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Handbuch der Befestigungstechnik

B 2.3 Bewehrungsanschluss für Aufbeton

2

1. Bewehrungsanschluss für Aufbeton

1.1 AnwendungsbereichWenn auf ein bestehendes Betonbauteil eine neue Be-tonschicht aufgebracht wird, um das Tragwerk zu ver-stärken oder instandzusetzen, spricht man von einemBeton-Verbundtragwerk.Bei der Herstellung des Verbundes wird die Oberflächedes bestehenden Betonsbauteils mit geeigneten Ver-fahren vorbereitet und vor dem Betonieren des Aufbe-tons vorgenässt. Das Schwinden der neuen Beton-schicht kann mit Hilfe von abgestimmten Betonrezep-turen reduziert werden.

Zwängungen infolge differenziellem Schwinden und al-lenfalls auch differenziellem Temperaturgradienten las-sen sich jedoch nicht vermeiden. An den Rändern derAufbetonschicht entstehen infolge der Zwängungenörtlich konzentrierte Zugkräfte vertikal zur Verbundfuge(Abschälkräfte). Auch bei sorgfältiger Arbeit kann esdeshalb geschehen, dass die Verbundfuge oft erstnach Jahren reisst. Die auftretenden Zugkräfte müssendann von einer durch die Fuge führenden Bewehrungaufgenommen werden. Typische Anwendungsbeispie-le sind in Bild 1 und Bild 2 schematisch dargestellt.

1.2 Vorteile des Verfahrens➥ Einfache und zuverlässige Anwendung➥ Tragwerk wirkt monolithisch➥ Schubkräfte werden auch bei gerissener Verbundfuge sicher übertragen➥ Umfassender Anwendungsbereich➥ Für verschiedene Oberflächenrauhigkeiten anwendbar➥ Geringe Verankerungstiefen

Instandsetzen einer Brückenfahrbahnplatte

• Entfernen der beschädigten Betonschicht durch hd-wasserstrahlen

• Verankern der zusätzlichen Bewehrung mit HIT-HY 150.

• Setzen der Schubanker mit HIT-HY 150 • Betonieren der neuen Betonschicht

✔ Monolithisches Tragverhalten✔ Sichere Schubübertragung✔ Steifer Verbund✔ Kurze Verankerungstiefe

2

bestehenderBeton

neuer Beton

Bild 1: Verstärkung eines Brückenträgers

Fall A:neuer Betonüberbau

Fall B:neuer Beton mit zusätzlicher Biegebewehrung

Bild 2: Verstärkung einer Hochbaudecke


Bewehrungsanschluss für Aufbeton B 2.3

3

Verstärken einer Decke im Industriebau• Entfernen des Belages und allfälliger losen

Aufbauten.• Aufrauhen der Oberfläche durch kugelstrahlen.• Setzen der Schubanker mit HIT-HY 150 nach den

Angaben des Ingenieurs.• Allenfalls prüfen der Betonoberfläche (Rauhigkeit,

Abreissfestigkeit) und der Verbundanker (Auszug).• Bewehren und Betonieren der neuen Betonschicht.

✔ Monolithisches Tragverhalten✔ Sichere Schubübertragung, Kontrollmöglichkeiten✔ Genügend steifer Verbund✔ Kurze Verankerungstiefe

Verstärken eines Fundamentes im Industriebau• Freilegen des Fundamentes.• Setzen der Schubanker mit HIT-HY 150 nach den

Angaben des Ingenieurs (glatte Oberflächen).• Bewehren und Betonieren der neuen Betonschicht.

✔ Wenig Aufwand✔ Monolithisches Tragverhalten✔ Kurze Verankerungstiefe (6 ø)✔ Sichere Schubübertragung✔ Relativ weicher Verbund

Reparatur und Verstärkung eines Pfeilers• Aufrauhen der Betonoberfläche.• Setzen der Schubanker mit HIT-HY 150 nach den

Angaben des Ingenieurs.• Bewehren und Betonieren der neuen Ummantelung.

✔ Monolithisches Tragverhalten✔ Sichere Schubübertragung✔ Steifer Verbund✔ Kurze Verankerungstiefe

Reparatur und Verstärkung mit Spritzbeton• Aufrauhen der Betonoberfläche.• Setzen der Schubanker mit HIT-HY 150• Bewehren und Spritzen des neuen Betons

✔ Monolithisches Tragverhalten✔ Sichere Schubübertragung✔ Steifer Verbund

Schnitt

Schubanker

Grundriss

Träger

Tunnel

Zusatz-bewehrung

Schub-anker

Netz

2. Bemessung der Verbundfuge2.1 GeltungsbereichTragwerke aus Stahlbeton oder Spannbeton mit einer statisch mitwirkenden Aufbetonschicht von min-destens 40 mm ([2], Abschnitt 2.5.3.5.8 (109)), resp. mindestens 60 mm im Brückenbau, dürfen wie mo-nolithische Bauteile bemessen werden, wenn die in der Fuge zwischen neuem und altem Beton auftre-tenden Verbund-Schubkräfte gemäss nachfolgenden Regeln aufgenommen werden.

2.2 Nachweis der Tragfähigkeit in der Verbundfuge2.2.1 Grundsatz und ModellbildungDie Beanspruchungen in der Fuge zwischen neuem und altem Beton werden aus der globalen Kraftein-wirkung auf das gesamte Bauteil abgeleitet.Für die Bemessung der Verbundfuge ist in der Regel von einer gerissenen Fuge auszugehen.Die Verbundanker in der Verbundfuge müssen so angeordnet werden, dass die Verbundschubkraft zwi-schen neuem und altem Beton im Grenzzustand der Tragfähigkeit übertragen wird.

In den Verbundankern wird, je nach Rauhigkeit derVerbundfuge, durch das Öffnen des Risses eineZugkraft und ein Biegemoment aktiviert. Bei aufge-rauhten Fugen kann ein Teil der Verbundschubkraftauch durch Verzahnung und Kohäsion übertragenwerden.



4

VRd >_ VSd

VRd = �Rdj · bj · Ij

2.2.2 Bemessungswert der übertragbaren Verbundschubkraft VRd

(1)

mit

(2)

VRd Bemessungswert der aufnehmbaren VerbundschubkraftVSd Bemessungswert der einwirkenden Verbundschubkraft gemäss Abschnitt 3.3�Rdj übertragbare Verbund-Schubspannung im betrachteten Bereich gemäss Formel (3), bzw.

Diagrammen 1 bis 3bj massgebende Breite der Verbundfuge im betrachteten Bereichlj betrachtete Länge der Verbundfuge



5

�Rdj = kT • �Rd + � · (� • � • fyd + �n) + � • � • �fyd • fcd _< � • • fcdKohäsion Reibung Dübelwirkung Betondruckstrebe

Bearbeitung des Untergrundes mittlere Rauhtiefe Beiwerte �Rt mm� kT � � � fck_>20 fck_>35

hd-wasserstrahlen, schrämmen > 3.0 2.3 0.5 0.9 0.4 0.8*) 1.0*)sandstrahlen, nadeln > 0.5 0 0.5 1.1 0.3 0.7glatt: Holz-, Stahlschalung, ungeschalt – 0 0 1.5 0.2 0.5

Betonfestigkeitsklasse C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60

fck N/mm2� 20 25 30 35 40 45 50

fcd N/mm2� 13.3 16.7 20.0 23.3 26.7 30.0 33.3

0.60 0.58 0.55 0.53 0.50 0.50 0.50

�Rd N/mm2� 0.24 0.26 0.28 0.30 0.31 0.32 0.33

Tabelle 1: Parameter zu Formel (3) *) Zwischenwerte dürfen linear interpoliert werden

Tabelle 2: �Rd und � (entsprechend 1]; Tabelle 4.8)

2.2.3 Bemessungswert der übertragbaren Verbund-Schubspannung �Rdj

Der Bemessungswert der übertragbaren Verbund-Schubspannung �Rdj berechnet sich gemäss Formel(3) [8]. Dabei ist ein oberer Grenzwert durch die übertragbare Druckkraft in der Betonstrebe gegeben:

(3)

wobei:�Rd Grundwert der Bemessungsschubfestigkeit gemäss [1] Abschnitt 4.3.2.3

(kleinerer Wert von Neu- oder Altbeton) siehe auch Tabelle 2kT Kohäsionsfaktor gemäss Tabelle 1� Reibungsbeiwert gemäss Tabelle 1� Beiwert für den Zugkraftanteil im Verbundanker gemäss Tabelle 1� Beiwert für die Dübelwirkung gemäss Tabelle 1� Beiwert gemäss Tabelle 1 Beiwert gemäss [1] Formel (4.20), siehe auch Tabelle 2� = As / bj lj Bewehrungsgehalt der Verbundanker im betrachteten Bereich�n _< 0,6 fcd auf die Fuge wirkende, mit Sicherheit vorhandene Normalspannung (Druck positiv)fyd Bemessungswert der Streckgrenze der Verbundankerfcd Bemessungswert der Zylinderdruckfestigkeit des Betons (kleinerer Wert von Neu-

oder AltbetonRt mittlere Rauhtiefe nach dem Sandflächenverfahren [7,8]



6

Diagramm 1: für hd-wassergestrahlte oder geschrämte Oberflächen(mittlere Rauhtiefe Rt > 3 mm, d.h. Berghöhe > ca. 6 mm)

CC5500//6600CC4455//5555CC4400//5500CC3355//4455CC3300//3377CC2255//3300CC2200//2255

CC5500//6600CC4455//5555CC4400//5500CC3355//4455CC3300//3377CC2255//3300CC2200//2255

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

Bewehrungsgehalt � %� Betonstahl fyk = 500 N/mm2

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

0.34

0.36

0.38

0.40


6.8

6.5

6.2

5.9

5.6

5.3

5.0

4.7

4.4

4.1

3.8

3.5

3.2

2.9

2.6

2.3

2.0

1.7

1.4

2.1

2.0

1.9

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

1.2

1.1

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

� Rd

jN

/mm

2 �� R

djN

/mm

2 �



7

Diagramm 2: für sandgestrahlte Oberflächen(mittlere Rauhtiefe > 0.5 mm, d.h. Berghöhe > ca. 1.0 mm)

CC5500//6600CC4455//5555CC4400//5500CC3355//4455CC3300//3377CC2255//3300CC2200//2255

CC5500//6600CC4455//5555CC4400//5500CC3355//4455CC3300//3377CC2255//3300CC2200//2255

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8


0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

0.34

0.36

0.38

0.40


5.0

4.8

4.6

4.4

4.2

4.0

3.8

3.6

3.4

3.2

3.0

2.8

2.6

2.4

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

1.151.101.051.000.950.900.850.800.750.700.650.600.550.500.450.400.350.300.250.20

� Rd

jN

/mm

2 �� R

djN

/mm

2 �



8

Diagramm 3: für glatte Oberflächen(Holzschalung, Stahlschalung, ungeschalt)

CC5500//6600CC4455//5555CC4400//5500CC3355//4455CC3300//3377CC2255//3300CC2200//2255

CC5500//6600CC4455//5555CC4400//5500CC3355//4455CC3300//3377CC2255//3300CC2200//2255

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8


0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

0.34

0.36

0.38

0.40


3.4

3.2

3.0

2.8

2.6

2.4

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

0.50

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

� Rd

jN

/mm

2 �� R

djN

/mm

2 �



9

2.3 Bemessungswert VSd der Längsschubkraft in der VerbundfugeNormalerweise wird VSd aus dem Biegewiderstand des Querschnittes ermittelt. (Das bedeutet volle Ver-dübelung, Schubversagen soll nicht massgebend sein).

2.3.1 Verstärkung der Druckzone:

(4)

0,8 Völligkeitsbeiwert� = 0,85 Beiwert zur Berücksichtigung von Langzeit-

wirkungen

für: x > tneu als Näherung:

(5)

2.3.2 Verstärkung der Zugzone:

(6)

Bei gestaffelter Bewehrung: Abstufung beachten.

2.3.3 Zu übertragende Verbundschubkraft an den RändernAn den Rändern der Neubetonschicht ist zumindest die Risszugkraft Fcr der Neubetonschicht zu übertra-gen, wobei der Einleitung des Momentes aus der Risszugkraft besondere Beachtung zu schenken ist:

(7)

Fcr Risszugkraft entsprechend 1�; Abschnitt 4.4.2.2k = 0,8 für tneu _< 30 cm Beiwert zur Berücksichtigung von nichtlinear verteilten Eigenspannungenfct,eff wirksame Zugfestigkeit des Neubetons zum Zeitpunkt der Erstrissbildung

(für allgemeine Fälle: fct,eff = 3 N/mm2)

Ohne näheren Nachweis dürfen folgende Werte angesetztwerden:

(8)

(9)

Ved Verbundschubkraft aus der RisszugkraftNed Zugkraft aus dem Einleitungsmoment der Risszugkraft

Die Risszugkraft Ved ist auf die Einleitungslänge le zu verteilen:a) le = 3 tneu für hd-wassergestrahlte oder geschrämte Oberflächenb) le = 6 tneu für sandgestrahlte Oberflächenc) le = 9 tneu für glatte Oberflächen

Vcd = 0,8 · x · bneu · � · fcd + Ase,neu · fyd

Vcd = tneu · bneu · � · fcd + Ase,neu · fyd

Vtd = Ase, neu · fyd

Ved = Fcr

Ned =Ved c _< 1.5 · tneu––––– ; 6

Fcr = tneu · b · k · fct,eff

xtnouv.

As

Ase, nouv. Axe neutre

Béton neuf

Béton existant

Vcd

x

tnouv.Ase, nouvBéton neuf

Béton existant

Vtd

tnouv.

As

Béton neuf

Béton existant

Ved

Ved

Ned

c

le



10

2.3.4 Bereiche ohne VerbundankerFür vorwiegend ruhende Beanspruchung, wenn gleichzeitig an den Rändern Verbundanker gemäss Ab-schnitt 3.3.3 angeordnet werden, darf auf Verbundanker verzichtet werden,

a) bei hd-wassergestrahlten und geschrämten Oberflächen, für:

(10)

b) bei sauberen, sandgestrahlten Oberflächen, sofern keine Zugspannungen aus äusseren Kräften nor-mal zur Fuge auftreten (Annahme einer ungerissenen Fuge):

(11)

2.4 GebrauchstauglichkeitDie zusätzlichen Verformungen dürfen für normale Fälle näherungsweise am verstärkten Querschnitt er-mittelt und nach folgendem Ansatz vergrössert werden:

(12)

weff zusätzliche Verformung am verstärkten Tragwerk unter Berücksichtigung der Verschieblichkeitdes Verbundes

wcalc zusätzliche Verformung errechnet am verstärkten Tragwerk unter der Annahme eines starrenVerbundes

Vergrösserungsfaktor gemäss Tabelle 3s Verschiebung des Verbundes bei mittlerer Dauerlast (FD ~~ 0.5 Fuk)

Für genaueren Berechnungen kann die Verschiebung s gemäss Tabelle 3 verwendet werden.

Tabelle 3: Beiwerte für die Verformungsberechnung ø: Durchmesser der Verbundanker

2.5 Bauliche Durchbildung

2.5.1 Kombination von OberflächenbearbeitungUnterschiedliche Oberflächenbearbeitung im selben Bauteil darf nur angewendet werden, wenn sich dieunterschiedlichen Steifigkeiten des Verbundes nicht behindern (vgl. Tabelle 3, Verschiebung s). Es ist zuvermerken, dass bei sandgestrahlten Verbundfugen ohne Verbunddübel gemäss Abschnitt 2.3.4 die An-nahme des ungerissenen (d.h. starren Verbundes) zugrunde liegt.

2.5.2 Mindestbewehrung der VerbundfugeSofern nicht entsprechend Abschnitt 2.3.4 auf Verbundanker verzichtet werden kann, ist folgender Min-destbewehrungsgehalt einzulegen:

1) Platten und andere flächenartige Tragwerke, bei welchen keine Schubbewehrung notwendig ist:a) für rauhe Verbundfugen (hd-wasserstrahlen und schrämen): � _> 0.08%b) für sandgestrahlte Verbundfugen: � _> 0.12%c) für glatte Verbundfugen: � _> 0.12%

2) Balken und flächenartige Tragwerke mit Schubbewehrung entsprechend 1� Abschnitt 5.4.2.2.

�Sd _< kT · �Rd + � · �n

�Sd _< �Rd + � · �n

weff = · wcalc

Bearbeitung des Untergrundes mittlere Rauhtiefe Rt mm� s mm�

hd-wasserstrahlen, schrämen > 3.0 1.0 ≈ 0.005 øsandstrahlen, nadeln > 0.5 1.1 ≈ 0.015 øglatt: Holz- und Stahlschalung, ungeschalt – 1.2 ≈ 0.030 ø



11

2.5.3 Anordnung der Verbundanker

(1) Die Verbundanker sind in der Tragrichtung des Bauteiles nach dem Verlauf der Querkraft so anzu-ordnen, dass die Verbundschubkraft übertragen werden kann und ein Abheben der Neubeton-schicht verhindert wird.

(2) Bei sandgestrahlten und glatten Oberflächen dürfen bei vorwiegend ruhender Belastung die Ver-bundanker zwischen benachbarten kritischen Schnitten über die zugehörige Länge lj äquidistantangeordnet werden.Kritische Schnitte sind gemäss [3] Abschnitt 4.1.2 (4): Stellen extremaler Biegemomente, Auflager-punkte, Angriffspunkte von Einzellasten und Stellen mit Querschnittssprüngen.

(3) Liegt die Neubetonschicht auf der Zugseite des Tragteiles, ist die Verteilung entsprechend der Ab-stufung der Längsbewehrung ohne Berücksichtigung der Verankerungslängen vorzunehmen.

(4) Der Abstand der Verbundanker in Tragrichtung soll nicht grösser als die 6-fache Dicke der Neube-tonschicht oder 800 mm sein.

2.5.4 Verankerung der Verbundbewehrung im alten und im neuen Beton(1) Die Verbundanker sind ausreichend im Untergrund und im Aufbeton zu verankern. Bei hdw- und

sandgestrahlten Oberflächen darf die effektiv zu verankernde Zugkraft Nd angesetzt werden mit:

(13)

� Beiwert gemäss Tabelle 1.

(2) Bei der Bestimmung der Verankerungslänge im Untergrund wird entsprechend dem Anwendungsfallunterschieden:

(2a) Bereiche mit Schubbewehrung oder entsprechender Anschlussbewehrung (Bild 8):Der Grundwert der Verankerungslänge lb ist gemäss [5] (Nachträgliche Bewehrungsanschlüsse,Tabelle 3.4.1) zu ermitteln. Die Mindestverankerungstiefe beträgt 10 ø.Es ist zu beachten, dass es sich in der Regel um einen Überlappungsstoss (ls = �1 · lb, vgl. [1], Ab-schnitt 5.2.4) zwischen Verbundanker und vorhandener Bewehrung handelt.Für Bauteile mit rechnerisch erforderlicher Schubbewehrung (VSd ≥ VRd1) ist ausserdem die Zugs-trebe aus der Fachwerkanalogie gemäss [1], Abschnitt 4.3.2.4 nachzuweisen.

(2b) Bereiche ohne Schubbewehrung (VSd ≤ VRd1) (Bild 9):Die Verankerungstiefe ist gemäss Nachträgliche Bewehrungsanschlüsse, Tabelle 3.4.1 zu ermitteln.Rand- und Zwischenabstände (c1, s) der Verbundanker sind nach der Ankertheorie zu bestimmen,siehe Kap. 3.Risse im Beton reduzieren die Zugtragfähigkeit der eingemörtelten Verbundanker. In solchen Fällenmuss die Verankerungslänge vergrössert werden. (z. B. bei reiner Zugverstärkung oder Verstärkungfür Biegung mit hoher Querkraft im Bereich von Balkenauflagern oder von Einzellasten).

Nd >_ � · AS · f yd

Is

c1 s

Ib

Bild 8: Bewehrungsanschluss Bild 9: Ankertheorie



12

(3) Im Aufbeton können zur Reduktion der Verankerungslänge der Verbundanker Platten, Muttern oderaufgestauchte Köpfe verwendet werden. Es sind dann folgende Kontrollen durchzuführen:a) Beton-Pressung unter den kopfartigen Verankerungen gemäss [7], bzw. [1], Abschnitt 5.4.8.1.b) Betonausbruch gemäss [7]. Die örtlich im Kopf der Verbundanker erzeugten Querzugkräfte sind durch eine ausreichendeSpreizbewehrung aufzunehmen. Für die Berechnung der Querzugkräfte darf ein Fachwerkmodellmit einer Druckstrebeneigung von 45° zugrunde gelegt werden.Normalerweise sollen die Verbundanker in die obere Bewehrung des Aufbetons reichen und dorteinen Fachwerkknoten bilden.

(4) Bei glatten Oberflächen sind die Schubbolzen mindestens mit je 6 ø (besser: 9 ø) zu verankern.

2.5.5 Mindestbewehrung im AufbetonFür die Bemessung der Mindestbewehrung in der Aufbetonschicht ist gemäss [1] zu verfahren.Balken: [1] Absatz 5.4.2.1.1 und 5.4.2.4Platten: [1] Absatz 5.4.3.2.1

2.5.6 Empfehlung für das Einbringen des AufbetonsVorbehandlung:Es wird eine Haftbrücke aus dickflüssigem Zementmörtel empfohlen.Die Betonunterlage soll vor dem Aufbringen der Haftbrücke aus Zementmörtel ausreichend (erstmals 24Stunden vorher) vorgenässt werden. Sie soll zur Zeit des Aufbringens soweit abgetrocknet sein, dasssie nur noch matt feucht ist.Der Mörtel für diese Haftbrücke soll aus Wasser und zu gleichen Gewichtsteilen aus Portlandzementund Sand 0/2 mm bestehen. Der Mörtel wird auf die vorbereitete Betonunterlage aufgebracht und ein-gebürstet.Aufbeton:Die Rezeptur des Aufbetons soll normalerweise so gewählt werden, dass ein schwindarmer Beton ent-steht (W/Z ≤ 0,40). Der Aufbeton ist auf die noch frische Haftbrücke einzubringen (nass in nass).Nachbehandlung:Für die Dauerhaftigkeit des Aufbetons ist eine sorgfältige Nachbehandlung erforderlich.Der Beton ist unmittelbar nach dem Einbau gegen Austrocknen und Auskühlung ausreichend lange,mindestens jedoch 5 Tage zu schützen.

2.5.7 Empfehlung für die Spezifikation der OberflächenbearbeitungDie Rauhigkeit der Verbundfuge hat einen entscheidenden Einfluss auf die übertragbare Verbundschub-kraft. Als Messgrösse ist beim vorliegenden Bemessungsverfahren die mittlere Rauhtiefe Rt nach demSandflächenverfahren zugrunde gelegt [7, Anhang 4], [8]. Es ist zu beachten, dass es sich dabei um ei-nen mittleren Wert handelt, d. h. der Unterschied zwischen Berg und Tal ist etwa 2Rt.Für die Spezifikation der Oberflächenbearbeitung wird empfohlen, immer die mittlere Rauhtiefe Rt zufordern. Vor der Freigabe der Bearbeitung ist eine Musterfläche anzulegen und diese nach dem Sand-flächenverfahren zu prüfen.



13

3. Beispiele

3.1 Beispiel: ZweifeldplatteGegeben:Beton: Aufbeton 70 mm: C 30/37

Altbeton 150 mm: C 25/30Bewehrung: S500, fyk = 500 N/mm2

Feld: Ase+ = 1’030 mm2/m

Stütze: Ase– = 1’420 mm2/m

Risslast am Rand (3.3.3):Ved = 70 · 1 · 0.8 · 3 = 168 kN/m

Feld:

Nullinie: xd = 1030 · 0.5 · 1.5 = 33mm___________________1.15 · 30 · 0.85 · 0.80

➥ Vcd = 0.85 · 0.80 · 33 · 30/1.5 = 449 kN/m

Stütze: Ase = 1420 mm2/mVtd = 1420 · 0,5/1.15 = 617 kN/m

Grösstwerte der Verbundschubspannung:

�cd max =449 · 2

= 0.38 N/mm2______ 2360

�td max =(617 + 449) · 2

= 0.58 N/mm2_____________3640

a) Oberflächenbearbeitung: hd-wassergestrahlt

Kohäsion: �Rdj = 2.3 · 0.26 = 0.60 > 0.55 N/mm2 ➡ keine Bewehrung notwendig

Risszugkraft am Rand: Ved = 168 kN/m (Abschnitt 3.3.3); Streifenbreite le = 3 · 70 = 210 mm

➥ �td = 168’000 = 0.8 N/mm2 ➡ aus Diagramm: �erf = 0.08%1000 · 210

➥ As = 0.0008 · 210 · 1000 = 168 mm2/m ➡ gewählt: ø8 e = 250 mm

zu verankerndeZugkraft im Anker: Nd = 0.5 · 0.5 · 50.3 = 10.9 kN (Formel 13)

1.15

➥ Verankerung im heff = 100 mm ➡ NRd = 14.6 kNUntergrund:gewählt: Randabstand c1 = 100 mm ➡ NRd,red = 14.6 · 100 = 11.2 kN (Anhang 1)

130

➥ Verankerung im Kopfdurchmesser = 14 mmAufbeton: Aufnehmbare Unterkopfpressung ([5], Absatz 15.1.2.3):

NRd,p = 7.5 · �

· (142 – 82) · 30 = 15 kN > NRd = 11.2 kN ➡ i.O.1.5 4

Betonausbruch: ([5], Absatz 15.1.2.4)

NRd,c = 9 · 300.5 · 551.5 = 11.2 kN = NRd = 11.2 kN ➡ i.O.1.8

MRd:

Qd:

�d: für ein Feld

qd = 27,5kN/m2

+ +

-

- -

+ +

60006000

-105kNm/m

-100kN/m76,5kNm/m

65kN/m

2360 3640

2360 3640

6000

d d

0,58N/mm20,55N/mm2

0,35N/mm2

0,38N/mm2



14

Zugkraft aus dem Einleitungsmoment: Ned = 168 = 28.0 kN/m (Formel 9)____6

NRd = 11.2 = 44.8 > 28.0 kN/m; c1 = 100 ≤ 1.5 · 70 = 105 mm ➡ i.O._____ 0.25

zu verankernde Querzugkraft: Ved = 168 kN/m: Rückhaltebewehrung: As = 168 · 1.15 = 386 mm2/m_________0.5

gewählt: Nadel ø8 je Verbundanker (gestossen mit Netzbewehrungø6.5 e = 100)

b) Oberflächenbearbeitung: sandgestrahlt

Kohäsion: �Rdj = 0.26 N/mm2

beim Randauflager: mittlere Verbundschubspannung: �d = 0.35 + 0.26 = 0.305 N/mm2

2

➥ aus Diagramm: �erf = 0.12 % Streifenbreite 745 mm

➥ As = 0.0012 · 1000 · 745 = 894 mm2/m➡ Gewählt: ø8 e = 200/200 mm

beim Zwischenauflager: mittlere Verbundschubspannung: �d = 0.55 + 0.26 = 0.405 N/mm2

2

➥ aus Diagramm: �erf = 0.16 % halbe Streifenbreite 2015 mm

➥ As = 0.0016 · 10002 = 1600 mm2/m2

➡ Gewählt: ø8 e = 200/150 mm

Risszugkraft am Rand: Ved = 168 kN/mm2 Streifenbreite le = 6 · 70 = 420 mm

➥ �d = 168’000 = 0.4 N/mm2 ➡ aus Diagramm: �erf = 0.16 %1000 · 420


zu verankernde Kräfte: analog a)

Verbundschubspannungen für die sandgestrahlte Oberfläche:

2360 3640

d d

0,58N/mm2

0,55N/mm2

0,35N/mm2

0,38N/mm2

745

0,26N/mm2

20150,26N/mm2



15

glatt

Randverdübelung:1. Reihe: ø10 e = 340 Schubbolzen+ ø8 e = 340 Kopfankerø10 e = 200/170 mm SchubbolzenRandstreifenbreite: b = 630 mmø10 e = 200/250 mm SchubbolzenStreifenbreite: btot = 2360 mmZwischenauflager:ø10 e = 200/170 mm SchubbolzenStreifenbreite: b ≥ 2 x 3640 mm

c) ohne Oberflächenbearbeitung (glatt)

Randauflager/Feld: mittlere Verbundschubspannung: �d = 0.35 = 0.175 N/mm2

2

➥ aus Diagramm: �erf = 0.15 % Streifenbreite 2360 mm

➥ As = 0.0015 · 10002 = 1500 mm2/m2

➡ Gewählt: ø10 e = 200/250 mm

beim Zwischenauflager: mittlere Verbundschubspannung: �d = 0.55 = 0.275 N/mm2

2

➥ aus Diagramm: �erf = 0.23 % halbe Streifenbreite 3640 mm

➥ As = 0.0023 · 10002 = 2300 mm2/m2

➡ Gewählt: ø10 e = 200/170 mm

Risszugkraft am Rand: Ved = 168 kN/mm2 Streifenbreite le = 9 · 70 = 630 mm

➥ �d = 168’000 = 0.27 N/mm2

1000 · 630

➡ aus Diagramm: �erf = 0.23 %


Verankerung der Querkraftbolzen Ib = 6ø = 60 mm im neuen und im alten Betonzu verankernde Kräfte: Jeden 2. Anker in der Randreihe als Kopfbolzen: ø8 e = 340 mm

wie in a) ausbilden;

NRd = 11.2 = 32.9 > Ned = 28.0 kN0.34

Sicherung gegen Abheben: Es wird empfohlen, auch im Feld eine geeignete Anzahl Kopf-bolzen konstruktiv anzuordnen, um ein lokales Abheben desAufbetons zu verhindern.

60

100

100

70

150

60

100

100 200 200

60

100

100

60ø8 s=250

Treillis ø6,5 s=100

Aiguille ø8 s=250


Aiguille ø8


Aiguille ø8

ø8 s=150 ø8s=150ø8 s=340+ ø10 s=340

ø10 s=170

60

hd-wassergestrahlt

nur Randverdübelungø8 e = 250 mm Kopfanker

sandgestrahlt

Randverdübelung:ø8 e = 200/150 mm KopfankerRandauflager:ø8 e = 200/200 mm KopfankerStreifenbreite: btot = 745 mmZwischenauflager:ø8 e = 200/150 mm KopfankerStreifenbreite: b ≥ 2 x 2015 mm



16

3.2 Beispiel: Zweifeldplattenbalken mit neuer Platte

1200

0,180

0,600

0,200

6000

+ +

-

- -

+ +

6000

-383kNm

-329kN

230kNm

202kN

qd + gd = 88,5kN/m Querschnitt

2280 3720

6000

d=650

1,53N/mm2 1,10N/mm2

900

s = 90 s = 300 s = 140

1,30N/mm2

2,10N/mm22,50N/mm2

2,06N/mm2

d=650

1,30N/mm2

Gegeben:Beton: Platte (neu): C 30/37, Träger: C 25/30Bewehrung: Betonstahl S500; Ase

+ = 804 mm2; Ase- = 1340 mm2 fyk = 500 N/mm2

Feld: Nullinie: xd = 804 · 0.5 · 1.5 = 21.4 mm1.15 · 0.8 · 0.85 · 1.2 · 30

Vcd = 1.20 · 0.8 · 0.85 · 21.4 · 30 = 349 kN ➡ �cd = 349 · 103 · 2 = 1.53 N/mm2

1.5 2280 · 200

Zwischenstütze: Vtd = 1340 · 0.5 = 583 kN ➡ �td = (349 + 583) · 103 · 2 = 2.50 N/mm2

1.15 3720 · 200

Rand: Risslast: Ved = 1.2 · 180 · 0.8 · 3 = 518 kN; le ≈ 0.75 b = 900 mm ➡ �ed = 518 · 103

= 2.9 N/mm2

900 · 200

Mindestbewehrung: [1], Tabelle 5.5: �min = 0.26 %, emax = 300 mm

2 ø10 e = 300 mm As = 523 mm2/m � = 0.26 % �Rd = 1.3 N/mm2

2 ø10 e = 140 mm As = 1121 mm2/m � = 0.56 % �Rd = 2.1 N/mm2

2 ø10 e = 90 mm As = 1743 mm2/m � = 0.87 % �Rd = 2.9 N/mm2

Anmerkung:● Die Verankerungslänge wird durch die vorhandene Bügelbewehrung bestimmt (Überlappungsstoss)● Für glatte bzw. sandgestrahlte Verbundoberflächen sind die Verbundschubspannungen zu hoch.



17

hd-wassergestrahlt: sandgestrahlt: glatt:

In diesem Fall kann die unbear-beitete Fuge nicht angewendetwerden. Der Absatz in derFundamentverstärkung würdedie notwendige Verschiebung fürdie Schubbolzen verhindern.

3.3 Beispiel: FundamentverstärkungGegeben:

Beton: alt: C 20/25; neu: C 25/30Betonstahl: S500; fyk = 500 N/mm2

Vorhandene Bewehrung im Fundament:ø16 e = 150 Ase = 1340 mm2

Neutrale Axe: xd = 1340 · 500 · 1.5 = 51 mm25 · 0.8 · 0.85 · 1000 · 1.15

➥ Vcd = 0.8 · 51 · 0.85 · 25 = 579 kN/m1.5

➥ �cd,max = 579’000 · 2 = 0.66 N/mm2

1750 · 1000

1. Stirnfläche: Querkraft an der Stirnfläche

Vd = 280 · 0.5 = 140 kN/m

➥ �d = Vd = 140’000 = 0.19 N/mm2

d · b 750 · 1000

a) hd-wassergestrahlt oder geschrämt:�Rdj = 2.3 · 0.24 = 0.55 > �d = 0.19 N/mm2 ➡ Kein Verbundanker notwendig.

b) Sandgestrahlt (Sonderfall, die Fuge ist infolge des Biegemomentes gerissen)�d = 0.19 N/mm2 ➡ As,erf = 486 mm2/m (Formel 3) mit Zugkraft aus Biegung überlagern

Mindestbewehrung aus Biegung ist massgebend: Ase,min > As,erf + Ase,erf

2. Biegung:

Md = 280 · 0.52 · 1/2 = 35 kNm/m Ase,erf = 163 mm2/m

1000 · 600Mindestbewehrung: ([1], Abschnitt 4.4.2.2 (3) und Tabelle 4.11) Ase,min = 0.4 · 0.8 · 3 · = 1285 mm2/m

2 · 280

gewählt: ø16e = 150 mm (As = 1340 mm2/m) Verankerung für Fd = 201 · 280 = 56.3 kN : Ib = 1.4 · 285 = 400 mm

3. Obere Seite

a) hd-wassergestrahlt oder geschrämt

Kohäsion: �Rdj = 2.3 · 0.24 = 0.55 > �d = 0.38 N/mm2 ➡ Kein Verbundanker notwendig.

b) Sandgestrahlt�d,max = 0.38 N/mm2 ➡ �erf = 0.16 % ➡ As,erf = 0.0016 · 10002 = 1600 mm2/m2 gewählt: ø12 e = 250 mm

Zugkraft pro Verbundanker: Nd = 0.5 · 113 · 0.5 = 24.6 kN ➡ Verankerungslänge lb = 150 mm1.15

400

100

ø16 s = 150mm

400

ø16 s = 150mm

125

4 ø12 s = 250/250

3000500 500

4000

700

200

900100

500

1000 d=750 250

0,38N/mm2

0,66N/mm2

Fd = 1120 kN/m

pd = 280 kN/m2



18

4. Versuchsresultate

4.1 Schubübertragung im RissAus der Literatur sind verschie-dene Untersuchungen über dieSchubübertragung im Riss beimBiegebalken bekannt (Bild 6). Eswurde beobachtet, dass einer-seits «Dübelwirkung» der Be-wehrungsstäbe infolge Querbie-gung und andererseits eine Nor-malkraft infolge Dehnung durch«Auszug» erzeugt wird. Die Nor-malkraft, welche durch «Aus-zug» aktiviert wird, erzeugt Rei-bung. Anhand der Versuche lässt

sich zeigen, dass bei rauhen Verbundflächen die Schubübertragung vorwiegend durch den Mechanis-mus «Auszug» und bei glatten Verbundflächen vorwiegend durch «Dübelwirkung» erfolgt. Bei kleinemBewehrungsgehalt in der Fuge (geringe Schubspannung) spielt bei rauhen Fugen die Verzahnung beider Übertragung der Schubkraft eine bedeutende Rolle.

4.2 Laborversuche in der Hilti Konzern-ForschungIn Kooperation mit der Universität Inns-bruck (O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. M.Wicke) wurden in der Hilti Konzern-For-schung umfangreiche Versuche durch-geführt und daraus ein allgemeines Be-messungskonzept für die bewehrte Ver-bundfuge erarbeitet. Die Auswertung erfolgte in der Disser-tation Randl [8].Die Schubübertragung wurde in reinenScherversuchen untersucht. Dabei wur-den als Parameter die Oberflächenrau-higkeit, der Bewehrungsgehalt, der Be-wehrungsdurchmesser und die Veran-kerungslänge sowie die Betonfestigkeitvariiert. Bei solchen Scherversuchen istbesonders darauf zu achten, dass

durch die Lasteintragung keine sekundären Fachwerke (bzw. keine Momente) induziert werden und diebeiden Betonschichten sich mit parallelen Rissufern voneinander entfernen können. (Bild 10).

Bild 6: Schubübertragung im Riss (Shear-Friction Model)

Bild 10: Scherversuch

Reibung, Verzahnung



19

VVeerrssuucchh NNrr.. 1188 ((HHDDWW--ggeessttrraahhlltt;; 22φ1122))

DDüübbeellwwiirrkkuunngg

00

2200

4400

6600

8800

110000

112200

114400

116600

118800

220000

00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 1100 1111 1122 1133 1144 1155 1166 1177 1188hhoorriizzoonnttaallee VVeerrsscchhiieebbuunngg [[mmmm]]

SScchhee

rrkkrraa

fftt [[

kkNN]]

VVeerrzzaahhnnuunngg uunndd RReeiibbuunngg

VVeerrssuucchh NNrr.. 4400 ((ssaannddggeessttrraahhlltt;; 22φ1122))


00

2200

4400

6600

8800

110000

112200

114400

116600

118800

220000


SScchhee

rrkkrraa

fftt [[

kkNN]]

VVeerrssuucchh NNRR.. 5577 ((sscchhaallggllaatttt;; 22φ1122))


00

2200

4400

6600

8800

110000

112200

114400

116600

118800

220000


SScchhee

rrkkrraa

fftt [[

kkNN]]

Bild 11: Beispiel einer hd-wassergestrahlten Fuge

Bild 12: Beispiel einer sandgestrahlten Fuge

Bild 13: Beispiel einer schalglatten Fuge

Reibung

Dübelwirkung

Dübelwirkung

Dübelwirkung

Verzahnung und Reibung

4.3 Wirkungsweise der Verbundanker

Unter anderem wurde in den Ver-suchen in der Hilti Konzern-For-schung auch die Stahldehnung inder Mittelachse der Verbundankerauf der Höhe der Verbundfuge ge-messen.Randl [6] konnte dadurch die un-terschiedlichen Anteile «Reibung»und «Dübelwirkung» bei unter-schiedlicher Rauhigkeit ermitteln.Beispiele dazu sind in den Bildern11, 12 und 13 dargestellt.



20

4.4 Vergleich mit internationalen Versuchergebnissen

Mit Hilfe einer Literaturstudie hatRandl in seiner Dissertation [6]nachgewiesen, dass die ermittel-ten Bemessungsformeln unterBeizug von weltweiten For-schungsergebnissen in diesemBereich auf der sicheren Seite lie-gen. Die Ergebnisse sind in denBildern 14, 15 und 16 dargestellt.

MMaattttoocckk,, WWaallrraavveenn,, DDaasscchhnneerr,, HHiillttii

00,,00

11,,00

22,,00

33,,00

44,,00

55,,00

66,,00

77,,00

88,,00

99,,00

1100,,00

1111,,00

1122,,00

00,,00 11,,00 22,,00 33,,00 44,,00 55,,00 66,,00 77,,00 88,,00 99,,00 1100,,00 1111,,00 1122,,00ρ ffyy [[NN//mmmm◊◊]]

τ [[NN

//mmmm

◊◊]]

Bild 14: Scherversuche mit Verbundbewehrung, Fuge «rauh» [6]

00,,00

00,,55

11,,00

11,,55

22,,00

22,,55

33,,00

33,,55

44,,00

44,,55

55,,00

55,,55

00,,00 11,,00 22,,00 33,,00 44,,00 55,,00 66,,00 77,,00 88,,00 99,,00 1100,,00 1111,,00 1122,,00

ρ ffyy [[NN//mmmm◊◊]]

τ[[NN

//mmmm

◊◊]]

Bild 15: Scherversuche mit Verbundbewehrung, Fuge sandgestrahlt [6]

DDaasscchhnneerr,,MMaattttoocckk,,PPaauullaayy,,HHaannssoonn,, HHiillttii

00,,00

00,,55

11,,00

11,,55

22,,00

22,,55

33,,00

33,,55

44,,00

44,,55

55,,00

55,,55

00,,00 11,,00 22,,00 33,,00 44,,00 55,,00 66,,00 77,,00 88,,00 99,,00 1100,,00 1111,,00 1122,,00ρ ffyy [[NN//mmmm◊◊]]

τ[[NN

//mmmm

◊◊]]

Bild 16: Scherversuche mit Verbundbewehrung, Fuge glatt [6]

Ma: «rauh» gemäss ACI (r = 3 mm); fy = 350 N/mm2, fcw = 23 – 53 N/mm2

Wa: Rissrauhtiefe; fy = 450 N/mm2, fcw = 29 – 38 N/mm2

Da: Nagelrechen: fy = 540 N/mm2, fcw = 19 N/mm2

Hi : HDW-gestrahlt; fy = 508 N/mm2 ; fcw = 22.5 N/mm2; Ib = 17ø

Hi : HDW-gestrahlt; fy = 508 – 653 N/mm2 ; fcw = 42 N/mm2; Ib = 8ø

Bemessungsgerade (charakt.Werte): HDW; fcwk = 37 N/mm2, fyk = 500 N/mm2

Bemessungsgerade (charakt.Werte): HDW; fcwk = 25 N/mm2, fyk = 500 N/mm2

Hi: sandgestrahlt; fy = 508 N/mm2; fcw = 23 N/mm2; Ib = 17ø

Hi: sandgestrahlt, fy = 508 – 653 N/mm2, fcw = 44 N/mm2; Ib > 8ø

Bemessungsgerade(charakt. Werte):Sandg.; fcwk = 25 N/mm2, fyk = 500 N/mm2

Bemessungsgerade(charakt. Werte):Sandg.; fcwk = 37 N/mm2,fyk = 500 N/mm2

Da: Kelle;fy = 450 – 1200 N/mm2, fcw = 19 – 27 N/mm2

Da: rüttelrauh;fy = 450 – 1200 N/mm2, fcw = 12 – 21,5 N/mm2

Ma: Kelle;fy = 350 N/mm2, fcw = 41 N/mm2

Paulay: Kelle;fy = 318 N/mm2, fcw = 28 N/mm2

Ha: Kelle;fy = 345 N/mm2,fcw = 26 – 34 N/mm2

Hi: ungeschalt;fy = 508 – 653 N/mm2,fcw = 41 N/mm2, Ib = 8øHi: schalglatt;fy = 508 – 653 N/mm2,fcw = 49 N/mm2, Ib = 6øHi: schalglatt;fy = 508 – 653 N/mm2,fcw = 21 N/mm2, Ib = 8øBemessungsgerade(charakt. Werte): glatt; fckw = 20 N/mm2, fyk = 500 N/mm2

Hilti Versuche



21

5. BezeichnungenLängen:bj massgebende Breite der Verbundfuge im betrachteten Bereichc1 Randabstand von Ankernlb Verankerungstiefe der Verbundanker im Untergrund gemäss Anhang 1le Einleitungslänge der Risszugkraftlj betrachtete Länge der VerbundfugeRt Rauhtiefe nach dem Sandflächenverfahrens Verschiebung des Verbundes bei mittlerer Dauerlasttneu Höhe des Aufbetonsweff zusätzliche Verformung am verstärkten Tragwerk unter Berücksichtigung der Verschieblich-

keit des Verbundeswcalc zusätzliche Verformung errechnet am verstärkten Tragwerk unter der Annahme eines

starren Verbundesx Abstand der neutralen Achse vom gedrückten Rand (Biegung)

Flächen:As Querschnittsfläche der VerbundbewehrungAse Querschnittsfläche der Biegebewehrung

Kräfte:Fcr Risszugkraft im Beton entsprechend [1]; Abschnitt 4.4.2.2Nd Bemessungswert der Zugkraft im VerbundankerNed Zugkraft aus dem Einleitungsmoment der Risszugkraft im AufbetonVRd Bemessungswert der aufnehmbaren VerbundschubkraftVsd Bemessungswert der einwirkenden VerbundschubkraftVed Bemessungswert der Verbundschubkraft aus der RisszugkraftVcd Bemessungswert der Verbundschubkraft im gedrückten BereichVtd Bemessungswert der Verbundschubkraft im gezogenen Bereich

Spannungen:fcd Bemessungswert der Streckgrenze der Verbundankerfyd Bemessungswert der Zylinderdruckfestigkeit des Betonsfct,eff wirksame Zugfestigkeit des Neubetons zum Zeitpunkt der Erstrissbildung�n <_ 0.6 fcd: auf die Fuge wirkende, mit Sicherheit vorhandene Normalspannung (Druck positiv)�Rd Grundwert der Bemessungsschubfestigkeit gemäss [1] Abschnitt 4.3.2.3�Rdj übertragbare Verbund-Schubspannung im betrachteten Bereich, bzw. Diagrammen 1 bis 3

Faktoren und Beiwerte:k Beiwert zur Berücksichtigung von nichtlinearen verteilten EigenspannungenkT Kohäsionsfaktor gemäss Tabelle 1� Beiwert für die Dübelwirkung gemäss Tabelle 1� Beiwert gemäss Tabelle 1 Vergrößerungsfaktor für die Verformungen gemäss Tabelle 3� Reibungsbeiwert für die Reduktion der Betondruckfestigkeit gemäss Tabelle 1 Beiwert gemäss [1] Formel (4.2), siehe auch Tabelle 2� Beiwert für den Zugkraftanteil im Verbundanker gemäs Tabelle 1� = As / bj lj Bewehrungsgehalt der Verbundanker im betrachteten Bereich



22

6. Literatur[1] EC2; Betonbau: ENV 1992-1-1: 06/1992;

Grundlagen und Anwendungsregeln für den Hochbau

[2] EC2; Betonbau: ENV 1992-1-3: 12/1994;Bauteile und Tragwerke aus Fertigteilen

[3] EC4; Verbundbau: ENV 1994-1-1: 02/1994;Allgemeine Bemessungsregeln, Bemessungsregeln für den Hochbau

[4] Richtlinie zur Anwendung von EC 2, Teil 1-3; DAfStb, Beuth Verlag, Berlin und Köln

[5] Hilti Handbuch der Befestigungstechnik, Bewehrungsanschluss B 2.2

[6] Hilti Handbuch der Befestigungstechnik, Verbundanker B 3.2

[7] CEB-Guide; Design of Fastenings in Concrete, Part III, January 1997, Characteristic Resistance of Fastenings with Cast-in-Place Headed Anchors

[8] Randl, N.; «Untersuchungen zur Kraftübertragung zwischen Neu- und Altbeton bei unterschied-lichen Fugenrauhigkeiten»; Dissertation in Vorbereitung, Universität Innsbruck.

[9] ZTV-SIB 90: «Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen», Verkehrsblattverlag, D-4600 Dortmund

[10] Kaufmann, N.: «Das Sandflächenverfahren», Strassenbautechnik 24 (1971), Nr. 3, S. 131–135.

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