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.     

Entwicklung eines baupraktischen Näherungsverfahrens zur Beurteilung der Zuverlässigkeit von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

Im vorliegenden Teil 2 des Beitrags wird die Entwicklung des baupraktischen Näherungsverfahrens für die Beurteilung der Zuverlässigkeit von Massivbrücken im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Wesentlicher Inhalt ist dabei die Modellierung der Modellunsicherheit Bauwerksprüfer, da die Bewertung der Mängel und Schäden an einem Brückenbauwerk durch den jeweiligen Bauwerksprüfer einen entscheidenden Einfluss auf die Zustandsbewertung hat. Zudem wird auf die Dimensionsanalyse von Grenzzustandsfunktionen näher eingegangen, da damit bei geschickter Normierung eine allgemein gültige Anwendung des Verfahrens erreicht werden kann. Die Anwendung des Verfahrens erfolgt mit einem Software‐Tool, das abschließend vorgestellt wird. In Teil 1 des Beitrags wurden die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung behandelt. Development of an Approximation Procedure for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection Part 2 of the paper shows the development of the approximation procedure for the reliability assessment of reinforced concrete bridges according to RI‐EBW‐PRÜF. An essential part of this is the development carried out by the model uncertainty bridge inspector, as the respective bridge inspector's individual assessment of the damage of a bridge has a decisive influence on the condition evaluation. Furthermore, the dimensional analyses of ultimate limit states are shown, as the general use of the developed methodology can be achieved with an ingenious standardization. The application of the procedure with the developed software tool is presented in conclusion. 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.     

Rechnerische Beurteilung der Schubtragfähigkeit einer Spannbetonbrücke mit geringem Querkraft bewehrungsgrad

Assessment of the shear strength of an existing post‐tensioned concrete bridge with a low amount of shear reinforcement – First application of the ”Flexural Shear Crack“ model in practice In recent years it was reported several times, that within a static assessment according to current standards the shear strength of post‐tensioned bridges, which were built in Austria before 1989, cannot be fulfilled any more. However, test results prove, that especially prestressed structures have additional load bearing capacities, which cannot be reproduced with current calculation models. In the framework of a pilot project a new developed shear model (Flexural Shear Crack Model) was used. In this paper the approach as well as the main results of a statical reevaluation of an existing post‐tensioned road bridge at the Tauern Autobahn A10 will be presented.     

Zur Schadensverteilung des durch Spannungsriss korrosion geschädigten vergüteten Spannstahls bei Brückenbauwerken

Die Aussagekraft der rechnerischen Untersuchung zur Abschätzung des Gefährdungspotentials infolge Spannungsrisskorrosion hängt entscheidend von den Annahmen zu Schädigungsverlauf und —verteilung des Spannstahls ab. Mit systematischer Untersuchung des aus einem Bauwerk entnommenen Spannstahls konnte festgestellt werden, dass die bisher angenommene Schadenskonzentration an einer Stelle, welche zum Ausfall des gesamten Spannglieds führt, sehr wenig wahrscheinlich ist. Viel wahrscheinlicher ist die drahtweise Schädigung mit unbegrenzter Anzahl der Risse über die gesamte Drahtlänge. Weiterhin ist keine Korrelation zwischen chemischer Zusammensetzung des Spannstahls bzw. zwischen Zusammensetzung des Verpressmörtels und der Versprödung des Spannstahls feststellbar. Weitere Untersuchungen zur Bestätigung der gewonnenen Ergebnisse sind wünschenswert. Damage distribution of hardened and tempered prestressing steel dues to stress corrosion in prestressed concrete bridges. The accuracy of the analysis to estimate the hazard potential due to the stress corrosion depends strongly on the assumption of the damage distribution and the damage progress of the prestressing steel in the constructions. Through a systematic test of the prestressing steel, which is taken from an old bridge, it is shown that the traditional assumption of a damage concentration with the breakdown of the whole tendon is less probable. Instead, the damage of single wires over its total length with unlimited number of cracks is considerably more probable. Furthermore, no correlation between the chemical compositions or mixtures of the grout and the brittleness of the prestressing steel is found. More investigations to check these results obtained in this study are preferable.     

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'.     

Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert. Assessment of Load Bearing Behaviour of Post‐Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post‐tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post‐tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.     

Beurteilung und Instandsetzung von chloridinduzierten Korrosionsschäden an Spannbetonbindern einer Filteranlage für Trinkwasser

An der Filteranlage des Wasserwerks Langenau wurden Risse und Abplatzungen im Bereich der Spannköpfe von Spannbetonbindern festgestellt. Erste Untersuchungen zeigten, dass chloridinduzierte Korrosion vorlag. Da konstruktionsbedingt insbesondere die Spannbewehrung betroffen war, wurde eine eingehende Untersuchung der Schäden veranlasst, welche das Ziel hatte, neben der Entwicklung eines geeigneten Instandsetzungskonzepts auch Aussagen zur Resttragfähigkeit der Spannglieder zu treffen. Die Untersuchungen vor Ort offenbarten neben den Korrosionsschäden an den Spannköpfen auch ausgeprägte Verpressfehler im Bereich der Festanker. Nachfolgend werden die Herangehensweise an die Problematik, die durchgeführten Untersuchungen und die dabei angewandten Untersuchungsmethoden, das entwickelte Instandsetzungskonzept (Konservierung des Ist‐Zustands) und die Schlussfolgerungen zur Resttragfähigkeit erläutert. Auf Grundlage der Ergebnisse konnte die Korrosionsursache (Chloridquelle) eindeutig bestimmt und die Standsicherheit der Halle nachgewiesen werden. Die Halle wurde zwischenzeitlich instand gesetzt und wird zukünftig auf Wunsch des Bauherrn durch regelmäßige Überwachung auf neuerliche Auffälligkeiten kontrolliert. Assessment and Repair of Chloride Induced Corrosion on the Prestressed Concrete Binder of a Filtration System for Drinking Water On the filter system of the Langenau water work, cracks and spalling were identified in the area of the clamping chucks of the prestressed concrete binder. Initial investigations showed, that chloride induced corrosion was present. Since especially the prestressed reinforcement was affected, an expert assessment of the damages was conducted, which had the objective of, along with the development of an appropriate repair plan, making statements regarding the residual strength of the tendons. In addition to the corrosion of the clamping heads, the investigations revealed a distinctive injection defect in the area of the fixed anchor. Consecutively, the approach to the problem, the conducted investigations and the investigation methods used, the developed repair concept (conservation of the actual status) and the conclusions on the remaining carrying capacity are explained. Based on the results, the cause of the corrosion (the source of the chloride) could be clearly determined and the stability of the hall could be verified. In the meantime, the hall has since been repaired and in the future will be controlled through regular monitoring of noticeable problems at the request of the client.     

Ansatz zur Beurteilung von chloridbelasteten Stahlbetonbauwerken mit Bewertung der Restlebensdauer

Die Sicherstellung eines ausreichenden Zuverlässigkeitsniveaus im Rahmen der Erhaltung von Bauwerken und insbesondere Betonbrücken, welche durch Verkehrs‐ und Umwelteinflüsse einer kontinuierlichen Verschlechterung im Laufe ihrer Lebenszeit unterliegen, ist in der Regel eine komplexe und teure Aufgabenstellung. Besonders in Regionen mit Streusalzeinsatz in der Winterzeit beeinflusst die Chloridbelastung sowohl den Entwurf als auch die Erhaltung der Bauwerke durch ihren Einfluss auf die Dauerhaftigkeit wesentlich. In diesem Beitrag wird eine Bewertungsstrategie für die durch die Chloridbelastung hervorgerufene Zustandsverschlechterung von Betonstrukturen und deren Auswirkung auf das Sicherheitsniveau sowie die verbliebene Lebenszeit an einem Fallbeispiel vorgestellt. Hierbei werden die Entnahme von Proben, deren Untersuchung, die inverse Analyse des Eindringverhaltens und infolge die Prognose der Chloridkonzentration im Bauteil, die Vorhersage der Korrosionsentwicklung über die Zeit und schließlich die Bestimmung des gegenwärtigen und zukünftigen Zuverlässigkeitsniveaus unter Beachtung der normativ festgelegten Grenzzustände für Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit behandelt. Schlussendlich werden unterschiedliche Erhaltungsstrategien in Bezug auf die zu erwartenden Lebenszykluskosten verglichen. Approach for the Assessment of Concrete Structures Subjected to Chloride Induced Deterioration The maintenance of an adequate safety level of concrete bridges under their gradual degradation due to traffic and environmental actions during service life is an expensive, problematic and questionable task. Chloride ion ingress is an important aspect of durability design and maintenance, especially in regions where winter salt application for traffic safety is common, e. g. for highways. A feasible approach for the assessment of chloride induced deterioration and its consequences on the safety level, remaining service life and thus maintenance planning will be presented by a case study. Steps include the extraction of samples, laboratory test, inverse analysis and prognosis of chloride ingress, prediction of likely corrosion propagation over time and determination of the current and future safety level with regard to code based service limit states and ultimate limit states. Finally different maintenance strategies are compared with respect to the total life cycle costs.     

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.     

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.     

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.     

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

Wird bei Stahlverbundträgern der Steg des Stahlträgers durch große Öffnungen geschwächt, übernimmt in diesem Bereich der Betongurt einen Großteil der Querkraft. Die Analyse des sich dabei einstellenden Lastabtragungsmechanismus und die Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit des Betongurts waren die Hauptthemen eines am Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion der Technischen Universität Kaiserslautern durchgeführten Forschungsprojektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde. Im folgenden Teil 1 des Aufsatzes werden die umfangreichen experimentellen und rechnerischen Untersuchungen und deren Ergebnisse dargestellt, wobei der Lastabtragungsmechanismus und die Versagensformen im Öffnungsbereich im Vordergrund stehen. Im Teil 2, der im nachfolgen Aprilheft erscheint, wird das darauf basierende Nachweiskonzept für den Betongurt vorgestellt. On the Shear‐Bearing Capacity of the Concrete Slab of Composite Beams in the Region of Large Web Openings – Part 1: Experimental und Numerical Investigations If the web of a composite beam is weakened by a large opening, the concrete slab carries most of the shear force in this region. The analysis of the load bearing mechanism and the determination of the shear‐bearing capacity were the main topics of a research project which was carried out at the Technical University of Kaiserslautern and was supported by the German Research Foundation (DFG). In the following part 1 of the report, the extensive experimental und numerical investigations as well as their results are presented. Special attention is paid to the load carrying mechanism and the failure modes. In part 2, which will follow in the April issue, the according concept for the design of the concrete slab is presented.     

Schädigung einer schlaff bewehrten Betonbrücke durch Verkehrsbelastung

Evaluation of Damage Due to Traffic on a Reinforced Concrete Bridge An investigation of the damage caused by road traffic on a reinforced concrete bridge was performed. Focus was given to damage induced by extra‐heavy vehicles. A damage model based on fatigue of reinforcement bars was employed. The stress cycles in the reinforcement bars were determined using measurements of the crack widths under traffic loading which were analysed using the rainflow method and Miner's rule. A monitoring system was mounted and used for seven weeks continuously to collect input data for the damage model. Computer software was developed to process the monitoring data in the sense of the damage model. The results indicate that a singular passage of an extraheavy vehicle over the investigated bridge causes damage equivalent to the damage caused by one day of average weekly traffic. The described method was developed and used for the first time in the described project.     

Erhöhung der Verbundtragfähigkeit von aufgeklebten CFK‐ oder Stahl‐Lamellen auf Stahlbetonkonstruktionen durch Bügelumschließungen

Bei Bauteilverstärkungen mit CFK‐Lamellen ist nach geltender Zulassung das Lamellenende durch eine äußere Umschließung durch Stahlbügel oder CF‐Gelege gegen eine Lamellenentkopplung (LEK) zu sichern. Durch die Entkopplungsbehinderung der Umschließung wird bei beginnender LEK ein passiver (selbstinduzierter) Anpressdruck aufgebaut, der eine traglaststeigernde Wirkung hat. In einem durch die DFG geförderten Forschungsvorhaben wurde die Traglaststeigerung durch unterschiedliche Umschließungsmaterialien und ‐geometrien untersucht und beschrieben sowie für die Bemessung ein Ingenieurmodell entwickelt. Anders als bei einbetonierter Bewehrung tritt bei einer Lamellenentkopplung sowohl eine Längs‐ als auch eine Querverschiebung der Lamelle auf, verursacht durch die anhaftenden Zuschlagskörner in der Klebstofffuge. Wird die abhebende Verschiebung der Lamelle durch Umschließungsbügel behindert, baut sich der passive Anpressdruck auf, was zu einer Steigerung der Lamellenzugkraft infolge der erhöhten Reibung im Riss führt. Es konnte ein direkter Zusammenhang zwischen dem Anpressdruck F_AP und der Lamellenzugkraft F_l gefunden und abgebildet werden. Increase of the Bond Capacitiy of Externally Bonded CFRPor Steel‐plates on RC‐Structures as the Result of External Enclosures Strengthening of concrete structures with externally bonded CFRP‐ or steel‐plates has become a well established strengthening method in many countries. In Germany building authority approvals demand that the end of a plate has to be provided by a glued external enclosure. Glued enclosures are primarily needed in order to increase the shear force capacity of a RC member. It is known, that a transverse enclosure of longitudinal CFRP‐plates has a positive effect on the buckling load of the latter, which is yet completely unknown. The aim of this work is to assess the increase of the buckling load caused by the enclosure. In the paper the dependency between the so‐called self‐induced contact pressure of an external enclosure with steel frames or laminated carbon fiber sheets and the longitudinal force of the CFRP‐ or steel‐plate is shown. The self‐induced contact pressure is the result of the vertical lifting of the plate towards the external enclosure due to the beginning of plate's debonding process. The test results show, that the increase of the plate‐force depends on the type and size of the external enclosure. In some tests up to twice of the ultimate load was optained. An engineering model is presented to take into consideration the effect for dimensioning.     

Tragfähigkeit von Einzelstützen nach Eurocode 2 mit besonderem Bezug auf das Verfahren mit Nennsteifigkeiten

The Bearing Capacity of Single Columns according to Eurocode 2 with Regard to the Method based on Nominal Stiffness Within the context of European harmonization the general rules and execution for concrete constructions are documented in Eurocode 2. The calculation of structures with axial loads can be made either based on approximation procedures or based on the general method of non‐linear 2nd order analysis. A set of calculations of isolated members will demonstrate the influence of the material, of the slenderness and of the eccentricity of the axial force. The results are compared with one another in a critical discussion.