Querkraftverstärkung mit Betonschrauben

Transkript

1 Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften Arbeitsbereich für Massivbau und Brückenbau Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau

2 Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften Arbeitsbereich für Massivbau und Brückenbau Gliederung Einleitung Grundlagen Querkraftversuche mit Betonschrauben Nachträgliche Durchstanzverstärkung Ausblick

3 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 und EC Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 3

4 Querkraftversagen: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 4

5 Querkraftversagen: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 5

6 Durchstanzversagen: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 6

7 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) 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 7

8 Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft Nur wenige konstruktive Maßnahmen zur Erhöhung des Querkraftwiderstandes: Nachträglich durchgebohrte Gewindestangen Eingeklebte Ankerstangen 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 8

9 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 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 9

10 Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft Roeser, Kerkeni (2010) - Ertüchtigung der beiden Eisenbahnbrücken A13 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 10

11 Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Durchstanzen Stützenkopfverstärkung: Stahlpilz Rhino Exo System, Aschwanden AG Rhino Exo System, Aschwanden AG 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 11

12 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 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 12

13 Verwendete Schrauben für die Querkraftversuche Toge TSM 22 Toge TSM Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 13

14 Versuchsaufbau 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 14

15 Abmessungen der Versuchskörper 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 15

16 Verwendete Messsysteme 6 Induktive Wegaufnehmer Dehnmessstreifen an den Schrauben Optisches Messsystem Aramis 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 16

17 Versuchsprogramm: erste Versuchsreihe Bez. Querbewehrung A sw a sw ρ W U B1 5 x BÜ 8 / cm² 6.7 cm²/m 0.30% B2 10 x BÜ 8 / cm² cm²/m 0.57% S1-1 3 x TSM 22 / cm² cm²/m 0.69% S1-2 3 x TSM 22 / cm² cm²/m 0.69% S1-3 3 x TSM 22 / cm² cm²/m 0.69% S1-4 3 x TSM 22 / cm² cm²/m 0.69% S2-1 4 x TSM 22 / cm² cm²/m 0.86% S2-2 4 x TSM 22 / cm² cm²/m 0.86% S2-3 4 x TSM 22 / cm² cm²/m 0.86% 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 17

18 Versuchsprogramm: zweite Versuchsreihe Bez. Querbewehrung A sw a sw ρ W V T1-1 3 x TSM 22/ cm² cm²/m 0.69% T1-2 3 x TSM 22/ cm² cm²/m 0.69% T1-3 3 x TSM 22/ cm² cm²/m 0.69% T1-4 3 x TSM 22/ cm² cm²/m 0.69% T1-5 3 x TSM 22/ cm² cm²/m 0.69% T1-6 3 x TSM 22/ cm² cm²/m 0.69% T2-1 6 x TSM 16/ cm² cm²/m 0.76% T2-2 6 x TSM 16/ cm² cm²/m 0.76% T3-1 6 x TSM 16/ cm² cm²/m 0.73% T3-2 6 x TSM 16/ cm² cm²/m 0.73% T3-3 6 x TSM 16/ cm² cm²/m 0.73% 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 18

19 Versuchsergebnisse: Kraft-Verformungsdiagramm 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 19

20 Versuchsergebnisse: Kraft-Verformungsdiagramm 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 20

21 Gemessene Kräfte in den Betonschrauben Versuch S Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 21

22 Rissentwicklung Versuch T1-1: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 22

23 Durchstanzversuche an der Universität Innsbruck 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 23

24 Ansicht: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Grundriss: Betonschrauben als Durchstanzverstärkung Betonschrauben als nachträgliche Durchstanzbewehrung: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 24

25 Übersicht Versuchsaufbau 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 25

26 Ergebnisse: Last-Verschiebungskurven Probekörper Traglast [kn] Laststeigerung P P % P % P % 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 26

27 Ergebnisse: Sägeschnitte Ablösen des Betons am Stützenanschnitt Eindringen einzelner Betonschrauben in die Versuchsplatte 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 27

28 Pilotprojekt Durchstanzverstärkung Brückenbau Gschwandkopfbrücke Seefeld in Tirol 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 28

29 Pilotprojekt Durchstanzverstärkung Brückenbau Gschwandkopfbrücke Seefeld in Tirol 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 29

30 Pilotprojekt Durchstanzverstärkung Brückenbau Gschwandkopfbrücke Seefeld in Tirol 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 30

31 Zusammenfassung Betonschrauben können zur Verwendung als nachträglich eingebaute Querkraft- und Durchstanzverstärkung herangezogen werden Eine höhere Schraubenanzahl bei geringerem Durchmesser führt zu einer besseren Risseverteilung Verklebte Schrauben führen zu Höherer Schubtragfähigkeit Besseren Rissverteilung Geringeren Rissöffnungen Einem steiferen Bauteilverhalten Das System kann für dynamische Lasten verwendet werden 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 31

32 Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften Arbeitsbereich für Massivbau und Brückenbau Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!