Schubverstärkung mit re-bar - Theorie und Anwendung. Fachtagung «Externe Vorspannung mit memory-steel zur Bauwerksverstärkung»

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1 Schubverstärkung mit re-bar - Theorie und Anwendung Fachtagung «Externe Vorspannung mit memory-steel zur Bauwerksverstärkung» Empa Akademie Dübendorf Empa St.Gallen FH Luzern Kursaal Bern Dr. Christoph Czaderski, Daniel Schmidig, Dr. Moslem Shahverdi Inhalt Vorteile von vorgespannter Schubverstärkung KTI Projekt «memory-steel als Schubverstärkungen für Ingenieurbauten» ETH Masterarbeiten Praktische Verstärkung und Aktivierung Erste Grossversuche und Resultate 1

2 Schubverstärkungen Brücke über Autobahn A1 bei Solothurn Was ist der Vorteil, wenn die Schubverstärkung vorgespannt wird? Vorhandene Schubrisse können verkleinert oder teilweise geschlossen werden SIA 166 (2004), Artikel : Soll ein Biegeträger für Querkraft verstärkt werden, der im unverstärkten Gebrauchszustand bereits Schubrisse aufweist, sind Bügel zu verwenden, die die gesamte Trägerhöhe umfassen und vorgespannt werden können. Die Klebewirkung hat damit nur konstruktiven Charakter. Neue Risse treten bei höheren Lasten auf und die Rissweiten sind kleiner Vorhandene innenliegende Bügel werden entlastet Die Schubverstärkung übernimmt sofort Kräfte aus den Lasten ohne dass grosse Verformungen nötig sind 2

3 Konventionelle vorgespannte Schubverstärkung Praktische Umsetzung sehr kompliziert Reibungsverluste bei den Umlenkstellen Viele Stahlteile nötig (Korrosion) Wegen kurzer Höhe, Vorspannverlust möglich ETH Masterarbeiten P. Annen und D. Schmidig Erste Machbarkeitsstudie für memory-steel als Schubbewehrung Lamelle re-plate mit diversen Schwierigkeiten bez. Applikation Grosse Verluste der Vorspannung da re-plate nicht sauber aufliegt Elektrische Heizklemmen Verschsaufbau «re-plate als Schubverstärkung» 3

4 ETH Masterarbeiten P. Annen und D. Schmidig Optimierte Versuche mit Rippenstahl re-bar als Schubbügel Applikationsverfahren entwickeln Vorspannung über Verformung des schlanken Probekörpers bestimmen Elektrische Heizklemmen Verschsaufbau «re-bar als Schubverstärkung» ETH Masterarbeiten P. Annen und D. Schmidig Dehnmessstreifen, Bildkorrelationssystem und Temperatursensoren Über Verformung und Erwärmung des Probekörpers konnte Grad der Vorspannung zurückgerechnet werden. Verifizieren der Messresultate durch Abaqus-Modell Gesamte Vorspannung wurde in die Tragstruktur eingeleitet. Messungen während Aktivierung und Abkühlung Verformung aus Bildkorrelationsmessung Abaqus-Modell des vorgespannten QS 4

5 KTI Projekt ( ) Erste Phase: Kleinversuche, um die Tauglichkeit von memory-steel als Bügel zu untersuchen (Abbiegung, Ecke) Zweite Phase: Grossversuche, um die praktische Umsetzung und das Tragverhalten zu untersuchen Planung Versuchsbalken Für rechteckige Träger: a/d 2.5 Für T-Träger: a/d 3.0 5

6 d=665mm a=1800mm a/d=2.71 Beam 1 (Referenzträger, 3 Bügel d=8mm) Messeinrichtung 6

7 Dehnmessstreifen auf innenliegenden Bügeln 7

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12 Video des Bruchversuches Bildkorrelationsmessungen 12

13 Bildkorrelationsmessungen Crack width 4 Bildkorrelationsmessungen 13

14 Last-Durchbiegung Dehnungen in Trägermitte Betonstauchen: e cru = 3000 mm/m Biegebewehrung Fliessdehnung: e y = 4000 mm/m 14

15 Risse am zerstörten Träger vor der Reparatur! Risse am zerstörten Träger vor der Reparatur! 15

16 re-bar d=12mm Injektion mit Sika Mörtel Bohrung durch Flansch Spritzbetonschicht ~40 mm re-bar d=12mm Innenliegende Stahlbügel d=8mm Querschnitt 16

17 Injektion Stocken 17

18 Sandstrahlen memory-steel Bügel Installation re-bar d= 12mm 18

19 memory-steel Bügel Installation Spritzbeton 19

20 Spritzbeton Spritzbeton 20

21 Aktivieren der memory-steel Bügel 21

22 Temperaturmessungen während Aktivieren 22

23 Memory-steel Bügel re-bar d=12mm 23

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26 Belastungsversuch 26

27 Last-Durchbiegung 27

28 Prüfprogramm Beam 1 unverstärkt 3 Bügel d=8mm Beam 2 Beam 3 Beam 4 Beam 5. Beam 6. mit aktivierten re-bar und Spritzbeton verstärkt mit nicht aktivierten re-bar und Spritzbeton verstärkt Beam 1 mit aktivierten re-bar und Spritzbeton verstärkt 3 Bügel d=8mm 3 memory-steel Bügel d=12mm 3 Bügel d=8mm 3 memory-steel Bügel d=12mm 3 memory-steel Bügel d=12mm Bemessung Bemessung kann normal nach SIA erfolgen (Fachwerkmodell) Festigkeitswerte und Vorspannung analog wie im Vortrag Biegeverstärkung mit re-bar Wir arbeiten noch daran, wie die Vorspannung im Fachwerkmodell berücksichtigt werden kann (Idee: Beitrag Vorspannung wie zusätzlicher Bewehrungsquerschnitt) 28

29 Fazit Es wurden diverse Kleinversuche und Grossversuche durchgeführt memory-steel re-bar sollte möglichst satt um die Ecke geführt werden, was mit der Lösung mit Spritzbeton der Fall ist Der erste Grossversuch zeigte, dass die Schubverstärkung mit memory-steel re-bar Bügeln und Spritzbeton gut funktioniert Die praktische Anwendung (Betonoberfläche aufrauhen, Fixieren der re-bar Bügel, Spritzbeton, Aktivieren) ist einfach Die re-bar Bügel tragen die Querkraft (Umbiegung unten, Verankerung im Flansch oben) 29