F1 Zug- und Druckglieder aus Beton- und Spannstahl EINFÜHRUNG 1.1 Historie 1.2 Betonstahl 1.3 Spannstahl 1.4 Korrosionsschutz 1.5 Preis/Leistungsverhältnis Vor- und Nachteile in der Anwendung Aktuelle Regelwerke 2. ANWENDUNGEN 2.1 Spannverfahren, Dauerhaftigkeit Spannen,Verpressen p Sonderanwendungen 2.2 Schrägseile aus Litzen 2.3 Geotechnik mit Gewindestahl 24 2.4 Druckbewehrung Prof. Dr.-Ing. Jungwirth 3. SCHLUSSBEMERKUNG
Zug- und Druckglieder 1.1 Historie F 2 Stahlbeton Spannbeton Monier 1849 Jackson 1886 Detail Opernturm 2008 Rügenbrücke 2007 Bild 1
Zug- und Druckglieder 1.2 Betonstahl F 3 Kenngrößen S 670 A α Detail A abc s H d 90 dv Querschnitt R a Kraft [kn] 4000 3500 3000 2500 2000 1500 SAS 670 Strecklast SAS 670 Bruchlast 1000 500 0 18 22 25 28 30 35 43 57 63 75 Durchmesser [mm] Bild 2
Zug- und Druckglieder F 4 1.3 Spannstähle EN 10138: Übersicht, Auszug 1. Vergüteter Draht: Kaum im Markt 2. Naturharte Stäbe: St110/135 zurückgezogen St1080/1230 läuft aus Gewindestahl St 950/1050050 Ø15 bis 47mm St 835/1035 Ø57 bis 75mm Glattstahl St 950/1050 Ø32 und 36mm Schalungsanker St900/1100 Ø15 und 20mm ( Bergbaugew.st. S 450/700 Ø16 und 25mm S 650/800 Ø22 bis 30mm) 3. Litze Vorwiegend St 1860/1600 Ø 0,62
Zug- und Druckglieder 1.3 Spannstähle F 5 Empfindlichkeiten Kerbzugversuche - Festigkeits-/ Dehnungsverlust in % - Vergleich diverser Güten 100 80 Verminderung in % 60 40 Zugfestigkeit Rm Bruchdehnung A10 Dehnung Agt 20 0 Ø: 15,0 AWM 1100 Schm. 089072 Ø: 15,0 St 900/1100 Schm. K313231 Ø: 36,0 St 1080/1230 Schm. V329155 Ø: 36,0 St 950/1050 Schm. K322625 Ø: 22,0 Gewi-R S670 Schm. V433086 Bild 3
Zug- und Druckglieder 1.4 Korrosionsschutz F 6 Korrosionsschutzsysteme Temporär: Semipermanent: Dauerhaft: trocken Öle, Fette (Spannstahl) stahlbaugemäßer Anstrich Zink, Kunststoff t ( Duplex ) Abrostraten ( Bild 15 ) Zementleim ü = 10 bis 50 mm je nach Expositionsklasse Zul. Rissbreite 0,2 bis 0,4 mm je nach Anforderungs-/Expositionskl. Dekompression bei Spannbeton, Einwirkungskombination, w=0,2, Cl! Geotechnik EN 1537, Spannstahl w 0,1 ( Betonstahl w 0,2 ) Schrumpfschlauch, passiv! Fette und Wachse PP/ PE Verrohrung ( Bild 8 ) Kathodischer Korrosionsschutz Elektrisch isolierte Systeme ( Bild 8 ) Edelstähle e!
Zug- und Druckglieder 1.5 Preis/Leistungsverhältnis F 7 Preis/Leistungsverhältnis: Kosten pro Tonne Material in --------------------------------------------------------------- 7,85 =. / MN m Steckgrenze/Bruchspannung in N/mm² Beispiele: Litze,Material 4,90 /MN m= 4,9Cent/to m Betonstahl,Material 7,85 " Carbon,Material >25,00 " Betonstahl mit Lohn,alle 3m 50%-Stoß 12,80 " S 670 mit Lohn,alle 3m 50%-Muffenstoß 10,80 " Litzenspannglied,komplett 15,00 " Normalbeton 7,00 " Hochfester Beton 14,00 "
2.1 Spannverfahren Zug- und Druckglieder F 8 2.1.1 Übersicht Monostrand; CMM-Band Mehrflächenanker, Litze Externe Vorspannungen Bild 4
Zug- und Druckglieder 2.1.2 Dauerhaftigkeitsproblem Reibung F 9 Reibungsprobleme Bild 5
Zug- und Druckglieder 2.1.2 Dauerhaftigkeitsproblem Reibung F 10 Vorhaltemaß beim Vorspannen δ f p0max pk 0,8588 0,73 065 0,65 0,55 δp0max f0,1k 1,0 0,9 0,7 m μ = 1,0μ 1,3 μ 1,5 μ 0,9 f01, k δp0 max 09, δ f 01, k e m μ = γ 0 überspannen soll δ p0max δ0 = e ziel μ γ Litz ze 1520/177 70 05 0,5 2,0 μ 1 01, k γ= 09, In m( 1) μ 0,3 δp0max 20 40 60 μ γ 0 0,5 1,0 f μ γ ist δ 0 μγ Bild 6
Zug- und Druckglieder 2.1.3 Dauerhaftigkeitsproblem Verpressen F 11 Richtlinie ASTRA und SBB - PL1 Spannglied mit Blechhüllrohr - PL2 Spannglied mit PP/PE-Hüllrohr - PL3 Elektrisch isolierte Systeme IST SOLL Bild 7
Zug- und Druckglieder 2.1.3 Dauerhaftigkeitsproblem Verpressen F 12 Elektrisch isoliertes System PP/PE Verrohrung Bild 8
Zug- und Druckglieder 2.2 Schrägseile aus Litzen F 13 Verwendung von kurzen schlupfarmen Spanngliedern Bild 9
Zug- und Druckglieder 2.2 Schrägseile aus Litzen F 14 Schrägseil Detail, DYNA GRIP Bild 10
Zug- und Druckglieder 2.2 Schrägseile aus Litzen F 15 Möglichkeiten der Überwachungsprüfung g - Befahren des Seiles - Magnetinduktion für freie Länge - Ultraschall im Ankerbereich - Schwingungsmessung Längskraft -Endoskopie - Ankerkopf öffnen - Einzelne Litzen/ Seil auswechselbar
Zug- und Druckglieder 2.2 Schrägseile aus Litzen F 16 Donaubrücke Wesel Bild 11
Zug- und Druckglieder 2.3 Geotechnik mit Gewindestahl F 17 Lastgrößen 4000 Streckgrenzenlast [kn] 3690 3500 Bodennagel/Bolzen SAS 500, SAS 555, SAS 670 Anker SAS 670 3000 Mikropfahl SAS 670 2780 2960 2500 2000 1500 1000 500 0 Anker Y 1050 525 474 960 760 645 1190 973 630 1650 980 2130 1740 2122 1760 Y 1035 Ø 57 75 mm Y 1050 Ø 18 47 mm SAS 670 Ø 18 75 mm SAS 500 Ø 20 50 mm SAS 555 Ø 63,5 mm 230 310 405 170 245 160 Nenndurchmesser [mm] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 18 22 25 28 32 35 36 43 47 57 63,5 65 75 Bild 12
Zug- und Druckglieder 2.3 Geotechnik mit Gewindestahl F 18 Anwendungsbereiche Nagel zur Sicherung von Hängen und steilen Böschungen SAS 500, SAS 555 und SAS 670 (Rissbreite < 0,2 mm) Bolzen für Tunnelbau aus SAS 500 und SAS 670 Pfahl bei schlechtem Baugrund, für Verstärkung und Auftriebssicherung aus SAS 500, SAS 555 und SAS 670, auf Zug und Druck voll ausnutzbar Anker für Baugruben, Bauwerke, Felswände SAS 670, Y 1035 und Y 1050 Bild 13
Zug- und Druckglieder 2.3 Geotechnik mit Gewindestahl F 19 Nutzungsdauer, Korrosionsbelastung, Korrosionsschutzsysteme Nutzungsdauer temporär semipermanent permanent 2 bis 7 Jahren bis zu 50 Jahren bis zu 120 Jahren Korrosionsbelastung (EN 12501) - niedrig - mittel - hoch Korrosionsschutzsysteme - blanker Stahl - verzinkt, epoxybeschichtet - dünne Mörtelschicht ohne und mit Abrostrate - Standard Korrosionsschutz mit dicker Mörteldeckung - doppelter Korrosionsschutz mit Ripprohr und Mörtel bzw. Schrumpfschlauch nach EN1537 Bild 14
Zug- und Druckglieder 2.3 Geotechnik mit Gewindestahl F 20 Abrostraten [2] Bild 15
Zug- und Druckglieder 2.3 Geotechnik mit Gewindestahl F 21 Pfahldetails DRUCKBEANSPRUCHUNG: A Stahlrohr sichert Lasteintragung, τ = 5 N/mm² A Mantelrohr gegen Knicken bei Böden mit Scherfestigkeit < 10 kn/m² B Zementleimdeckung > 0,8 Ø wegen Längsrissgefahr aus Querdehnung ZUGBEANSPRUCHUNG : C Rissüberbrückung Bauwerk/Pfahl durch Ripprohr D Rissbreiten Stahl/Zementleim < 0,2 mm (nach Wichter) D Rissbreiten Stahl/Ripprohr/ Zementleim < 0,1 mm Bild 16
Zug- und Druckglieder 2.3 Geotechnik mit Gewindestahl F 22 Dauerhaftigkeitsmatrix [2] Bild 17
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 23 Erweiterung des Standes der Technik Bild 18
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 24 Substitut durch S 670 und Minimierung A: BSt 500 μ Stoß = 9% 32 x 32 cm B: Substitut S 670 μ = 3,9% 32 x 32 cm C: Minimal S 670 μ = 17% 20 x 20 cm konventionell Substitut Querschnittsminimierung Bild 19
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 25 Substitut durch S 670 Bild 20
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 26 Kostenvorteile bei Querschnittsminimierung Beton C45/55 Standard d Beton Stahl Bewehrungsgrad [%] BSt 500 S 6 C45/55 Standard d Beton S 670 18 C100/115 Hochfester Beton mit Fasern BSt 500 S 6 C100/115 Hochfester Beton mit Fasern S 670 18 Querschnitt a x a [cm] 66x66 40x40 50x50 36x36 Querschnittsfläche [m²] [%] 0, 436 100 0,160 37 0,250 57 0,130 30 Herstellkosten pro Stütze [ ] 1.030 1.100 960 1.050 Flächengewinn [m²] [%] Kostenersparnis bei [ ] 10.000000 /m² Gewicht [t/m] [%] 0 0 0,28 63 0,19 43 0,31 70 0 2.800 1.900 3.100 1,14 100 0,53 46 0,66 58 0,44 39 Bild 21
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 27 Erweiterung von DIN 1045-1 1 bzw. EC 2 - kein Übergreifungsstoß, Druckmuffe - S670/800, bis Ø 75mm, µ 20% - Stauchgrenze voll ausgenutzt durch k+s - Verbundsicherungsbewehrung - Betondeckung > 0,8 Ø - mäßiger Zug (Rissbreite!) -Bügel bei Ø 75 nur 1/6 ØLängs statt ¼
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 28 Prinzip der Lastumlagerung Rohbau Bauwerk bezugsfertig Im Grenzzustand Last 0 80% Last 100% Last ~ 140% Beton 2/3 Beton 1/3 Beton 1/2 elastisch Stahl 1/3 Stahl 2/3 nach Kriechen und Schwinden im Bruchzustand Stahl 1/2 Bild 22
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 29 Grenzlinien der Betonverformung Bild 23
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 30 Aufteilung der Beton- und Stahlkräfte Bild 24
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 31 Aufteilung der Beton- und Stahlkräfte Bild 25
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 32 Konstruktionsdetails Bild 26
Zug- und Druckglieder 2.4 Druckbewehrung F 33 Opernturm Frankfurt Bild 27