8 Vergussverankerung für Zugglieder aus Faserverbundwerkstoff– Verstärkung der Autobahnüberführung Golling

o. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Johann Kollegger M.EngTU Wien

Dr. techn. Bernhard GaubingerTU Wien

Dipl.-Ing. Johann HorvatitsTU Wien

8.1 Einführung

Einführung Herkömmliche Spannbetonkonstruktionen stellen im allgemeinen äußerst zuverlässige unddauerhafte Bauwerke dar. Unter gewissen Umständen kann die Dauerhaftigkeit solcher Tragwerke, ins-besondere bei Schrägseilen, externer Spanngliedführung oder generell mangelhafter Ausführung durchden Korrosionseinfluss jedoch empfindlich beeinträchtigt werden und sowohl mittel- als auch langfris-tig zu signifikanten Problemen im Tragwerksverhalten führen. In diesem Zusammenhang sind auch dieim Hinblick auf die Nachhaltigkeit des Tragwerks verbundenen Wartungs- und Sanierungsmaßnahmenzu erwähnen, die mit einem größerem Aufwand bzw. höheren Kosten in der Bauwerkserhaltung ver-bunden sind. Die infolge Korrosion bedingten Schadensfälle an Spanngliedern als auch die kosteninten-siven Erhaltungsmaßnahmen führten auf diese Weise zur Suche nach beständigeren Werkstoffen. Faser-verstärkte Kunststoffe („fiber reinforced polymers - FRP“) bieten, was die technischen bzw. mechani-schen Anforderungen betrifft, diesbezüglich eine ausgezeichnete Alternative. Seit einigen Jahrzehntenhat die Anwendung faserverstärkter Kunststoffe bereits in vielen technischen Bereichen ihre Tauglich-keit erfolgreich unter Beweis gestellt. Der Einsatz der Faserverbundwerkstoffe begann vor etwa 50Jahren auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrt, wo aus wirtschaftlichen Gründen besonders leichteMaterialien zum Einsatz gelangten. Bald darauf folgten die Automobilbranche sowie der Maschinen-,Apparate- und Anlagenbau. Unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Aspekte und technischen An-forderungen an den Werkstoff werden in erster Linie drei Fasergruppen zu Faserverbundwerkstoffenweiterverarbeitet: Glas-, Aramid- und Kohlenstofffasern. Im Bereich des Bauwesens weisen unter denGesichtspunkten der Leistungsfähigkeit, Dauerhaftigkeit und Korrosionsbeständigkeit kohlenstofffa-serverstärkte Kunststoffe (CFK) gegenüber den aramid- (AFK) und glasfaserverstärkten Kunststoffen(GFK) das höchste Potential als Alternative zu konventionellen Stahlspanngliedern oder Schrägseilenauf: hohe Festigkeitseigenschaften in Faserlängsrichtung, geringes Gewicht und hohe Resistenz gegen-über chemischen Einflüssen zählen zu den Hauptmerkmalen dieses Faserverbundelementes. Trotz desaußerordentlichen Eigenschaftsprofils von CFK wird vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen eineffizienter Einsatz dieses Materials zum heutigen Zeitpunkt noch durch die hohen Material- und Ferti-gungskosten stark erschwert. Im Hinblick auf die Nachhaltigkeit eines Bauwerks sind jedoch nicht nurdie Kosten für den Neubau bzw. die Erneuerung, sondern die Gesamtkosten über die Lebensdauer des

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Bauwerks in Rechnung zu stellen. Unter diesen Umständen können CFK-Elemente aufgrund ihrer Ei-genschaften in Bezug auf Korrosion und Wartung bzw. Instandsetzung der Konstruktion für bestimmteAnwendungen besser als konventionelle Stahlspannglieder abschneiden. Aus technischer Sicht stelltsich nun die Herausforderung, die außergewöhnlichen Materialeigenschaften solcher Faserverbundele-mente über eine geeignete Ankerkonstruktion in das Bauwerk sicher einzuleiten und optimal auszunüt-zen. Die Schwierigkeit in der technischen Umsetzung besteht darin, dass die Fasern ein stark orthotro-pes Materialverhalten aufweisen und die mechanischen Festigkeitseigenschaften in Faserquerrichtungim Vergleich zur Faserlängsrichtung demzufolge äußerst schwach ausgeprägt sind. Dieser Nachteilführt dazu, dass herkömmliche bzw. erprobte Verankerungssysteme für Stahlspannglieder nicht ange-wendet werden können. Die Aufgabe besteht somit darin, ein Verankerungssystem zu entwickeln, dasdie auftretenden Spannungen im Ankerkörper gleichmäßig verteilt und die auftretenden Zugkräfte ausden Spanngliedern möglichst „sanft“ aus der Verankerung in das Tragwerk einleitet.

8.2 Material

Kohlenstofffasern bestehen zu über 90 % aus Kohlenstoff und können auf zwei Arten hergestellt wer-den: durch die Verkokung von Polyacrylnitril (PAN) oder durch die Verarbeitung von Kohlenwasser-stoffgemischen wie Steinkohleteer oder Erdölpech. Die dabei entstehenden Kohlenstoffschichten sindin Faserrichtung orientiert. Die theoretisch erzielbaren mechanischen Festigkeitseigenschaften resultie-ren aus den kovalenten Bindungsenergien des Graphiteinkristalls in Kohlenstoffschichtrichtung. Auf-grund der fehlenden transversalen kovalenten Bindungen beträgt der Elastizitätsmodul in Querrichtungnur einen geringen Teil des Moduls in Faserlängsrichtung. Diese starke Anisotropie macht sich auch inden anderen Festigkeitseigenschaften (Zugfestigkeit) als auch im unterschiedlichen thermischen Aus-dehnungskoeffizienten in Faserlängs- und -querrichtung bemerkbar, der parallel zu den Kohlenstoff-schichten, also in Faserlängsrichtung leicht negativ ist. Die Ausbildung der Festigkeitseigenschaften istdarüber hinaus nicht nur von der Ausrichtung der Kohlenstoffschichten, sondern auch von den Fehl-stellen, die sich während der Faserherstellung ausbilden, abhängig. Der Faserdurchmesser von Kohlen-stofffasern liegt in der Regel zwischen 5 und 10 µm. Generell weisen Kohlenstofffasern im Gegensatzzu den anderen Kunststoffen einen progressiven Spannungs-Dehnungsverlauf, also einen mit der Belas-tung steigenden Elastizitätsmodul auf. In Abhängigkeit von Fasertyp und Hersteller besitzen C-FasernDichten zwischen 1,6 und 2,0 g/cm3. Aufgrund der Anisotropie des Materials erreicht der Elastizitäts-modul in Faserquerrichtung erheblich geringere Werte von 5 000 bis 20 000 N/mm2 als in Faserlängs-richtung, wodurch die Verankerung von vorgespannten Zugelementen aus CFK aufgrund der hohenQuerdruckempfindlichkeit des Materials nicht mit Hilfe von konventionellen Verankerungstechniken,wie sie bei herkömmlichen Stahlspanngliedern angewendet werden, durchgeführt werden kann. Einweiterer Nachteil liegt in der geringen Energieaufnahme bis zum Bruch, die sich in einer hohen Sprö-digkeit des Materials und einer äußerst niedrigen Bruchdehnung von maximal 1,6 % bei High-TenacityFasern (HT-Fasern) mit hoher Zugfestigkeit und 0,5 % bei High-Modulus Fasern (HM-Fasern) mit ho-hem Elastizitätsmodul niederschlägt. Durch eine Weiterentwicklung zu High-Strain-Fasern (HST) mithoher Bruchdehnung kann diesem Umstand jedoch Rechnung getragen und die Bruchdehnung dabeiauf etwa 2,1 % erhöht werden. Die Steifigkeit bzw. der Elastizitätsmodul kann durch die Entwicklungvon mittelsteifen Inter-Modulus-Fasern (IM) bzw. hochsteifen Ultra-High-Modulus-Fasern gezielt be-einflusst werden. Die besonderen Eigenschaften von Kohlenstofffasern sind in der folgenden Aufstel-lung zusammengefasst:

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Tabelle 8.1: Mechanische Eigenschaften von FVW-Elementen und Spannstahl

Arapree HLV-Element CFK-Draht1 CFK-Draht2 SpannstahlA-Faser G-Faser C-Faser C-Faser (1570 / 1770

Zugfestigkeit [N/mm2] 1 290 1 670 2 453 3 102 > 1 770Elastizitätsmodul [N/mm2] 53 000 51 000 160 000 170 000 205 000Bruchdehnung [%] 2,2 3,3 1,6 1,8 7Dichte [g/cm3] 1,25 2,1 1,6 1,6 7,85

1 glatte Drahtoberfläche (NEDRI) 2 besandete Drahtoberfläche (NEDRI)

Vorteile:

• hohe Festigkeitseigenschaften in Faserlängsrichtung (σF = 1500−3500N/mm2; EF = 180000−500000 N/mm2 in Abhängigkeit des Fasertyps)

• niedriges Eigengewicht (1,6 – 2,0 g/cm3)

• hohe Beständigkeit gegenüber chemikalischen Einflüssen (hohe Korrosionsbeständigkeit; unbe-ständig nur gegen starke Oxidationsmittel)

• hohe Temperaturbeständigkeit (Beständigkeit der mechanischen Festigkeiten bis zu 2.500° C)

• ausgezeichnetes Verhalten unter dynamischer Beanspruchung (hohe Dauerschwingfestigkeit)

• guter elektrischer bzw. thermischer Leiter

Nachteile:

• hohe Materialanisotropie

• geringe Bruchenergie (hohe Materialsprödigkeit, geringe Bruchdehnung)

• hohe Material- und Fertigungskosten

Im Bauwesen werden CFK-Fasern vorwiegend zu Drähten, Litzen, Lamellen oder Matten im Strang-ziehverfahren (Pultrusion) weiterverarbeitet. Lamellen und Matten werden vorwiegend als Verstär-kungselemente eingesetzt, wohingegen unidirektionale Drähte und (verseilte) Litzen als vorgespannteZugelemente ihre Anwendung finden, wobei den CFK-Drähten aufgrund ihrer höheren mechanischenFestigkeitseigenschaften der Vorzug gegeben wird. Die Drähte werden in Analogie zur Litzenformin hexagonaler Anordnung zu 7-, 19- 37- und höherwertigen Drahtbündeln zusammengefügt. In Tabel-le 8.1 sind die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen und konventionellem Spann-stahl zusammengefasst. Es zeigt sich, dass in Bezug auf ihre Zugfestigkeit und ihr geringes GewichtCFK-Zugelemente gegenüber Spannstahl neben den anderen zuvor erwähnten Vorteilen das höchsteEinsatzpotential für einen zweckmäßigen Einsatz als vorgespannte Zugelemente im Bauwesen aufwei-sen.

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8.3 Stand der Technik

Zur Verankerung von Zuggliedern aus Faserverbundwerkstoffen wurden in den vergangenen beidenJahrzehnten bereits einige Verankerungssysteme, die sich in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweisezum Teil erheblich unterscheiden, mit dem Ziel entwickelt, die abzutragenden Lasten aus dem CFK-Spannglied möglichst direkt und unkompliziert in das Bauwerk bzw. in den Untergrund einzuleiten. Sowurde an der Eidgenössischen Material- und Prüfungsanstalt Dübendorf (EMPA) in der Schweiz in Zu-sammenarbeit mit BBRV-Vorspanntechnik bereits in den achtziger Jahren ein derartiges Verankerungs-system für Drahtbündel aus kohlenstofffaserverstärkten Kunstoffen entwickelt und weltweit patentiert.Diese Vergussverankerung besteht aus einer Stahlhülse mit konischer Innenform, in der der CFK-Drahtin einer aushärtbaren Vergussmasse eingebettet ist. Zur Abtragung der Querdruckkräfte in der Veran-kerung wird als Vergusskörper ein Gradientenwerkstoff herangezogen, der im lastnahen, verjüngtenBereich einen niedrigen Elastizitätsmodul und im lastfernen, aufgeweiteten Bereich des Ankers einenhohen Elastizitätsmodul aufweist. Der Aufbau des Gradientenmaterials basiert auf Aluminiumoxidku-geln und Epoxidharz. Die Kugeln werden je nach Modul mit einer dickeren oder dünneren Epoxid-harzschicht umhüllt; der maximale Elastizitätsmodul wird durch unbeschichtete Aluminiumoxidku-geln erreicht (Bild 8.1) [1]. Durch die Abstufung des Gradientenmaterials wird die Spannungsspitzeim Lasteinleitungsbereich reduziert und der Spannungsverlauf über die Ankerlänge geglättet. DiesesVerankerungssystem hat bereits im Zuge von Brückenverstärkungs- und Sanierungsmaßnahmen mitvorgespannten CFK-Spanngliedern bei einigen Pilotprojekten Eingang in die Baupraxis gefunden. DieHerstellung dieses Verankerungssystems mit abgestuften Vergussmaterial erwies sich jedoch als äu-ßerst kompliziert und aufwendig. Zudem ist die Fertigung des Gradientenmaterials in einer derartigenAnkerkonstruktion nur in stehender Position und nur im Werk möglich.

Bild 8.1: Schnitt durch ein Verankerungsmodell einer konischen Vergussverankerung mit Gradientenmaterial(EMPA/BBRV) [2]

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In einem Forschungsvorhaben der Projektpartner i.m.b.-Ingenieurtechnologien für Materialprüfung undBauwerkserhaltung GmbH, einem Tochterunternehmen der Dyckerhoff & Widmann AG München, unddem Lehrstuhl für Massivbau der Technischen Universität München aus den Jahren 1997 bis 1999wurde eine dem Schweizer Modell ähnliche konische Vergussverankerung für unidirektional geführteParalleldrahtbündel aus CFK-Drähten entworfen (Bild 8.2). Aus patentrechtlichen Gründen wurde beidiesem System im Gegensatz zum zuvor beschriebenen Modell eine homogene Harzkomponente alsVergussmaterial herangezogen [3]. Damit war der Verguss der Verankerung in waagrechter Positionmöglich, wodurch die Herstellung wesentlich vereinfacht wurde. Um die Spannkräfte dennoch mög-lichst „sanft“, d. h. gleichmäßig vom Zugelement in den Anker einzutragen, waren die gesamten Ab-messungen des Ankerkörpers, insbesondere jene in Längsrichtung, im Vergleich zu dem an der EMPAentwickelten Modell deutlich zu vergrößern. Dies führte bei steigender Drahtanzahl und gleichzeitigerSenkung des Wirkungsgrades zu erheblichen Problemen in der Herstellung (Gewicht des Stahlköchers,porenfreie Injizierung des Füllstoffes auf der Baustelle und Injizierdauer).

Bild 8.2: Verankerungsmodell einer konischen Vergussverankerung (DSI) [3]

Grundsätzlich liegt bei einem Großteil der bestehenden Verankerungssysteme neben der aufwendigenFertigung bzw. Handhabung und den hohen Materialkosten der gravierender Nachteile im geringenmechanischen Wirkungsgrad der Verankerung und somit in der mangelnden Ausnutzung der mechani-schen Festigkeiten von CFK-Spanngliedern auf, wodurch ein weitläufiger Praxiseinsatz von Kunststoff-spanngliedern als Alternative zu konventionellen Stahlspanngliedern noch erheblich erschwert wird.Tabelle 8.2 gibt eine Übersicht über bestehende Brückenbauwerke, die bereits mit Spanngliedern ausCFK ausgeführt bzw. verstärkt worden sind. Neben Kabelgröße und -bruchlast sind in der Tabelle eben-

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so Hersteller, Baujahr und maximale Spannweite des entsprechenden Brückenbauwerks angegeben. Alsjüngstes Beispiel ist die Autobahnüberführung Golling bei Salzburg angeführt, die im Zuge notwen-diger Ertüchtigungsmaßnahmen mit dem am Institut für Stahlbeton- und Massivbau an der TU-Wienentwickelten Vergussverankerungssystem und im folgenden Abschnitt vorgestellten Verankerungssys-tem ausgestattet wurde. Dieses neuartige Verankerungssystem soll sowohl durch eine bessere Handha-bung als auch durch eine optimale Ausnutzung der mechanischen Festigkeitseigenschaften von CFKeinen innovativen Beitrag dazu leisten soll, den Einsatz von CFK-Spanngliedern in der Baupraxis ineffizienter Weise zu ermöglichen. Die Herstellung und Installation der CFK-Spannglieder sowie dieerforderlichen Adaptierungsmaßnahmen an der Brücke sind in Abschnitt 5 beschrieben.

Tabelle 8.2: Brückenbauwerke mit CFK-Spanngliedern [7]

Brücke Baujahr Maximale Kabelhersteller Kabelgröße Kabel-Spannweite bruchlast

StorchenbrückeWinterthur (CH)

1996 63 m EMPA/BBRV 241 Drähte ∅ 5 mm 15 600 kN

Brücke über dieKleine Emme (CH)

1998 47 m EMPA/BBRV 91 Drähte ∅ 5 mm 4 300 kN

Brücke über denRi di Verdasio (CH)

1999 38 m EMPA/BBRV 19 Drähte ∅ 5 mm 910 kN

Dintelhavenbrücke(NL)

2001 192 m EMPA/BBRV 91 Drähte ∅ 5 mm 6 000 kN

Bridge Street Bridge(USA)

2002 20 m Tokyo Rope CFK-Litze× 37 1 410 kN

LaroinFußgängerbrücke(F)

2002 100 m Freyssinet 21 Drähte ∅ 6 mm 1 600 kN

AutobahnübergangGolling (A)

2003 35 m TU-Wien/VT 37 Drähte ∅ 5 mm 1 900 kN

8.4 Die Verankerung

Das am Institut für Stahlbeton- und Massivbau entwickelte konische Vergussverankerungsmodell istneben einer optimalen Ausnutzung des Verankerungssystems auch auf eine wirtschaftliche und für dieBaupraxis zweckmäßige Herstellung ausgerichtet. Um unter Berücksichtigung der anisotropen Ma-terialeigenschaften der Kohlenstofffasern eine gleichmäßige Spannungsverteilung entlang des CFK-Zuggliedes innerhalb des Verankerungskörpers zu erzielen und den auftretenden Querdruck in der Ver-ankerung zu minimieren, wird die geometrische Form einer herkömmlichen konischen Spannglied-verankerung gedanklich in einzelne Segmente zerlegt und anschließend in umgekehrter Reihenfolgewieder zusammengesetzt (Bild 8.3a) [4][5][6].

Auf diese Weise wird der Vergusskörper am lastnahen Verankerungsende aufgeweitet und gegen daslastferne Ende verjüngt. Aufgrund des größeren Durchmessers des Vergusskörpers und seiner geringe-ren Steifigkeit gegenüber der Stahlhülse wird der Querdruck im lastnahen Verankerungsbereich abge-baut und in die lastferneren Verankerungsbereiche abgeleitet. Die auftretenden Spannungsspitzen wer-den somit reduziert und über die gesamte Ankerlänge gleichmäßig verteilt. Gleichzeitig ist jedoch ein

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(a) Schematische Darstellung (b) Geometrische Parameter

Bild 8.3: Konischen Vergussverankerung [4][5]

gewisses Maß an Querdruck erforderlich, um einen vorzeitigen Auszug des CFK-Spanngliedes aus derVerankerung zu verhindern. Die Innenfläche der Stahlhülse ist daher gegenläufig ausgeführt und mög-lichst glatt auszubilden, um - vergleichbar mit einer konventionellen Keilverankerung - ein gezieltesAbgleiten des Vergusskörpers zusammen mit dem CFK-Spannglied entlang der Konussegmente unterherrschender Zugbeanspruchung des CFK-Elementes zu ermöglichen und somit einen kontrolliertenQuerdruck auf das Zugelement herzustellen. Die Regulierung des Querdrucks bzw. der auftretendenSpannungen entlang des CFK-Spanngliedes erfolgt durch die Wahl bzw. Einstellung der folgendengeometrischen Parameter (Bild 8.3b):

• Neigungswinkel αi der einzelnen Konussegmente,

• Neigungswinkel der Gesamtöffnung β des Vergusskörpers,

• Länge der einzelnen Konussegmente hi bzw. Gesamtlänge der Verankerung.

Das hier beschriebene bzw. entwickelte Verankerungsmodell unterscheidet sich von den bisher ent-wickelten Verankerungssystemen, bei denen der Vergusskörper mit einem aufwändig herzustellendenGradientenwerkstoff ausgestattet oder der Verankerungskörper mit entsprechend größeren Abmessun-gen und somit größerem Gewicht ausgeführt wurde, somit in seiner innovativen geometrischen Form.Numerische Untersuchungen und experimentelle Versuche an diesem Verankerungsmodell mit unter-schiedlichen Spanngliedgrößen haben bereits ergeben, dass mit diesem System eine hohe Ausnutzungder mechanischen Festigkeitseigenschaften von vorgespannten CFK-Spanngliedern und somit eine ho-he Effizienz des Verankerungssystems erzielt werden kann. So konnte beispielsweise bei dem entwi-ckelten Verankerungsmodell für Spannglieder mit einer Kabelgröße von 19 bzw. 37 CFK-Drähten undeinem Drahtdurchmesser von 5 mm die Bruchfestigkeit des CFK-Spanngliedes und somit der Wir-kungsgrad von 100 % des Verankerungssystems erreicht werden. Im Sommer des Jahres 2003 konnteder praktische Einsatz dieser Verankerungskörper gleichzeitig mit der erstmaligen Anwendung vonCFK-Spanngliedern in Österreich im Zuge einer Verstärkungsmaßnahme der Autobahnbrücke Golling,Salzburg, in Angriff genommen werden.

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Bild 8.4: Gesamtansicht der Autobahnüberführung Golling

Bild 8.5: Vorspannung der neu eingezogenen Querträger, aufgeklebte CFK-Lamellen im Randfeld

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8.5 Verstärkung der Autobahnüberführung Golling bei Salzburg mitCFK - Spanngliedern

8.5.1 Verstärkungsmaßnahmen

Bei der 1970 hergestellten Spannbetonbrücke mit nachträglichem Verbund (11,50 m + 33,50 m + 11,50 m)handelt es sich um einen zweizelligen Kastenquerschnitt über drei Felder (Bild 8.5a). Aufgrund der inden letzten Jahren stark gestiegenen Verkehrsbelastung erwies sich eine Ertüchtigung des Brückentrag-werks als unumgänglich. Zu diesem Zweck erfolgte der Einbau von 16 geradlinig geführten externenCFK-Spanngliedern im Hohlkasten. Die Spannglieder wurden aus je 37 Drähten mit einem Einzel-drahtdurchmesser von 5 mm zusammengesetzt. Die Vorspannkraft der CFK-Spannglieder wurde mit je730 kN festgelegt, was einer Ausnutzung der Kabelbruchlast von 37 % entspricht. Um die zusätzlicheVorspannkraft in den Brückenquerschnitt einleiten zu können, wurden im Stützenbereich der Randfel-der zwei neue Querträger eingezogen. Die Ableitung der Vorspannkraft aus den Querträgern in dasLängstragwerk wurde durch Vorspannung der Querträger mittels Spannstahllitzen und gleichzeitigerVerbesserung der Verbundwirkung zwischen Längs- und Querträger durch Sandstrahlung der Kontakt-flächen vollzogen. Durch eine konstruktive Trennung der neuen Querträger von der unteren und oberenFahrbahnplatte konnte eine zusätzliche Biegebeanspruchung dieser Platten vermieden werden. Durchdie Applikation der CFK-Spannkabel im Mittelfeld und nicht vollständig zwängungsfreie Lagerungs-verhältnisse mussten die aus der Vorspannung resultierenden Zugspannungen im Randfeld durch aufder Unterseite der Längsträger zu befestigenden CFK-Lamellen aufgenommen werden (Bild 8.5b). DieHerstellung, Applikation und Vorspannung dieser 16 CFK-Spannglieder erfolgte in Kooperation mitder Firma Vorspann-Technik [7].

8.5.2 Herstellung CFK-Spannkabel

Im ersten Arbeitsschritt wurden die von der Firma Nedri (Holland) gelieferten CFK-Drähte ausgerollt,auf die definierte Länge gebracht und einer visuellen Begutachtung unterzogen. Danach konnten die ab-gelängten Drähte zu Drahtbündel mit je 37 Stück zusammengefasst werden. In einem zweiten Schrittwurden die Länge und Lage der Spannglieder festgelegt. Zu diesem Zweck wurden die Drahtendender einen Seite in zwei dünne Lochscheiben (Fixierscheiben) aus Stahl, mit denen die hexagonaleDrahtanordnung hergestellt wurde eingefädelt. Ihr Außendurchmesser war etwas kleiner als der last-ferne Konusdurchmesser der Stahlhülse. Die Drahtenden wurden über einen schnell erhärtenden Epo-xydharzkleber in die erste der beiden Lochscheiben eingeklebt. Nachdem die erste Endfixierung desSpannkabels ausgehärtet war, wurde die zweite Lochscheibe an das gegenüberliegende Ende gescho-ben, die Kabellänge noch einmal geprüft bzw. nachkorrigiert und am zweiten Ende die Einzeldrähtemit dem Epoxydharz in die Lochscheibe geklebt. Auf diese Weise konnten auf der gesamten Kabellän-ge der parallele Drahtlauf gewährleistet und Drahtkreuzungen ausgeschlossen werden. Zwischen denbeiden Kabelenden wurde das gesamte Stabpaket durch Klebebänder zusammengehalten. Die Fixier-arbeiten wurden mit einer Endreinigung der beiden Kabelenden abgeschlossen. Während des Aushär-tungsprozesses der Endfixierung konnten die einzelnen Verankerungen mit Aceton gereinigt werden.Anschließend wurde eine Teflonschicht an der Stahlinnenfläche der Verankerung aufgetragen, um dieGleitfähigkeit des Vergusskörpers entlang der Stahlhülse zu gewährleisten. Um das Außengewinde derVerankerungen von Verunreinigungen frei zu halten, erhielten diese bis zum Einbau in das Brückentrag-werk eine Schutzfolie. Nun konnten die vorbereiteten Ankerkörper für den Verguss in Position gebracht,die an den Enden fixierten CFK-Drahtbündel über einen Umlenkbock geführt und die mit Aceton gerei-nigten CFK-Drahtenden in die Verankerung eingebracht werden. Der Verguss wurde mit einem kalter-

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härtenden Dreikomponentenepoxydharz der Firma DSI, welches mittels Drucktopf eingebracht wurde,durchgeführt. Um die Gebrauchstemperatur und Endfestigkeit des verwendeten Epoxydharzes zu stei-gern, wurden die vergossenen Verankerungen bei 60° C nachgetempert. Eine fertige Verankerung nachAbschluss der Vergussarbeiten ist in Bild 8.6a dargestellt. Um die CFK-Spannglieder vor mechani-scher Beschädigung zu schützen, entschloss man sich Hüllrohre zu verwenden. Die Hüllrohre wurdenzwischen den beiden Vergussvorgängen des Spannkabel appliziert. Der Übergang Hüllrohr und Ver-ankerung erfolgte durch eine Kunststoff - Stahltrompete, welche an der lastnahen Verankerungsseitebefestigt wurde. Beim Hüllrohr selbst handelte es sich um ein relativ leichtes und ungelochtes Draina-gerohr. Das Hüllrohr setzte sich aus insgesamt 3 Teilen mit zwei in sich angepassten Durchmessern undeiner gegenseitigen Überlappung an den Übergängen von ca. 0,75 m zusammen. Für den Transport wur-den die einbaufertigen CFK-Spannkabel auf Abroller mit einem Durchmesser von 2,25 m aufgewickelt(Bild 8.6b).

Bild 8.6: Ankerkörper (a) und aufgerollte CFK-Spannkabel vor dem Einbau (b)

8.5.3 Installation und Vorspannung der Spannkabel

Sämtliche CFK-Spannkabel konnten aufgrund ihres geringen Gewichts ohne maschinelle Hilfsmitteldurch die Einstiegsöffnungen an der Unterseite der Bodenplatte in den Kastenquerschnitt eingebrachtwerden. Nachdem die Verankerungen durch das erste Querträgerpaar gezogen wurden, konnte sie aufeinen „Schlitten“ gelegt und bis zum gegenüberliegendem Querträgerpaar transportiert werden. Die vonder Schutzfolie freigelegten Außengewinde wurden mit Gleit- und Schutzfett versehen. Der Spannvor-gang wurde mittels einer umgebauten Spannpresse der Firma Vorspann-Technik gemäss Spannproto-koll durchgeführt und die vorausberechneten Endlage planmäßig erreicht (Bild 8.7). Nach Abschluss

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des Spannvorganges wurden die Verankerungen mit Fettbandagen und einer PE-Abdeckhaube vor Kor-rosion geschützt. Die Kontrolle der Rissbreiten in den Randfeldern während und nach Beendigung derVorspannarbeiten ergab keine wesentliche Änderung zum Ausgangszustand.

Bild 8.7: Ankerkörper (a) und CFK-Spannglieder (b) im eingebauten Zustand

Die Herstellung und Installation der Kabel konnte innerhalb von zwei Wochen vollständig abgeschlos-sen werden.

8.6 Ausblick

Die externen Spannglieder der Autobahnüberführung aus CFK sind die erste derartige Anwendung inÖsterreich. Der erfolgreiche Praxiseinsatz hat gezeigt, dass Zugglieder aus CFK vor allem dort einesinnvolle Alternative zu konventionellen Stahlspanngliedern darstellen, wo besondere physikalischebzw. chemische Anforderungen an das Zugglied gestellt werden (Korrosion) oder das Eigengewicht dieTragfähigkeit des Zuggliedes entscheidend beeinflusst (Schrägkabel). Die neue Verankerungstechnikder CFK-Spannglieder eröffnet mit ihrer effizienten und wirtschaftlichen Funktionsweise diesbezüglicheine neue Perspektive für die zukünftige Anwendung dieser Hochleistungsverbundwerkstoffe in derBaupraxis.

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Literaturverzeichnis

[1] Meier, U.: Unidirektionale CFK-Profile im konstruktiven Ingenieurbau. In: Kreative Ingenieur-leistungen. Seminarband. Herausgeber: K. Bergmeister, J. Wörner, Darmstadt, Wien: 1998.

[2] Meier, U.: Zwei CFK-Kabel für die Storchenbrücke.In: Schweizer Ingenieur und Architekt 44 (1996), S. 980–985.

[3] Windisch, A.: Zug-/Spannglieder aus Kohlenstofffaser-Kuststoff-Verbunden für das Bauwesen.In: Neue Werkstoffe in Bayern. Seminarband. München: September 2000.

[4] Bahr, G.; Gaubinger, B.; Hampel, G.; Kollegger, J.: Innovative Anchorage System for CFRP-Tendons. In: Concrete Structures in the 21st century. Proceedings of the First fib-Congress, Volu-me 2, S. 7.79–7.80. Osaka: 2002.

[5] Gaubinger, B.; Kollegger, J.: Development of an Anchorage System for CFRP-Tendons.In: Towards a Better Built Environment - Innovation, Sustainability, Information Technology. IAB-SE Symposium Report, S. 368-369. Melbourne: 2002.

[6] Gaubinger, B.: Entwicklung einer Vergussverankerung für vorgespannte CFK-Spannglieder.Dissertation. Wien: 2003.

[7] Horvatis, J.; Kollegger, J.: Anchorage Advances.In: Bridge Design and Engineering 33 (2003/4). S 69–71

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