoch lediglich in Stegebene. Basierend auf einem der bisherigen Bemessungsvorschläge wird im Rahmen dieser Untersuchung ein neuer Bemessungsvorschlag formuliert, der die Regelungen des Eurocode 3 widerspruchsfrei ergänzt.     

Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung

Es wird über Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Brückenfahrbahnplatten aus Stahlbeton berichtet. Diese zeigen, dass die bekannten Rechenansätze für Bauteile ohne Querkraftbewehrung nach DIN 1045‐1 bzw. DIN‐FB 102 für Fahrbahnplatten auf der sicheren Seite liegen, die tatsächliche Tragfähigkeit aber weit unterschätzt wird. Weitere Ansätze zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung werden erörtert. Während die Modelle bei der Auswertung einer Datenbank von Balkenversuchen eine gute Übereinstimmung aufweisen, zeigt der Vergleich mit den Modellversuchen, dass die meisten Rechenverfahren die Tragfähigkeit der Platten unterschätzen. Zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Platten ohne Querkraftbewehrung unter Punktlasten wird ein Modell vorgeschlagen, welches die Querkrafttragfähigkeit mit der Zugbeanspruchung der Biegezugzone im kritischen Bereich verknüpft. Shear Resistance of Bridge Decks without Transverse Reinforcement The design of concrete bridge deck slabs is of major concern since the introduction of the Eurocodes as the calculated shear capacity of slabs without stirrups and staggered reinforcement according to the new design standards is often considerably smaller compared to the former regulations i.e. DIN 1045:88. This raises the question whether the existing structures are still save. A series of 12 tests on 4 different specimens representing a bridge deck was performed to examine the real load bearing behaviour of a slab with and without shear reinforcement under a wheel (point) load. The evaluation of the test results revealed, that the current design formula with an assumed elastic shear force distribution leads to rather conservative values of shear capacity for bridge deck slabs. Various approaches for shear design are discussed and the accuracy is checked by means of a shear database and the test results. A new model to calculate the shear capacity is proposed which shows a better agreement with test data than the known approaches.     

Vergleich statischer und dynamischer Methoden zur Zustandsbewertung von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken

Risse in Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken führen zu einem Steifigkeitsverlust, der die statischen und dynamischen Eigenschaften der jeweiligen Struktur beeinflusst. Eine klassische Methode zur Bestimmung statischer Kennwerte sind Probebelastungen, bei denen gemessene Verformungen mit rechnerischen Werten abgeglichen werden und somit einen Rückschluss auf die Tragfähigkeit der Struktur ermöglichen. Bei Bauwerken wie Brücken können derartige Tests sehr kosten‐, zeit‐ und materialaufwändig sein und erfordern häufig eine längerfristige Sperrung. Des Weiteren müssen die gemessenen Verformungen vor Ort durch erfahrene Ingenieure überwacht werden, um gegebenenfalls bei Überschreiten kritischer Werte den Test abzubrechen. Auch die dynamischen Eigenschaften von Strukturen werden maßgeblich durch die Steifigkeit beeinflusst und können in vielen Fällen schnell und mit wenig Aufwand bestimmt werden. Im Rahmen dieses Aufsatzes werden die Ergebnisse statischer und dynamischer Untersuchungen zur Zustandsbewertung, durchgeführt an Stahlbeton‐ und Spannbetonbauteilen im Labor und an einer schrittweise geschädigten Spannbetonbrücke, hinsichtlich ihrer Sensibilität auf Schäden und Handhabbarkeit in der praktischen Anwendung gegenübergestellt. Comparison of Static and Dynamic Methods to Assess the State of Reinforced and Prestressed Concrete Structures Cracks in reinforced and prestressed concrete structures lead to a reduction in stiffness and therefore to an influence on the static and dynamic properties. A conventional method to assess the static characteristics are static load tests which enable to correlate measured deformations with calculated values and to draw conclusions about the loading capacity. In case of bridges, these tests can be very cost‐intensive and time‐consuming and often require a closure of the bridge. Furthermore the measured deformations have to be examined in situ, in order to abort the test if the deformations exceed critical values. As well, the dynamic properties are affected by changes in stiffness and in many cases they can be quickly determined without large effort. Within this article the results of static and dynamic tests with laboratory reinforced and prestressed concrete structures and tests on a gradually damaged prestressed concrete bridge are presented. The results are compared with regard to the sensitivity of the different methods to damage.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

Durch die ständige Erhöhung der Verkehrsbelastungen in den letzten Jahrzehnten und durch die Verwendung moderner Fahrzeugrückhaltesysteme sind ältere Brücken häufig nicht mehr in der Lage, ohne Verstärkungsmaßnahmen den Anforderungen des modernen Straßenverkehrs zu genügen. Eine bewährte Methode, die Tragfähigkeit einer Brücke zu erhöhen, besteht darin, auf das entsprechend vorbehandelte Rohtragwerk eine bewehrte Platte, welche mit dem Bestand kraftschlüssig verbunden ist, zu betonieren. Für die Bemessung sind der Eurocode und die in den europäisch technischen Dübelzulassungen (ETA) angegeben Bemessungsvorschriften (ETAG, TR, ...) anzuwenden. Der Anwender steht vor einer Fülle von breit gefächerten Wahlmöglichkeiten innerhalb dieser Vorschriften. Auf Basis der Erkenntnisse von mehreren Versuchsprogrammen gibt in Österreich die RVS 15.02.34 Anweisungen für die Fugenvorbereitung, die Rezeptur und den Einbau des Aufbetons und für die zugehörige Interpretation des Eurocodes und der Dübelbemessungsvorschriften bei der Bemessung der Schubfuge. Design and Detailling of Concrete Overlays Due to a permanent increase of traffic loads during the last decades and due to installation of modern vehicle restraint systems older bridges are often overloaded and thus have to be strengthened. Casting a concrete overlay on the existing structure is a state of the art method in order to increase the bearing capacity. The key is to prepare the interface in a way that no slip will occur between old and new concrete when forces are transferred over the interface. Mandatory for designing the concrete overlay is the Eurocode and in the European Technical Approvals (ETA) for dowels referred design guidelines (ETAG, TR, ...). However, the designer has to choose within a lot of options. On the basis of several research programs the RVS 15.02.34 gives recommendations for the preparation of the old concrete, the composition of the new concrete, casting and curing as well as choosing the associated options of the Eurocode within the structural design and detailing of the interface.     

Biegeschubversuche an Stahlbetonbalken mit nachträglich eingemörtelter Querkraftbewehrung

Im vorliegenden Beitrag wird über Querkraftversuche an insgesamt zehn Stahlbetonbalken berichtet, von denen acht mit nachträglich eingemörtelten Bewehrungsstäben verstärkt wurden. Anzahl und Abstand der geneigten Bewehrungsstäbe sowie die verwendeten Verbundmörtel wurden variiert. Während am oberen Ende der Stäbe eine Verankerung im Bauteilinneren durch Verbund erfolgte, wurden für die Verankerung an der Tragwerksunterseite eigene Ankerkörper entwickelt. Die Versuche bestätigen die Wirksamkeit der Maßnahme, die keine Änderungen der Bauteilabmessungen erfordert und von der Tragwerksunterseite her durchgeführt werden kann. Im Zuge der Untersuchungen wurden auch grundlegende phänomenologische Erkenntnisse zur Querkraftabtragung von Stahlbetonbalken gewonnen, insbesondere was die Rissverzahnung entlang des Schubrisses, den Anteil der Dübelwirkung der Längsbewehrung sowie die Mitwirkung der Biegedruckzone betrifft. Bending Shear Tests on R/C‐Beams with Post‐Installed Shear Reinforcement A research project has been started to investigate a new method of strengthening beams with insufficient shear resistance by applying post‐installed reinforcement. 10 reinforced concrete beams have been tested in shear, number and location of the inclined rebars as well as type of injection mortar have been varied. The rebars were installed in mortar‐injected boreholes and anchored with metal plates at the accessible bar end. The test results confirmed that post‐installed rebars can significantly increase the beam shear resistance provided they are situated properly and adequate injection mortars used. Above that the evaluation of the different contributions to shear resistance like truss action, dowel action and shear strength of compression chord provides new findings on the general shear failure mechanism in RC structures.     

Nachrechnen und Verstärken älterer Spannbetonbrücken

Es zeichnet sich ab, dass die Investitionen in die Verstärkung und Erneuerung des Straßenbrückenbestands in Deutschland zukünftig stark erhöht werden müssen, damit das Fernstraßennetz bestmöglich nutzbar bleibt. Erste Erfahrungen mit der Nachrechnung von Brücken zeigen, dass viele ältere Brücken sehr kurzfristig verstärkt oder erneuert werden müssen. Besonders kritische ältere Brücken, die nicht kurzfristig verstärkt oder erneuert werden können, müssen für den Schwerverkehr eingeschränkt werden, da sie nach den Regeln der Nachrechnungsrichtlinie erheblich überbeansprucht sind. Zur Verstärkung älterer Spannbetonbrücken hat sich in den letzten Jahren eine Externe Vorspannung als vorteilhafteste Verstärkungstechnik herausgestellt. Die Regeln zur Bemessung, Konstruktion und Bauausführung sind inzwischen vielfach angewendet und erprobt. Noch verbleibende Regeln für die Querkraftbemessung älterer Spannbetonbrücken im Rahmen der Nachrechnung sind in der Entwicklung und müssen den Tragwerksplanern baldmöglichst zur Verfügung gestellt werden. Checking and Strengthening older Prestressed Concrete Bridges In Germany it seems to indicate, that very high investments are necessary to strengthen or replace older road bridges in order to maintain a sustainable and effective traffic infrastructure. First experiences with a new guideline for checking older bridges are, that many older bridges have to be checked and strengthened in a short‐term. Weak structures without strengthening have to be closed for the heavy‐duty traffic, because these bridges are overloaded. The strengthening with additional external tendons is the best available technology for older prestressed concrete bridges. That is the experience of the last years. In the following paper principles of design, detailing possibilities and construction works are illustrated. Special rules for shear design of older bridges with low thrust reinforcement and additional external tendons are at the development stage.     

Tragverhalten und Dauerhaftigkeit einer schlanken Textilbetonbrücke

Auf der Schwäbischen Alb wurde eine ältere Fußgängerbrücke aus Stahlbeton durch eine neue Brücke aus Textilbeton ersetzt, die durch die Kombination von textilbewehrtem Beton und einer Vorspannung ohne Verbund eine außergewöhnliche Schlankheit erreicht. Bei einer Betondeckung von nur 1,5 cm für die Bewehrung aus technischen Textilien war ein im Vergleich zu Stahlbetonbauteilen ungewöhnlich filigraner mehrstegiger Plattenbalkenquerschnitt als Überbau ausführbar. In dem vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen zu den Werkstoffen, zum Tragverhalten und zur Dauerhaftigkeit vorgestellt. Das Tragwerk, die Bemessung und Konstruktion sowie insbesondere das Schwingungsverhalten sind Gegenstand eines separaten Beitrags in diesem Heft. Load‐Bearing Behavior and Durability of a Slender Textile Reinforced Concrete Bridge An older pedestrian bridge was replaced by a new bridge made of textile reinforced concrete (TRC) in Southern Germany. A remarkable slenderness was achieved by using a combination of TRC and an unbounded prestressing. The concrete cover of only 1,5 cm makes it possible to design an uncommonly slender Tbeam with seven webs and which is used as superstructure. The article deals with the experimental investigations of the material properties, load‐bearing behaviour and durability. The design and construction, especially the dynamic behaviour, of the bearing structure is described in a separate article in this issue.     

Nachträgliche Verstärkung gemauerter Tragwerke mit Faserverbundwerkstoffen

Gemauerte Konstruktionen lassen sich sehr effektiv mit Faserverbundwerkstoffen nachträglich verstärken. Dabei ist es sinnvoll, den Faserverbundwerkstoff direkt auf der Mauerwerksoberfläche durch das Einlegen von Fasergelegen in eine Klebstoffmatrix herzustellen. Anwendungsgebiete dieses Verfahrens sind die Umschnürung gemauerter Pfeiler, die Verstärkung von Wänden unter Scheibenbeanspruchung und die zugfeste Bewehrung biegebeanspruchter Bauteile. Die wichtigsten Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen, die an der Universität Kassel in den vergangenen Jahren durchgeführt wurden, werden vorgestellt und erläutert. Post‐strengthening of masonry structures with fibre reinforced polymers. Fiber reinforced polymeres can be used effectively for post‐strengthening of masonry structures. In this context it is reasonable to manufacture the FRP material by wet‐lay‐up directly on the surface of the masonry structure. Possible applications of the method are the confinement of columns as well as post‐strengthening of in‐plane and out‐of‐plane loaded structures. The main results of experimental research carried out at the University of Kassel during the last years will be presented.     

Betonplatten unter Stoßbelastung – Fallturmversuche

In dieser Arbeit werden Fallturmexperimente an Stahlbetonplatten vorgestellt, die an der Technischen Universität Dresden durchgeführt wurden. Es wurden dabei Fallhöhen von bis zu 9 m realisiert. Eine Motivation für diese Experimente war es, das Wissen über nachträgliche Verstärkung von Stahlbetonplatten gegen Steinschlag oder harten Fahrzeuganprall zu erweitern und Möglichkeiten einer nachträglichen Struktursicherung näher zu untersuchen. Die experimentelle Zielstellung war daher, den Einfluss von Stoßgeschwindigkeit, unterschiedlichen Verstärkungsarten und Betonfestigkeiten auf das lokale Materialverhalten und globale Tragverhalten von Platten zu untersuchen. Für zwei der insgesamt 15 Platten wurden zusätzlich zur Standardbewehrung Bügel eingebaut, um die Durchstanzfestigkeit der Platten zu erhöhen. Für einen Teil der Versuchsplatten wurden Stahl‐ bzw. Carbontextilien als nachträgliche Verstärkung verwendet. Dabei konnte festgestellt werden, dass eine derartige nachträgliche textile Verstärkung das komplette Durchschlagen des Impaktors verhindert und daher eine wirksame Schutzmaßnahme, beispielsweise für Steinschlaggalerien, darstellt. Concrete Slabs under Impact Load – Drop Tower Experiments Impact experiments on reinforced concrete slabs are presented in this work. In order to analyse the behaviour of concrete under high strain rates, an impact mass was dropped from the maximum height of 9 m onto quadratic concrete slabs with a side length of 1 m. The aim of this work was to enlarge knowledge about subsequent structure protection against rock fall or vehicle impact. With this intention, experimental studies on impact velocity, reinforcement techniques were done to determine the influence to local material behaviour and global structure behaviour. Supplemental steel stirrup reinforcement was added to two of the 15 concrete slabs to increase punching resistance. Subsequent textile reinforcement was applied on six concrete slabs using steel fabric reinforcement as well as carbon fabric reinforcement. As a main result of this study it is shown, that a subsequent textile reinforcement prevents the perforation of the slab. For this reason, textile reinforcement can, for example, be used for protection component in rock fall galleries.     

Zur plastischen Tragfähigkeit von Straßenbrücken in Verbundbauweise mit längsausgesteiften Stegen

Mit der Einführung der Eurocodes ist nunmehr auch bei Verbundbrücken eine gewisse Ausnutzung plastischer Querschnittstragfähigkeiten sowie plastischer Systemreserven bei mehrfeldrigen Tragwerken möglich. Dies erlaubt eine höhere Wirtschaftlichkeit gegenüber der bisher üblichen weitgehend elastischen Auslegung. Insbesondere bei bestehenden Brückentragwerken könnte damit bei Ansatz der aktuellen höheren Verkehrslasten nach Eurocode oder aber bei Brückenverbreiterungen mitunter eine aufwändige Tragwerksverstärkung entfallen oder zumindest reduziert werden. Während bei Brücken mit kürzerer Stützweite und damit meist kompakten Querschnitten die plastischen Tragreserven gut einschätzbar sind, wird in diesem Beitrag der Fokus auf mehrfeldrige Brücken mit größerer Stützweite gelegt, deren Querschnitte zusätzliche Längssteifen aufweisen und damit – unter Voraussetzung elastischer Spannungsverteilung – beulgefährdet sind. Zuerst wird die alleinige Querschnittstragfähigkeit betrachtet. Dies erfolgt unter Voraussetzung hoher Beanspruchungsanteile vor Verbund, wie sie infolge der üblichen Montage ohne Rüstung und Hilfsjoche vielfach vorliegt. Nachfolgend wird auf die Auswirkungen bei Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit eingegangen, welche sich in Form der Umlagerung der elastisch ermittelten Schnittkräfte bei Durchlaufträgern ergeben. Aus den Berechnungsergebnissen für ein genauer untersuchtes, bestehendes Verbundtragwerk sind gewisse Einschränkungen bei der Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit erkennbar. Weiterhin werden mitunter zusätzliche, über die elastische Schnittkraftberechnung hinausgehende Berechnungsschritte erforderlich. Die diesbezüglichen Hinweise für eine praktische Vorgehensweise werden dargestellt. Plastic load bearing capacity of composite highway bridges with stiffened webs. The introduction of the Eurocodes made plastic design criteria available also for composite bridges, leading to more economical solutions compared with the previously elastic design rules. Particularly for old bridges with higher actual traffic loads, strengthening should therefore be avoidable or at least be necessary to a minor extent. For bridges with smaller spans and compact cross sections, the plastic load bearing capacity is clearly identified. In this paper the focus is placed on longer bridges with higher, stiffened girders, susceptible to local buckling. In a first step, the cross section capacity in bending is studied as an isolated case, based on high preloads acting on the steel girder only, due to the common assembling procedure without framework. In a second step, the effects on the whole structure are studied, because utilising the plastic section capacity leads to a redistribution of internal forces. Based on the comprehensive study of an old, actual strengthened composite bridge, some limitations for plastic design are noticed. Moreover, plastic design sometimes needs additional global analysis. Details of practical recommendations are given.     

Stabilitätsnachweis für Tragpfähle von kombinierten Stahlspundwänden nach EC 3

Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse einer Kurzstudie [17] vor, in der das Stabilitätsverhalten der Tragpfähle von kombinierten Stahlspundwänden untersucht wurde. Zunächst werden die neu entwickelten Bemessungsregeln für Stabstabilität nach Eurocode 3 vorgestellt. Erste Beispielberechnungen zeigen, dass mit dessen Anwendung nicht nur der Berechnungsaufwand ansteigt, sondern auch das Bemessungsniveau konservativer wird. Wird die Stützwirkung des Bodens in Form einer Federhalterung angesetzt, ist ein großer Anstieg der rechnerischen Tragfähigkeit zu verzeichnen. Für die Spezifizierung der Federsteifigkeit des Baugrunds wurden beispielhaft Momenten‐Verdrehungsbeziehungen ermittelt. Die erforderlichen Drehfedersteifigkeiten, die notwendig sind, um das alte Bemessungsniveau zu erreichen, können von den Werten für die vorhandene Steifigkeit überschritten werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Entwicklung eines Verfahrens für die effiziente Stabilitätsbemessung der Tragpfähle von Stahlspundwänden sowohl notwendig als auch möglich ist. Stability verification of H‐Sections used in combined quay walls according EC 3. This contribution presents results of a small research project [17] analysing the stability aspects of king‐piles of combined steel sheet piles. First of all the, new design rules according to Eurocode·3 are explicated. Exemplified calculations have shown that with the use these rules not only the effort for design increases but also the verification level will be more conservative. The embedment of the surrounding soil being considered in the form of a spring support, a big rise of the bearing load is observed. For the specification of the spring stiffness derived from the soil embedment exemplified moment‐rotation relations were developed. The stiffness exceeds the required rotational stiffness necessary for reaching the old level of bearing load respectively based on the existing codes. Thus, it was possible to show, that the development of a procedure for the efficient stability design of combined steel sheet pile walls is necessary as well as feasible.