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1 www.hilti.com Tragwerkverstärkung mittels Aufbeton

Tragwerkverstärkung

mittels Aufbeton im Hoch-

und Ingenieurbau

Hilti Ingenieurberatung

M.Sc. Sebastian Hofmann

• Einleitung

• Bemessungsmethode

• Schubverbinder HCC; Kappenanker

• Bauausführung

Agenda

Fahrbahnsanierungen

Wand-/Stützenverstärkungen

Brückensanierungen

Instandsetzungsarbeiten

Anwendungen Aufbeton

Kappenverankerung Deckenverstärkungen

Wasserbauwerke/Schleusen Parkhaussanierungen

Anwendungen Aufbeton

Gründe für die Tragwerkverstärkung

● Nutzungsänderung

● Änderung des statischen Systems

● Korrosionsschäden an der Bewehrung / Beton

● Neue Normen mit höheren Nutzlasten und / oder neuen

Bemessungsregeln

● Außergewöhnliche Einwirkungen (z.B. Anprall, Explosion, Brand,

Erdbeben)

● Planungs- oder Ausführungsfehler

Stützen, Pfeiler, Wände

Tunnelgewölbe Unterzüge Brücken

Decken

Verstärkung Biegezugzone

Verstärkung Biegedruckzone

Tragwerkverstärkung mit Aufbeton

Fragestellungen

● Welches Bemessungsmodell für den Schubwiderstand?

● Werden Schubverbinder generell benötigt?

● Geeignete Schubverbinder?

● Steifigkeit des Systems?

● Oberflächenvorbereitung der Verbundfuge?

● Nichtruhende Einwirkungen?

● Mindestbewehrung?

• Einleitung

• Bauausführung

Agenda

DIN EN 1992-1-1 (EC 2) + NA (D)

Neubeton

V d N Rd

q Schubverbinder

Altbeton

Bemessung - Fachwerkmodell

Randbedingungen des Modells:

● Reaktionskraft auf die Fuge = 100% der Stahlzugkraft

● Verbundfuge über Nutzungsdauer ungerissen

● Verankerungslänge

● Hoher Schubwiderstand durch Adhäsionsanteil

● Vorwiegend ruhende Belastungen

Eignung: Neubauten (z.B. Verbinden von Betonierabschnitten)

DIN EN 1992-1-1 (EC 2) + NA (D)

Bemessung - Fachwerkmodell

Nicht berücksichtigte Thematiken:

● Verbindung von Betonen sehr unterschiedlichen Alters, Festigkeit,

Vorschädigung etc. unter Baustellenbedingungen

● Bei z.B. 60-100mm Neubeton: Geringe Druckstrebenneigung

● Tatsächlich verfügbare Ankertiefen (Bauteilstärken) sind gering:

Funktioniert dann lb,min?

● Ausbildung von Fließgelenken im Dübel ober-/unterhalb der Fuge

• Anpassung der Ausnutzung der Stahltragfähigkeit wegen

Überlagerung der Wirkprinzipien (Zug/Biegung)

• Reaktionskraft auf Fuge: Beton-Zugtragfähigkeit für Schubdübel-

Widerstand maßgebend

● Nichtruhenden Einwirkungen (z.B. Brückenbau)

a) b) c)

Intensive Forschungsarbeit HILTI AG mit wissenschaftlicher Begleitung durch Prof. Wicke / Prof. Randl und Praxiserprobung mit STRABAG AG

Bemessung - CCLT-Methode (Concrete Concrete Load Transfer)

● Tragverhalten in der Schubfuge von unter Baustellenbedingungen

reproduzierbaren Oberflächenrauigkeiten

● Separierung Traganteile des Schubwiderstandes

● Beanspruchungsart und Ausnutzung der Verbundbewehrung

● Ermüdungsverhalten

Durchgängiges System für Bemessung, Konstruktion und Ausführung:

● CCLT-Methode: Anpassung an die Anforderungen für nachträglich

aufgebrachte Betonschichten auf alte Betonbauteile unter Einbezug

internationaler Forschungsergebnisse

● Anwendungsspezifische Schubverbinder

● Empfehlungen für die bauliche Durchbildung

● 19 Jahre Praxiserfahrung an zahlreichen Hoch- und

Ingenieurbauprojekten

Übertragung von Schub im Riß nach Tassios

”Auszug" Reibung

”Kornverzahnung” Kohäsion

”Dübelwirkung" Biegung

Schub-Reibungs-Theorie nach Birkeland

CCLT-Methode – Modell

vRd der Bemessungswert der Schubtragfähigkeit in der Fuge mit:

Kornverzahnung Reibung Dübelbiegung

CCLT-Methode – Modellbildung

Es werden keine Kräfte aus Adhäsion, etc. angesetzt, weil:

● Unter „Baustellenbedingungen“ reduziert sich die Haftfestigkeit oft

durch Verschmutzung oder Risse in der Verbundfuge

(Zwangsspannungen)

● In wissenschaftlichen Untersuchungen wurde daher ein

Verbundbrecher eingesetzt.

kT: Beiwert Kornverzahlung für bewehrte Fuge

fck: char. Zylinderdruckfestigkeit Alt-/ Aufbeton minimaler Wert

Rein mechanischer

Formschluss zwischen

Alt- und Aufbeton.

Kornverzahnung Hilti CCLT Methode

Versuchsergebnis:

Maximal 50% der Stahlzugspannung

wird ausgenutzt.

Berücksichtigung durch Beiwert k

µ: Reibungsbeiwert aus Versuchen

ρ: Bewehrungsgrad aller Schubverbinder in betrachteter Fläche bi·li k: Beiwert Zugkraftanteil im Schubverbinder

fu,k: char. Zugfestigkeit des Schubverbinders (N/mm²)

γs,N: Teilsicherheitsbeiwert Schubverbinder

σn: Spannung aus äußerer Längskraft senkrecht zur Fuge

Reibung

Die Höhe der Reibungskraft

wird begrenzt durch die

maximale Dübeltragfähigkeit

des Ankers im Alt- und

Aufbeton

Die wirksame Reibungskraft ergibt sich aus folgender Bedingung:

VRd,Reibung = m * { min ( NEd,max ; NRd,neu ; NRd, alt) + sn )

m = Reibungsbeiwert (Abhängig von der Oberflächenrauigkeit und Betonfestigkeit)

NEd,max = r * k * fud / gMs,N

NRd,neu = Dübelwiderstand im Neubeton

NRd,alt = Dübelwiderstand im Altbeton

sn = Druckspannung (wird i.d.R. =0 gesetzt)

Reibung II

Der Dübelwiderstand ist abhängig von folgenden Faktoren:

- Betonfestigkeit : Dies beeinflusst die wirksame Einspannlänge

- Stahlfestigkeit

- Oberflächenrauigkeit: Bei einer glatten Fuge wird die komplette

Kraft über Dübel Biegung aufgenommen. Je rauer die

Oberfläche wird, umso mehr wird über Kornverzahnung und

Reibung aufgenommen und der Dübelbiegungsanteil sinkt

proportional ab.

s: Beiwert Dübelwirkung

ρ: Bewehrungsgrad aller Schubverbinder in betrachteter Fläche bi·li fu,k: char. Zugfestigkeit des Schubverbinders (N/mm²)

γs,v: Teilsicherheitsbeiwert Schubverbinder

fck: char. Zylinderdruckfestigkeit Alt-/ Aufbeton minimaler Wert γc: Teilsicherheitsbeiwert Beton

Dübelbiegung

Nachweis gegen Ermüdung

● Weyrauch-Diagramm gibt

Empfehlung für zulässige

Schwingbreite bei Ermüdung

der Verbundfuge

(2.106 Lastwechsel)

● Fugenausbildung mit mittlerer Rautiefe 3mm

● Mindestbewehrung p min ≥ 0,05% empfohlen

CCLT-Methode – Bemessung

Excel -basiertes Bemessungstool für eine schnelle + effiziente Bemessung

mit der Möglichkeit der Erstellung prüffähigen Ausdruckes!

Hilti Design Tool

Ansatz 1: Fachwerkmodell / Schub-Reibungs-Theorie

● DIN EC2 / + NA(D)

• basiert auf dauerhaft ungerissener Fuge – keine Mindestbewehrung

• Verbundbewehrung bis zur Streckgrenze ausgenutzt

• Funktion Druckstreben sichergestellt

• Verbundbewehrung entsprechend Norm verankert

• Zeitnah hergestellte Betonierabschnitte

Ansatz 2: Schub-Reibungs-Theorie / Übertragung Schub im Riss

● CCLT-Methode (Concrete Concrete Load Transfer)

• ungerissene oder gerissene Fuge möglich - Mindestbewehrung

• Verbundbewehrung nur bis 50% der Fließgrenze nutzbar

• Druckstreben werden nicht betrachtet

• Verbundbewehrung als Dübel / Kopfbolzen verankert

• praxistauglicher Verbund von Beton sehr unterschiedlichen Alters mit

Beachtung der aktuellen Betoneigenschaften

Gegenüberstellung der Bemessungsmodelle

• Einleitung

• Bauausführung

Agenda

Schubverbinder HCC-K und HCC-HIT-V

HCC-K HCC-HIT-V

● Anwendung: ohne Korrektur

Bauteil-Niveau und relativ ebene

Oberfläche, wie z.B. Decken im

Hochbau

● Hohe Zugtragfähigkeit NRd,max =

● DIBt-Zulassung HCC-K / -HIT-V

Ø 10/12/14/16

● Für automatische Bohrloch-

reinigung zugelassen

● HIT-RE500-V3 oder HIT-HY 200-A

Schubverbinder HCC-K und HCC-HIT-V

Schubverbinder HCC-B

● Anwendung: Korrektur Bauteil-

Niveau bzw. unebene Oberfläche:

z.B. Brücken

● Angepasste Zugtragfähigkeit

NRd,max = 11 kN

● Sofort belastbar (100 kg)

● Bewehrungs- u. Abstandhalter

● Schnelle, einfache Montage

● Hohe Wirtschaftlichkeit

● Automatische Bohrlochreinigung

möglich

● Verwendbar mit RE500-V3

Justier- u. Montagehilfe

Höhenausgleich 35 mm

Austrittsöffnung Injektionsmörtel

Hilfsstab für Bewehrungsauflage

Bewehrungsauflager

Kappenanker HCC-HIT-V

HCC-HIT-V

● Variable Verankerungstiefe in

Kappe und Tragwerk

● Nach ZTV ING Teil 8 Abschnitt 6

zugelassene Befestigung

erforderlich: ETA-07/0260 und

DIBt-Zulassung Z-21.8-1900

● Ermittlung der Zwangskräfte in

Kappe mit Parameterstudie

● Nachweis Gebrauchstauglichkeit:

nachgewiesene Dichtigkeit mit

0,5 bar (RVS)

● Flexible und wirtschaftlich

optimierte Lösung

● Für automatische Bohrloch-

reinigung zugelassen

● Verwendbar mit RE500-V3

Erweiterung DIBt Z-21.8-1900 Kappenverankerung mit HCC

• Einleitung

• Bauausführung

Agenda

Praktische Umsetzung

Altbeton

Empfehlung zur Oberflächenvorbereitung z.B. Brückenbau [1,2]:

● Ideal: verzahnter bzw. sehr rauer Verbund: Aufrauen mit HDW-Strahlen

und mittlerer Rautiefe Rt > 3 mm, freiliegendes Korngerüst

● Reinhaltung der Fuge bis zum Betonieren: keine Verschmutzungen

zulässig, Bohrarbeiten mit Staubabsaugung, Reinigung Bohrlöcher mit

ölfreier Druckluft bzw. laut Zulassung des Schubverbinders

● Altbeton mehrere Tage feucht halten, freies Wasser darf nicht auf der

Oberfläche stehen, zum Betonieren seidenmatt feuchte Oberfläche

[1] RVS 15.02.34; Juli 2011

[2] Zulassung Schubverbinder HCC-K, Z-21.8-1900

Bauliche Durchbildung

● Höchstdruckwasserstrahlen 1000 – 3000 bar

• Abtrag von chloridhaltigem Beton

• Aufrauen der Oberfläche

● Sandstrahlen

(Fräsen: Tiefgreifender Abtrag von Beton,

Nacharbeiten der Oberfläche notwendig)

● Achtung: keine zusätzliche Schädigung!

Vorbereitung der Verbundfuge

Sandflächenverfahren nach Kaufmann

cm²d²

cm³V40mmR

Prüfung Oberflächenrauigkeit (DAfStb-Heft 525)

Texturtiefe-Messgerät

Bohrarbeiten

Bohrloch-Reinigung

Bohren / Reinigen in einem Arbeitsschritt = 20 % Kosteneinsparung

● Vorteile Hohlbohrer TE-CD und TE-YD:

• Keine Bohrlochreinigung

• Keine Reinigung der Oberflächen

• Staubfreies Arbeiten

• Hoher Arbeitsfortschritt

Innovatives Bohrsystem

Setzen der Schubverbinder

Schubverbinder gesetzt

Verlegung der Bewehrung

Oberer Stab auf Hilfsstab

unterer Stab auf Hilfseisen unterer Stab auf HCC-B

Oberer Stab auf HCC-B

Rezeptur, Einbringen und Nachbehandeln des

Aufbetons [1]:

● Betonrezeptur möglichst fließfähig und schwindarm

● Ausbreitmaß: ≥ F38, günstiger ≥ F45

● Verdichtung mit Rüttelbohle, bei größeren Aufbetonschichten mit

Flaschenrüttler vorverdichten

● Sehr gute Nachbehandlung

[1] RVS 15.02.34; Juli 2011

Stärke ca. 9 – 16 cm

Betongüte: C25/30

Feldgröße: ca. 33 x 7,5 m

Anzahl Schubverbinder: 10.900

Betoniervorgang

Verkehrsfreigabe

Zusammenfassung

● Tragwerkverstärkung rückt immer mehr in den Fokus von Planern,

Behörden, Baufirmen

● Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis

● Das CCLT-Bemessungskonzept wird weltweit angewendet.

Erfahrungen und neue Entwicklungen fließen laufend ein.

● Technisch ausgereiftes Gesamtkonzept (fib 2010)

● Hohe Planungs- und Ausführungssicherheit

● Einfache und zuverlässige Anwendung

● Hilti bietet komplette Systemkette aus einer Hand mit aufeinander

abgestimmten Komponenten

● Bemessung – Schubverbinder – Bohrsysteme – Services

Haftzugversuch Kappenanker HCC-HIT-V

Referenzen

Brücken

Brücke Illerkanal, Neu-Ulm (2009) Brücke BAB 5, Herbolzheim (2009)

Referenz Nahetalbrücke BAB 61

■ Auftraggeber: Straßenbauamt Montabaur

■ Planung: IB Sanoplan GmbH

■ Lösung: 6 HKA-RTZ M16 / m

6 BSt 500 Ø 20 / m

■ Ausführender: ESB Kirchhoff Nahetalbrücke 523 m

Referenz Paradiesbrücke Jena

■ Auftraggeber: Straßenbauamt Jena

■ Planung: HI Bauprojekt GmbH

■ Lösung: hef = 60 mm, HKA M20 zweireihig auf Mittelkappe

■ Ausführung: TS-Bau GmbH

Aufnahme vor Montage Muttern

Referenzen

Brücken

Hochstraßen, Ludwigshafen (2010)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Fragen / Anregungen?

http://www1.wdr.de/mediathek/av/video-groesste-bruecke-der-sauerlandlinie-wird-saniert-

100.html

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