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Grundlagen zur Verstärkung von Balkonplatten von Plattenbauten mit CFK-Lamellen. Abschlußbericht

Bauforschung, Band T 2862
F.S. Rostasy, U. Neubauer
TU Braunschweig, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz -iBMB-
1999, 68 S., Abb.,Tab.,Lit.
Fraunhofer IRB Verlag

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Inhalt

Die Tragfähigkeit vieler Balkonplatten bei Großtafel-Wohngebäuden vom Typ WBS 70 ist zu erhöhen. Es sollen an der Zugzone der 6 m langen, vorgespannten Platten kohlenstofffaserverstärkte Kunststofflamellen (CFK-Lamellen) mit einem hochfesten Epoxidharzkleber am Beton befestigt werden. Nach Versuchen und Parameterstudien zum Verbundtragverhalten angeklebter Laschen ist eine Tabelle zur schnellen und sicheren Dimensionierung dieser Plattenverstärkung erarbeitet worden. Aus der Tabelle kann mit der Plattendicke, der Zahl der Spanndrähte und dem Lamellentyp die Zahl der erforderlichen Lamellen abgelesen werden. Vor Benutzung der Tabelle sind die Betondeckung sowie die Festigkeitsklasse und Oberflächenzugfestigkeit des Betons vor Ort zu ermitteln.

Inhaltsverzeichnis

1 Anlass und Ziel des Forschungsvorhabens
2 Inhaltliche Übersicht
3 Beschreibung des Bauteils
3.1 Gesamtsituation im Bauwerk
3.2 Balkonplatte
3.3 Bauteilwiderstände
3.3.1 Vorbemerkung
3.3.2 Biegung
3.3.3 Schub
3.4 Beanspruchungen im rechnerischen Bruchzustand
3.4.1 Nachweis der Spanngliedverankerung durch Verbund
4 Verstärkung mit CFK-Lamellen
4.1 Statisches Prinzip
4.2 Werkstoffe
4.3 Stand der Anwendung
5 Verbundverankerung der CFK-Lamellen
5.1 Bedeutung
5.2 Stand der Forschung
5.3 Das Modell der Verbundtragfähigkeit von Holzenkämpfer
5.4 Eigene Versuche
5.4.1 Programm und Aufbau der Versuche
5.4 3 Versagensarten
5.4.4 Verbundbruchkräfte
5.5 Zwischenfaserbruch
5.5.1 Vorbemerkungen
5.5.2 Stand der Forschung
5.5.3 Eigene Untersuchungen
5.5.3.1 Vorbemerkungen
5.5.3.2 Die ESPI - Messtechnik
5.5.3.3 Modellansatz flur den Zwischenfaserbruch am Verbundsystem Lamelle Kleber - Beton
5.5.4 Schlussfolgerungen und weiterer Forschungsbedarf
6 Lamellengrenzdehnung
6.1 Kriterium Verhinderung von Lamellenzugbruch
6.2 Kriterium Verhinderung der Lamellenentkoppelung bei hohen Dehnungen
6.2.1 Vorbemerkungen
6.2.2 Zentrische Zugversuche an Dehnkörpern
6.2.3 Entkoppelungsbeginn bei Biegebauteilen
6.2.4 Anwendung auf die Balkonplatten, Typ WBS 70
6.3 Kriterium Verhinderung des Fließens der Innenbewehrung unter Gebrauchslasten
6.4. Festlegung der Lamellengrenzdehnung
7 Eigene Plattenversuche
7.1 Biegeschubversuche an vorgespannten Balkonplatten, Typ WBS 70
7.1.1 Vorbemerkungen
7.1.2 Versuchskörper
7.1.3 Rechnerische Biegebruchmomente
7.1.4 Bauteilverhalten im Versuch
7.1.5 Lamellenzugkraft und Lamellenverankerung bei Platte P2
7.2 Biegeschubversuche an mit CFK-Lamellen verstärkten Stahlbetonplatten,
7.2.1 Stahlbetonplatten, verstärkt mit CFK-Lamellen Typ S&P
7.2.2 Stahlbetonplatten, verstärkt mit CFK-Lamellen, Typ Sika CarboDur
8 Zugkraftdeckung und Lamellenverankerung
9 Dimensionierungshilfe für die Sofortentscheidung auf der Baustelle
9.1 Anwendungsgrenzen
9.2 Erforderliche Lamellenanzahl
9.2.1 Feststellungen vor Ort
9.1.2 Wahl der Lamellenanzahl
9.3 Konstruktionsregeln, Ausführung
10 Weiterer Forschnngsbedarf
11 Zusammenfassung

Publikationslisten zum Thema:
Beton(vorgespannt), Spannbeton, Platte, Betonplatte, Großtafelbau, Instandsetzung, CFK, Lamelle, Kunststoff, Tragverhalten, Bemessung, Berechnung, Bewehrung(angeklebt), Balkon, Verstärkung, Versuch,

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Forschungsberichte

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Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von Stahlbetonbauteilen gegen klimatische und chemische Einwirkungen kann ein UHPC verwendet werden, der sich durch eine hohe Druckfestigkeit und äußerst dichte Gefügematrix auszeichnet. Die Dauerhaftigkeit lässt sich weiter steigern, wenn die Betonstahlbewehrung durch eine nicht korrodierende BFRP ersetzt wird. Ferner hat BFRP eine höhere Zugfestigkeit, so dass prinzipiell auch eine Vorspannung möglich ist. Insgesamt wurden umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen zu verschiedenen Themen und Fragestellungen im Hinblick auf den Einsatz von BFRP in Betonbauteilen aus UHPC ausgeführt. Es konnten wertvolle Ergebnisse zu den verschiedenartigsten Fragestellungen gewonnen werden.

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Verbundverankerungen von Spannstählen sowie Querkrafttragfähigkeit bei Spannbetonfertigteilen aus selbstverdichtendem Beton
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Die Verwendung von selbstverdichtendem Beton (SVB) für Spannbetonfertigteile stellt unter wirtschaftlichen, technischen und ästhetischen Gesichtspunkten eine Weiterentwicklung der Betonbauweise dar. Es war zu klären, ob die Bemessungsregeln für die Verbundfestigkeit und die Ansätze der Querkraftbemessung von Normalbeton direkt auf SVB-Bauteile anwendbar sind. Hierzu wurden theoretische Untersuchungen, 144 Ausziehversuche, 5 Spannkrafteinleitungsversuche sowie 4 Balkenversuche zur Verbundverankerung und 4 Querkraftversuche durchgeführt. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf drei Betone (Mehlkorntypen FA und LS, Kombinationstyp VMA und FA) und zwei Spannstähle (Litzen, gerippter Spanndraht). Die Versuche ergaben, dass im Allgemeinen der Verbund von SVB dem von herkömmlichem Beton entspricht. Die Verbundfestigkeit von SVB hängt vom Mischungsentwurf ab und ist bei Kalksteinmehl besser als bei SVB-Typen mit Flugasche. Abhängig vom Mischungsentwurf können die vorhandenen Bemessungsregeln zur Bestimmung der Übertragungslänge für SVB übernommen werden. Mit den aus den Spannkrafteinleitungsversuchen ermittelten Mindestabmessungen ist bei den Balkenversuchen eine unkontrollierte Sprengrissbildung im Einleitungsbereich nicht in jedem Fall ausgeschlossen. Die zu verankernde Kraft infolge der Biegebeanspruchung führte bei den gerippten Spanndrähten zu einem schlagartigen Verankerungsversagen mit Betonabplatzungen. Bei den Litzen war ein Verankerungsversagen infolge Litzeneinzugs festzustellen. Bei der Querkraftbeanspruchung konnte trotz klaffender Risse die Last weiter bis zum Einschnüren der Druckzone gesteigert werden. Mit erhöhtem Bügelbewehrungsgrad nimmt der über die Fachwerkwirkung hinausgehende Resttraganteil (Sprengwerk, Abtrag über Druckzone) ab. Die Versuche mit geringem Schubbewehrungsgrad liegen, wie bei Rüttelbeton, gegenüber dem Bemessungsansatz nach DIN 1045-1 auf der sicheren, für die hochschubbewehrten Spannbetonbauteile aus SVB jedoch auf der unsicheren Seite.

Josef Hegger, Frank Häusler
Einfluss des vertikalen Anteils der Vorspannung auf den Durchstanzwiderstand von vorgespannten Flachdecken
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Bei einer vorgespannten Flachdecke entstehen im Allgemeinen über der Stütze vertikale, nach unten gerichtete Umlenkkräfte. Werden diese direkt in die Stütze eingeleitet, erzeugen sie keine durchstanzrelevanten Querkräfte. Die Summe der vertikalen Anteile der Umlenkkräfte über der Stütze kann daher von der einwirkenden Belastung abgezogen werden. Aus baupraktischen Gründen werden jedoch nicht alle Spannglieder direkt über der Stütze angeordnet, sondern teilweise seitlich neben der Stütze verlegt. Für die Bemessung gegen Durchstanzen nach DIN 1045-1 dürfen alle Spannglieder, die innerhalb des kritischen Rundschnitts verlaufen, in Rechnung gestellt werden. Es war bisher nicht geklärt, ob die weiter entfernt liegenden Spannglieder ihre nach unten gerichteten Umlenkkräfte direkt in die Stütze einleiten können, ohne den Durchstanzbereich zu belasten. In diesem Forschungsvorhaben wurde der Einfluss des Vertikalanteils von Spanngliedern auf den Durchstanzwiderstand durch numerische Simulationen und die Auswertung von Versuchen aus der Literatur näher untersucht. Zum Einfluss des Vertikalanteils der Vorspannung auf den Durchstanzwiderstand wurden zwei Parameterstudien durchgeführt. Im ersten Teil wurde der Spanngliedverlauf in Spanngliedlängsrichtung variiert. Dabei zeigte sich, dass sich die Traglast mit zunehmendem Abstand des Wendepunktes vom Stützenrand reduziert. Die beobachtete Traglastreduktion konnte dabei jedoch nicht durch den Vertikalanteil des in Richtung der Stütze ansteigenden Spanngliedes erklärt werden, sondern ist vielmehr proportional zur aufgebrachten Plattenkrümmung am Stützenrand infolge Vorspannung. Im zweiten Teil der Parameterstudie wurden die Spannglieder seitlich neben der Stütze in unterschiedlichen Abständen angeordnet. Wie zu erwarten war, reduzierte sich in den numerischen Simulationen mit zunehmendem Abstand der Spannglieder vom Stützenrand die Durchstanztragfähigkeit der Platte. Allerdings kam es nicht zu einem sprunghaften Abfall, sondern zu einer gleichmäßigen Reduktion der Tragfähigkeit

Josef Hegger, Frank Häusler
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Fraunhofer IRB Verlag

Im Zuge dieses Forschungsvorhabens wurde der Einfluss von Hüllrohren auf den maximalen Durchstanzwiderstand vorgespannter Flachdecken experimentell untersucht. Hierzu wurden drei Durchstanzversuche auf dem Niveau der Maximaltragfähigkeit durchgeführt. Zwei Versuche waren mit einer Bügelbewehrung und ein Versuch mit Doppelkopfankern bewehrt. Die Spannglieder wurden in zwei Versuchen konzentriert im Bereich der Stützenränder und in einem Versuch gleichmäßig über die Plattenbreite verteilt verlegt. Die Spanngliedführung war parabelförmig mit einem Abstand der Wendepunkte von 1,5d vom Stützenrand. Die Versuche mit Bügeln als Durchstanzbewehrung wurden identisch zu einem Referenzversuch zur Bestimmung der maximalen Durchstanztragfähigkeit ausgeführt, um einen direkten Vergleich der Traganteile aus Vorspannung zu ermöglichen. Die Doppelkopfanker wurden sternförmig mit der gleichen Querschnittsfläche je Rundschnitt wie die Bügelbewehrung in die Platte eingebaut. Mit dem vorliegenden Bericht werden die Versuchskörper, die Materialeigenschaften der verwendeten Baustoffe, die Herstellung der Versuchsplatten, das Messprogramm und die Versuchsdurchführung detailliert beschrieben.

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Zeitschriftenartikel

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