Durch Zugabe unterschiedlicher Faserwerkstoffe kann das Bruch- und Verformungsverhalten hochfester Betone und Mörtel entscheidend verbessert werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einsatz von duktilem Hochleistungsbeton bei der Verstärkung bestehender Betonbauteile untersucht.
Es sind detaillierte Berechnungen geführt worden, die den Einfluss der Betondruckfestigkeit auf mögliche Tragfähigkeitssteigerungen von Biegebauteilen bewerten.
Dabei fanden u. a. der Grad der Vorbelastung und der vorhandene Bewehrungsgehalt Berücksichtigung.
Überlegungen und Vorberechnungen lehnen sich an den Sachstandsbericht zur Verstärkung von Betonbauteilen (DafStb Heft 467) an.
Ein weiteres Kapitel befasst sich mit der Ertüchtigung der Biegezugzone durch den Einbau von Kohlefaserlamellen. Es konnte festgestellt werden, dass die Kombination von applizierten CFK-Lamellen und Hochleistungsbeton in der Druckzone enorme Tragfähigkeitssteigerungen zulässt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Beurteilung des Istzustandes
2.1 Erfassung und Bestandsaufnahme von vorhandener Bausubstanz
2.1.1 Das Prinzip der Teilsicherheitsfaktoren
2.2 Verfahren zu Beurteilung des Istzustandes
2.2.1 Bewehrungsermittlung
2.2.2 Bestimmung der Betongüte
3 Arten der Verstärkung von Betonbauteilen
3.1 Grundlegende Aussagen zu Verstärkungen
3.2 Die Verstärkung der Biegedruckzone durch Ortbeton
3.2.1 Wirkungsweise eines durch eine Ortbetonschicht verstärkten Bauteils
3.2.2 Überblick über den derzeitigen Stand der Forschung
3.2.2.1 György Iványi: Anwendung hartkornverzahnter Epoxidbeläge für nachträgliche Querschnittsergänzungen von Biegetragwerken im Schubbereich 1 [8]
3.2.2.2 Eberhard Michaelis: Experimentelle Untersuchung zur Festigkeit der Verbundfuge Alt-Neubeton bei nachträglicher Verstärkung von biegebeanspruchten Stahlbetonquerschnitten [11]
3.2.3 Bemessung einfacher Stahlbetonrechteckquerschnitte auf Biegung – Ermittlung des Bruchmomentes
3.2.3.1 Vorgehensweise bei den in dieser Arbeit durchgeführten Berechnungen
3.2.4 Bemessung von mit einer Aufbetonschicht verstärkten Stahlbetonrechteckquerschnitten als monolithischen Querschnitt
3.2.5 Aufstellung des Berechnungsmodells der Tragfähigkeit bei Berücksichtigung der Vordehnung eines nachträglich verstärkten Querschnittes
3.2.6 Inkrementelle – Iterative Pfadverfolgungsalgorithmen
3.2.7 Berechnungen zur Einschätzung der Tragfähigkeitserhöhung einer Druckzonenverstärkung
3.2.7.1 Einfluss der Betongüte auf den Neubeton
3.2.7.2 Einfluss der Vorbelastung auf den Verstärkungseffekt
3.2.7.3 Einfluss der Höhe der Aufbetonschicht auf den Verstärkungseffekt
3.2.7.4 Einfluss einer größeren zulässigen Stahldehnung auf den Verstärkungseffekt
3.2.8 Verfahren zum Nachweis und zur Bemessung von abschnittsweise hergestellten Querschnitten nach Johannsen [16]
3.2.8.1 Hinweise aus [16] zum Gebrauchszustand nachträglich ergänzter Querschnitte
3.2.9 Teilzusammenfassung zur Druckzonenverstärkung
3.3 Die Verstärkung der Zugzone mit CFK-Lamellen
3.3.1 Herstellung und Eigenschaften von CFK-Lamellen
3.3.2 Anwendung, Einbau und bisherige Anwendungen
3.3.3 Berechnung und Konstruktive Regeln CFK-Lamellen-verstärkter Stahlbetonquerschnitte
3.3.4 Berechnungen zu CFK-Lamellen verstärkten Querschnitten
3.3.4.1 Einfluss der Vorbelastung auf das Bruchmoment
3.3.4.2 Einfluss einer Erhöhung der zulässigen Stahldehnung zulεs
3.3.4.3 Einfluss der Lamellenfläche Al auf das Bruchmoment
3.3.4.4 Einfluss des Bewehrungsanteils bei gleichbleibendem Lamellenquerschnitt
3.3.4.5 Einfluss des Bewehrungsanteils bei gleichbleibender Aufbetonhöhe
3.3.4.6 Einfluss des Bewehrungsgehaltes ρsl bei Kombination von Aufbeton und CFK-Lamellen
3.3.5 Teilzusammenfassung zur Zugzonenverstärkung
4 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung und Berechnung des Nutzens hochfester Betone zur nachträglichen Verstärkung von biegebeanspruchten Betonbauteilen. Die Arbeit analysiert dabei insbesondere den Einfluss veränderlicher Grenzdehnungen und Vorbelastungen auf die Tragfähigkeit und erforscht Kombinationen aus Druckzonenergänzungen und Zugzonenverstärkungen mittels kohlenstofffaserverstärkter Kunststofflamellen (CFK-Lamellen).
- Beurteilung des Istzustandes bestehender Stahlbetonbauteile und deren Tragfähigkeitsermittlung.
- Analyse von Verstärkungsmethoden durch Ortbetonergänzungen in der Biegedruckzone.
- Einsatz und Berechnung von CFK-Lamellen zur Ertüchtigung der Zugzone.
- Entwicklung und Anwendung von Berechnungsmodellen zur Tragfähigkeitserhöhung.
- Untersuchung von Einflussparametern wie Betongüte, Bewehrungsgehalt und Vorbelastung.
Auszug aus dem Buch
Die Verstärkung der Biegedruckzone durch Ortbeton
Bei einem schon vorhandenen Bauteil wird nach Abbau der Aufbauten, wie z. B. dem Fußbodenaufbau und nichttragenden Wänden, eine neue Betonschicht aus Ortbeton aufgebracht. Das Verhalten des bereits vorhandenen Bauteils kann wie folgt beschrieben werden. Es werden alle Verkehrs- und Ausbaulasten entfernt, das Bauteil wird entlastet. Nach Behandlung der Bauteiloberseite, auf welche man im Laufe dieses Abschnittes noch eingeht, wird eine neue Ortbetonschicht mit einer bestimmten Dicke und Betonfestigkeit aufgebracht. Das alte Bauteil wird wieder stärker durch den hydrostatischen Druck der noch nicht erhärteten Betonschicht belastet. Erst nach Erhärten der neuen Aufbetonschicht kann sich diese bei Aufbringen neuer Lasten am Lastabtrag beteiligen.
Bei durch Druckzonenergänzungen verstärkten Bauteilen treten bauphysikalische Vorteile auf, die bei anderen Verstärkungsarten nicht entstehen. So kommt es durch die größere Dicke zu einer Erhöhung der Biegesteifigkeit. Das System ist nicht so schwingungsanfällig, das Schalldämmmaß wird erhöht, der Wärmedurchgangswiderstand vergrößert sich.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung erläutert die Motivation für den Einsatz von Hochleistungsbeton in der Verstärkungspraxis und steckt den Rahmen der Forschungsarbeit ab.
2 Beurteilung des Istzustandes: Hier werden methodische Grundlagen zur Bestandsaufnahme vorhandener Betonbauteile und zur Ermittlung der statisch relevanten Materialeigenschaften dargelegt.
3 Arten der Verstärkung von Betonbauteilen: Dieses umfangreiche Hauptkapitel analysiert theoretische Ansätze und praktische Berechnungsmethoden für verschiedene Verstärkungsarten, darunter Druckzonenergänzungen und die Verwendung von CFK-Lamellen.
4 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die gewonnenen Erkenntnisse zur Effektivität der untersuchten Verstärkungsmethoden zusammen und gibt einen Ausblick auf deren Anwendung im Bauwesen.
Schlüsselwörter
Stahlbetonbau, Verstärkung, Hochleistungsbeton, Druckzonenergänzung, CFK-Lamellen, Biegetragfähigkeit, Vorbelastung, Grenzdehnung, Tragfähigkeitserhöhung, Sanierung, Verbundfuge, Statische Berechnung, Bauteilverstärkung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der nachträglichen Verstärkung von bestehenden Stahlbetonbauteilen, um deren Tragfähigkeit zu erhöhen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind der Einsatz von Hochleistungsbeton zur Druckzonenergänzung und der Einsatz von CFK-Lamellen zur Ertüchtigung der Zugzone von Betonbauteilen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist es, den Nutzen hochfester Betone und neuartiger Verbundtechnologien bei der Verstärkung biegebeanspruchter Bauteile wie Decken und Balken wissenschaftlich zu evaluieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf umfangreichen statischen Berechnungen und einer iterativen Pfadverfolgung zur Bestimmung der Biegetragfähigkeit unter Berücksichtigung nichtlinearer Materialeigenschaften.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die theoretischen Grundlagen, die Vorgehensweise zur Bestimmung der Tragfähigkeit, die Simulation verschiedener Verstärkungsparameter und die Untersuchung von Verbundfugen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den Schlüsselwörtern gehören Stahlbetonbau, Verstärkung, Hochleistungsbeton, Druckzonenergänzung, CFK-Lamellen und Tragfähigkeitserhöhung.
Wie beeinflusst die Vorbelastung das Ergebnis der Verstärkung?
Die Vorbelastung hat einen signifikanten Einfluss; Berechnungen zeigen, dass bei einer Vorbelastung bis zu etwa 85% des ursprünglichen Bruchmoments eine effektive Verstärkung möglich bleibt.
Warum ist die Verbundfuge bei Druckzonenergänzungen so kritisch?
Die Verbundfuge ist kritisch, weil sie den schubfesten Verbund zwischen Alt- und Neubeton sicherstellen muss, ohne den die Tragfähigkeitserhöhung nur äußerst gering ausfallen würde.
- Quote paper
- Torsten Römer (Author), 2000, Verstärkung von Betonbauteilen durch duktile Hochleistungswerkstoffe, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/3312
