Dipl.-Ing. Johannes LechnerInstitut für Konstruktion und Materialwissenschaften

Arbeitsbereich für Massivbau und BrückenbauUniv.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix

Querkraftverstärkung mit Betonschrauben

Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau

Dipl.-Ing. Johannes Lechner

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Arbeitsbereich für Massivbau und BrückenbauUniv.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix

• Einleitung

• Grundlagen

• Querkraftversuche mit Betonschrauben

• Nachträgliche Durchstanzverstärkung

• Ausblick

Gliederung

Querkraftverstärkung mit Betonschrauben

2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 3

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Motivation

• Zunahme des Verkehrsaufkommens

• Höhere Brückenlasten

• Höhere erforderliche Querkraftbewehrung

• Unzufriedenstellende Verstärkungsmethoden

Amt der Tiroler Landesregierung (2012)

Wicke et. al. (1994) - Vergleich der Verkehrslasten nach ÖN B 4002, RVS 15.114 und EC1-3

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Querkraftversagen:

Querkraftverstärkung mit Betonschrauben

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Querkraftversagen:

Querkraftverstärkung mit Betonschrauben

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Durchstanzversagen:

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Anforderungen an ein Verstärkungselement

• Einfache und schnelle Herstellung

• Installation ausschließlich von einer Seite, möglichst unter Verkehr

• Signifikante Traglaststeigerung

• Robustheit (Resttragfähigkeit im Lastfall Brand)

• Wirtschaftlichkeit (Materialeinsatz, Ausnutzungsgrad)

• Schlupfarmes Verankerungsverhalten

• Endverankerungsprinzip (Doppelkopfbolzen)

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft

Nur wenige konstruktive Maßnahmen zur Erhöhung des Querkraftwiderstandes:

• Nachträglich durchgebohrte Gewindestangen

• Eingeklebte Ankerstangen

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft

Nachteile der vorhandenen Verstärkungsmethoden:

• Schwierig unter laufendem Betrieb

• Abdichtung des Tragwerks wird zerstört

• Geringere Tragfähigkeit des Klebers bei Temperaturen über 80° C

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft

Roeser, Kerkeni (2010) - Ertüchtigung der beiden Eisenbahnbrücken A13

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Durchstanzen

Stützenkopfverstärkung: Stahlpilz

Rhino Exo System, Aschwanden AG

Rhino Exo System, Aschwanden AG

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Vorteile der neuen Verstärkungsmethode mittels Betonschrauben:

• Anwendungsfreundliche und schnelle Installation

• Sofort nach Installation belastbar

• Hohe Traglaststeigerung bei geringer Anzahl an Verstärkungselementen

• Herstellung von Bauwerksunterseite

• Setzpunkte können mit Bewehrungssuchgeräten genau bestimmt werden

• Geringe Störung des Bauwerks

• Einfacher, dauerhafter Korrosionsschutz bei Verwendung entsprechender Materialgüten bzw. bei zusätzlicher Verpressung

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Verwendete Schrauben für die Querkraftversuche

• Toge TSM 22

• Toge TSM 16

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Versuchsaufbau

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Abmessungen der Versuchskörper

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Verwendete Messsysteme

• 6 Induktive Wegaufnehmer

• Dehnmessstreifen an den Schrauben

• Optisches Messsystem Aramis

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Versuchsprogramm: erste Versuchsreihe

Bez. Querbewehrung Asw asw ρW

U1 - - - -

B1 5 x BÜ 8 / 15 5.03 cm² 6.7 cm²/m 0.30%

B2 10 x BÜ 8 / 8 10.05 cm² 12.57 cm²/m 0.57%

S1-1 3 x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

S1-2 3 x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

S1-3 3 x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

S1-4 3 x TSM 22 / 30 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

S2-1 4 x TSM 22 / 20 15.21 cm² 19.01 cm²/m 0.86%

S2-2 4 x TSM 22 / 20 15.21 cm² 19.01 cm²/m 0.86%

S2-3 4 x TSM 22 / 20 15.21 cm² 19.01 cm²/m 0.86%

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Versuchsprogramm: zweite Versuchsreihe

Bez. Querbewehrung Asw asw ρW

V1 - - - -

T1-1 3 x TSM 22/ 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

T1-2 3 x TSM 22/ 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

T1-3 3 x TSM 22/ 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

T1-4 3 x TSM 22/ 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

T1-5 3 x TSM 22/ 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

T1-6 3 x TSM 22/ 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69%

T2-1 6 x TSM 16/ 12 12.06 cm² 16.76 cm²/m 0.76%

T2-2 6 x TSM 16/ 12 12.06 cm² 16.76 cm²/m 0.76%

T3-1 6 x TSM 16/ 25 12.06 cm² 16.08 cm²/m 0.73%

T3-2 6 x TSM 16/ 25 12.06 cm² 16.08 cm²/m 0.73%

T3-3 6 x TSM 16/ 25 12.06 cm² 16.08 cm²/m 0.73%

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Versuchsergebnisse: Kraft-Verformungsdiagramm

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Versuchsergebnisse: Kraft-Verformungsdiagramm

Querkraftverstärkung mit Betonschrauben

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Gemessene Kräfte in den BetonschraubenVersuch S2-1

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Rissentwicklung Versuch T1-1:

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Durchstanzversuche an der Universität Innsbruck

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Betonschrauben als Durchstanzverstärkung

Betonschrauben als nachträgliche Durchstanzbewehrung:

Grundriss:Ansicht:

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Übersicht Versuchsaufbau

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Probekörper Traglast [kN] Laststeigerung

P01 612 -

P02 906 48 %

P03 793 29 %

P04 937 53 %

Ergebnisse: Last-Verschiebungskurven

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Ergebnisse: SägeschnitteAblösen des Betons am Stützenanschnitt

Eindringen einzelner Betonschrauben in die Versuchsplatte

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Pilotprojekt – Durchstanzverstärkung Brückenbau

Gschwandkopfbrücke – Seefeld in Tirol

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Pilotprojekt – Durchstanzverstärkung Brückenbau

Gschwandkopfbrücke – Seefeld in Tirol

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Pilotprojekt – Durchstanzverstärkung Brückenbau

Gschwandkopfbrücke – Seefeld in Tirol

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Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick

Zusammenfassung

• Betonschrauben können zur Verwendung als nachträglich eingebaute Querkraft- und Durchstanzverstärkung herangezogen werden

• Eine höhere Schraubenanzahl bei geringerem Durchmesser führt zu einer besserenRisseverteilung

• Verklebte Schrauben führen zu

– Höherer Schubtragfähigkeit

– Besseren Rissverteilung

– Geringeren Rissöffnungen

– Einem steiferen Bauteilverhalten

• Das System kann für dynamische Lasten verwendet werden

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!