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Dauerschwingfestigkeit von Spannstählen unter dynamischer Beanspruchung im eingebauten Zustand. Abschlussbericht

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde das Ermüdungsverhalten eingebauter Spannstähle theoretisch und experimentell untersucht. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen wurden den aus der Literatur vorhandenen Versuchsergebnissen sowie den entsprechenden normativen Angaben zur Ermüdungsfestigkeit (z. B. Wöhlerlinien gemäß DIN EN 1992) gegenübergestellt. Im ersten Teil erfolgte eine weitergehende Sichtung bisher durchgeführter experimenteller Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von eingebauten Spanngliedern. Neben der Darstellung der wesentlichen Erkenntnisse wurden die einzelnen Versuchsergebnisse unter Berücksichtigung unterschiedlicher Einflussfaktoren in einer Datenbank zusammengeführt und hinsichtlich der Einordnung in ein Wählerdiagramm ausgewertet. Im Anschluss wurde das Ermüdungsverhalten von Spanngliedern an vier Großmodellversuchen mit gekrümmt geführten Spanngliedern im nachträglichen Verbund unter zyklischer Biegebeanspruchung in Einstufenversuchen untersucht. Im Fokus der Untersuchungen standen der Einfluss der Betongüte und die Auswirkungen unterschiedlicher Umlenkradien im Bereich hoher Lastwechselzahlen und kleiner Schwingbreiten. Zusätzlich wurde ein Versuch an einem Spannbettbinder (Vorspannung mit sofortigem Verbund) mit gerader Spanngliedführung durchgeführt. Bei der Auswertung und Gegenüberstellung der gewonnenen Ergebnisse mit den entsprechenden normativen Regelungen konnten sowohl Erkenntnisse aus vorangegangenen Versuchen bestätigt als auch Defizite in Bezug auf die normativen Angaben aufgezeigt werden. Bei den Versuchen mit Spanngliedern im nachträglichen Verbund konnten folgende Aspekte festgestellt werden: Der Versuch im Zeitfestigkeitsbereich (bei einer Schwingbreite von ca. 150 N/qmm) zeigte eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen vorangegangener Untersuchungen. Eine Reduzierung der Spanngliedkrümmung bewirkte einen deutlichen Anstieg der Ermüdungsfestigkeit. Beim hochfesten Beton war die ertragbare Lastwechselzahl (und damit die Ermüdungsfestigkeit) im Vergleich zu normalfestem Beton leicht reduziert. Bei einem der Versuchsträger war eine deutliche Verdrehung bzw. Verdrillung einzelner Spannglieder untereinander eingeprägt, die zu punktuellen Spannungskonzentrationen an einzelnen Drähten führte. Als Fazit ist festzuhalten, dass für einen wirklichkeitsnahen (und wirtschaftlichen) Nachweis gegen Ermüdung die vorhandene Querpressung erfasst werden sollte. Des Weiteren ist der Einfluss der Betonfestigkeit hinsichtlich des Einsatzes hochfester Betone weitergehend zu untersuchen, ebenso wie der Einfluss von baupraktisch relevanten Aspekten. Bei dem Versuch an einem Spannbettbinder konnten folgende Aspekte festgestellt werden: Der Versuchsträger versagte vor Erreichen der ertragbaren Lastwechselzahl gemäß DIN EN 1992 und bei der visuellen Begutachtung der Litzen im Rissquerschnitt nach Versuchsende konnten starke Korrosionsspuren an den Litzen festgestellt werden.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Steffen Siegel
Zustandsbestimmung von externen Spanngliedern und Schrägseilen mit Frequenzanalysen
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 83
Dissertationsschrift
2018, 322 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

In der Arbeit wurde das Messsystem ResoCable, bestehend aus Hard- und Software, entwickelt, mit dem die Durchführung und Auswertung der Frequenzmessungen an externen Spanngliedern und Seilen schnell und fehlerminimiert durchführbar sind. Hierzu wurden neben Versuchen an Litzen und vollverschlossenen Seilen (VVS) zahlreiche Messungen an externen Spanngliedern und Seilen durchgeführt. Darüber hinaus wurde mittels FE-Berechnungen das Verhalten von Litzen an Umlenkstellen untersucht.

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Forschungsberichte

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Jörn Remitz, Martin Empelmann
Dauerschwingfestigkeit von Spannstählen unter dynamischer Beanspruchung im eingebauten Zustand. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3318
2015, 65 S., 29 Abb. u. 7 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde das Ermüdungsverhalten eingebauter Spannstähle theoretisch und experimentell untersucht. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen wurden den aus der Literatur vorhandenen Versuchsergebnissen sowie den entsprechenden normativen Angaben zur Ermüdungsfestigkeit (z. B. Wöhlerlinien gemäß DIN EN 1992) gegenübergestellt. Im ersten Teil erfolgte eine weitergehende Sichtung bisher durchgeführter experimenteller Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von eingebauten Spanngliedern. Neben der Darstellung der wesentlichen Erkenntnisse wurden die einzelnen Versuchsergebnisse unter Berücksichtigung unterschiedlicher Einflussfaktoren in einer Datenbank zusammengeführt und hinsichtlich der Einordnung in ein Wählerdiagramm ausgewertet. Im Anschluss wurde das Ermüdungsverhalten von Spanngliedern an vier Großmodellversuchen mit gekrümmt geführten Spanngliedern im nachträglichen Verbund unter zyklischer Biegebeanspruchung in Einstufenversuchen untersucht. Im Fokus der Untersuchungen standen der Einfluss der Betongüte und die Auswirkungen unterschiedlicher Umlenkradien im Bereich hoher Lastwechselzahlen und kleiner Schwingbreiten. Zusätzlich wurde ein Versuch an einem Spannbettbinder (Vorspannung mit sofortigem Verbund) mit gerader Spanngliedführung durchgeführt. Bei der Auswertung und Gegenüberstellung der gewonnenen Ergebnisse mit den entsprechenden normativen Regelungen konnten sowohl Erkenntnisse aus vorangegangenen Versuchen bestätigt als auch Defizite in Bezug auf die normativen Angaben aufgezeigt werden. Bei den Versuchen mit Spanngliedern im nachträglichen Verbund konnten folgende Aspekte festgestellt werden: Der Versuch im Zeitfestigkeitsbereich (bei einer Schwingbreite von ca. 150 N/qmm) zeigte eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen vorangegangener Untersuchungen. Eine Reduzierung der Spanngliedkrümmung bewirkte einen deutlichen Anstieg der Ermüdungsfestigkeit. Beim hochfesten Beton war die ertragbare Lastwechselzahl (und damit die Ermüdungsfestigkeit) im Vergleich zu

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Jürgen Mietz, Joachim Fischer
Ringversuch zur Prüfung der Spannungsrisskorrosion an Spannstählen
Bauforschung, Band T 3306
2014, 29 S., 18 Abb. u. 8 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für Spannstähle muss im Rahmen der Überwachung unter anderem auch die Beständigkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion nach DIN EN ISO 15630-3 (August 2002) nachgewiesen werden. Bei dieser Prüfung besteht die Möglichkeit die Stähle entweder in einer konzentrierten Ammoniumthiocyanatlösung (Lösung A) oder in einer verdünnten Lösung (Lösung B), die eher die Verhältnisse in der Baupraxis wiedergibt, zu untersuchen. In den vergangenen Jahren gab es an Spannstäben der Festigkeitsklasse St 950/1050 immer wieder Probleme mit dem Erreichen der erforderlichen Standzeiten in der konzentrierten Lösung. Das betraf sowohl Eigenversuche des Herstellers als auch Prüfungen des Fremdüberwachers. Im Rahmen eines Ringversuches sollte geklärt werden, inwieweit Unsicherheiten hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse von Spannungsrisskorrosionsprüfungen bestehen. Bestandteile des Vorhabens waren außerdem die kritische Bewertung der Prüfanweisungen und Prüfeinrichtungen sowie die vor-Ort-Inspektion der Prüfstände. Der Ringversuch erlaubte damit eventuell vorhandene versuchstechnische Probleme zu identifizieren und ggf. zu beheben. An dem Ringversuch beteiligten sich drei Prüfstellen. Das Probenmaterial stammte aus ein und demselben Stab (St 950/1050). Die im Rahmen des Ringversuches festgestellten starken Streuungen haben gezeigt, dass die Zuverlässigkeit dieser Prüfung erheblich in Frage zu stellen ist. Die Ergebnisse eines ADZB-Ringversuches vor einigen Jahren zeigten ebenfalls erhebliche Streuungen. Offensichtlich gibt es doch selbst an ein und demselben Walzstab geringfügige Unterschiede, die unter Umständen zur Risseinleitung führen können. Die durchgeführten Oberflächenuntersuchungen haben gezeigt, dass an den Proben im Anlieferungszustand zum Teil zahlreiche Mikrospalte vorliegen, die die unterschiedlichen Standzeiten erklären könnten. Um zuverlässigere Aussagen aus den Spannungsrisskorrosionsprüfungen zu erhalten, sollten weiterführende Untersuchungen durchgeführt werden. Verbesserungen hinsichtlich einer

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Martin Empelmann, Christoph Sender
Dauerschwingfestigkeit von Spannstählen unter dynamischer Beanspruchung im eingebauten Zustand. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3245
2010, 85 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Forschungsbericht gibt den derzeitigen Sachstand zur Thematik an, wobei auch Spannglieder im sofortigen Verbund betrachtet werden. Die externe Vorspannung oder Spannglieder ohne Verbund wurden in den durchgeführten Untersuchungen nicht berücksichtigt. Ebenso erfolgte keine Untersuchung von Ermüdungserscheinungen von Koppel- oder Ankerstellen sowie der Verankerungsbereiche bei Vorspannung mit sofortigem Verbund. In einer Datenbank wurden die Versuchsparameter in tabellarischer Form zusammengestellt. Außerdem wurde eine Bewertung der vorliegenden Versuchsergebnisse hinsichtlich ihrer Aussagefähigkeit (Verwertbarkeit) und der Einordnung in den Anwendungsbereich der nationalen Normung (DIN 1045-1) vorgenommen. Zusammenfassend zeigt sich, dass der Bereich der nachträglichen Vorspannung insgesamt umfangreich experimentell untersucht wurde, wobei durchaus noch Kenntnislücken im Hinblick auf hohe Vorspannwerte, hohe Betonfestigkeitsklassen, Schwingbreiten, hohe Lastspielzahlen und Untersuchungen im Zeitfestigkeitsbereich bestehen. Zur Vorspannung mit sofortigem Verbund mit geraden Spanngliedern liegen nur sehr wenige Versuche vor, die nur einzelne Schwingbreitenbereiche abdecken. Quantifizierbare Untersuchungen zu umgelenkten Spanngliedern mit sofortigem Verbund konnten im Rahmen dieses Vorhabens im europäischen Raum nicht gefunden werden. Die vorliegenden internationalen Untersuchungen zu umgelenkten Spanngliedern weisen auf eine erhebliche Reduzierung der Dauerschwingfestigkeit hin. Des Weiteren muss beachtet werden, dass ein Großteil der vorliegenden Untersuchungen mit sofortigem Verbund unter Beanspruchungsbedingungen durchgeführt wurden, bei denen das Dekompressionsniveau während der Versuche durchfahren wurde oder mehrere Belastungsstufen bzw. Schwingbreiten nacheinander auf einen Prüfkörper aufgebracht wurden. Die verwertbaren Versuchsergebnisse wurden den derzeitigen Normen gegenübergestellt und lassen insgesamt den Schluss zu, dass die Dauerschwingfestigkeit von Spanngliedern mit nachträglichem Verbund - un

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Jürgen Mietz, Annette Burkert, Andreas Burkert, Bernhard Jonas, Gerd Eich, Joachim Baszynski
Korrosionsschutzwirkung von Korrosionsschutzmassen für Spannglieder ohne Verbund. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3071
2005, 48 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur Bestimmung der Korrosionsschutzwirkung von Korrosionsschutzmassen (Wachse bzw. Fette) in Verbindung mit Spanngliedern ohne Verbund gibt es z.Zt. keine speziellen Prüfmethoden. Um die Wirksamkeit dieser Massen für den vorgesehenen Einsatz zu verifizieren, wird bisher auf Prüfverfahren aus anderen Anwendungsbereichen zurückgegriffen. Der Einsatz im Spannstahlbereich basiert deshalb überwiegend auf vorliegenden Erfahrungswerten. Dies ist insbesondere für die Zulassung neuer Schutzmassen ein erheblicher Nachteil und behindert neue Produktentwicklungen. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Sperrwirkung von vier handelsüblichen Korrosionsschutzmassen gegenüber Wasser, ihre Unterwanderungsneigung sowie ihre zusätzliche Korrosionsschutzwirkung zu untersuchen. Für die Prüfungen wurden Schutzmassen mit unterschiedlichen Schichtdicken auf Spannstähle appliziert. Die Versuchsbedingungen wurden kritischen Belastungsfällen (Kondenswasserbeaufschlagung, künstliche Bodenlösung, direkter Bodenkontakt) angepasst.

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Robert Krumbach, Andreas Heyn
Nachweis der Spannungsrißkorrosionsempfindlichkeit von Spannbetonstählen mit Hilfe des elektrochemischen Rauschens (ECR)
Bauforschung, Band T 2837
1998, 31 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Ursachen für die Anfälligkeit von Spannstählen gegenüber Spannungsrißkorrosion sowie die auftretenden Versagensmechanismen konnten von der Forschung in vielen Fällen weitestgehend geklärt werden. Im Gegensatz dazu existiert bisher keine exakte Methode, die Empfindlichkeit der Spannstähle eindeutig nachzuweisen bzw. die Spannstähle bezüglich ihrer Anfälligkeit deutlich voneinander abzugrenzen. Dies führt in der Baupraxis zu zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen, beispielsweise zur Robustheitsbewehrung. Wirtschaftliche Nachteile sind die Folge. Mit der Methode des elektrochemischen Rauschens können kleinste Änderungen im Korrosionsverhalten der Spannstähle detektiert und nachgewiesen werden. Anhand der Forschungsergebnisse läßt sich sagen, daß diese Prüfmethode zur Untersuchung der Spannungsrißkorrosion von Spannstählen geeignet ist und bei der Stahlentwicklung, Produktionskontrolle und Spannstahlprüfung genutzt werden kann. Vor allem bei der Entwicklung bzw. Beurteilung hochfester Spannstähle mit Zugfestigkeiten größer 2000 N/qmm bezüglich kritischer Spannungen ist diese Methode äußerst nützlich.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Maurer, Reinhard; Stakalies, Eva
Versuche und Bemessungsvorschlag zur Anrechenbarkeit von Spanngliedern auf die Torsionslängsbewehrung
Bauingenieur, 2020

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Empelmann, Martin; Remitz, Jörn
Behavior of prestressed concrete girders. New findings on the fatigue behavior of precast elements
BFT International, 2019

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Hoffmann, David; Freudenstein, Stephan; Sánchez Pérez, Marian
Parameterstudie an Spannbetonschwellen des Typs B70. Untersuchung des Einflusses des Spannstahldurchmessers sowie des Auslastungsgrades des Spannstahls auf die Tragfähigkeit
EI Der Eisenbahningenieur, 2019

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Schacht, Gregor; Käding, Max; Bolle, Guido; Marx, Steffen
Konzepte für die Bewertung von Brücken mit Spannungsrisskorrosionsgefahr
Beton- und Stahlbetonbau, 2019

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Sodeikat, Christian; Groschup, Robin; Knab, Franz; Obermeier, Philipp
Acoustic Emission in der Bauwerksüberwachung zur Feststellung von Spannstahlbrüchen
Beton- und Stahlbetonbau, 2019

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