Verstärken mit Textilbeton nach abZ Z-31.10-182 - Ein Leitfaden für planende Architekten und Ingenieure, für Ausführungsunternehmen und für ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Verstärken mit Textilbeton nach abZ Z-31.10-182 Stand: 15. September 2020 Ein Leitfaden für planende Architekten und Ingenieure, für Ausführungsunternehmen und für Bauherren Leichter bauen – Zukunft formen
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Inhaltsverzeichnis 01. TUDALIT® – die Qualitätsmarke für textile Bewehrungen im Betonbau 02. Textilbeton im Überblick 03. Anwendung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung abZ Z-31.10-182 04. Konstruktion und Verfahren für Textilbetonverstärkungen 05. Bemessung 06. Bemessungssoftware 07. Produktdatenblätter und Materialproben Bausatzkomponenten Gelege Bausatzkomponente Feinbeton 08. Ausschreibungshilfen 09. Zertifizierte Unternehmen nach abZ Stand: 15. September 2020 10. Hersteller, Service und Ansprechpartner 11. Vorschriften und Regelwerk Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung abZ Z-31.10-182 Verzeichnis der anerkannten Prüfstellen 12. Referenzen und Beispiele für Verstärkungen und Risssanierungen mit Textilbeton Die Planermappe 0-2
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Vorwort Die vorliegende allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Nr. Z-31.10-182 „Verfahren zur Verstärkung von Stahl- beton mit TUDALIT (Textilbewehrter Beton)“ ist eine mit der Qualitätsmarke ausgewiesene Zulassung. Die vorliegende abZ ist als Initialentwicklung und Einstiegstechnologie zu verstehen. Ihre Erteilung ist das Ergebnis einer mehrjährigen, bisher einmaligen Gemeinschaftsarbeit der TUDALIT-Mitglieder. Wir wünschen uns, dass Ihnen die Planermappe hilft, sich bei geeigneten Projekten zur Biegeverstärkung von Stahlbeton für die Anwendung dieser neuen und faszinierenden Technologie zu entscheiden. Gern nehmen wir Ihre Hinweise und Anregungen zur Verbesserung der Planermappe entgegen. Ulrich Assmann Vorsitzender des Vorstandes des TUDALIT e.V. Stand: 15. September 2020 Die Planermappe 0-3
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Impressum Die Planermappe – Verstärken mit Textilbeton nach abZ Z-31.10-182 Kontakt: TUDALIT e.V. Dipl.-Ing. Kerstin Schön Freiberger Str. 37 Tel.: +49 351 40470-410 01067 Dresden Fax: +49 351 40470-310 www.tudalit.de | info@tudalit.de Redaktion Vorstand und Geschäftsstelle des TUDALIT e.V. Wir danken Frau Dr. Ingelore Gaitzsch für die koordinierende Bearbeitung der Zuarbeiten, Prof. Dr. Peter Of- fermann, Mitarbeitern des Instituts für Massivbau der TU Dresden (Dipl.-Ing. Michael F renzel, Dr.-Ing. Harald Michler, Dipl.-Ing. Egbert Müller, Dr.-Ing. Silke Scheerer), Dipl.-Ing. Ammar Al-Jamous, Dipl.-Ing. Erich Erhard und Dr.-Ing. Silvio Weiland sowie allen am Zustandekommen der Planermappe beteiligten Mitgliedsunterneh- men des TUDALIT e.V. Gestaltung / Satz Ulrich van Stipriaan Druck Stand: 15. September 2020 addprint AG · Am Spitzberg 8a · 01728 Bannewitz 1. Auflage: 15. November 2016 Aktualisierung und Stand des Inhats einzelner Seiten siehe linker Blattrand Haftungsausschluss Alle in diesem Werk enthaltenen Angaben erfolgen nach bestem Wissen und Gewissen. Sie können jedoch nicht die projektbezogene planerische Leistung ersetzen und entbinden den Anwender nicht von seiner Pflicht zur Prüfung und Anwendung der einschlägigen Vorschriften für den Anwendungsfall. Herausgeber und Autoren übernehmen keine Haftung für die Richtigkeit der Angaben. Die Planermappe 0-4
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen 1. TUDALIT® – die Qualitätsmarke für textile Bewehrungen im Betonbau Der Verbundwerkstoff Textilbeton revolutioniert das Bauen in der Welt und eröffnet ganz neue Möglichkeiten für Bauherrn und Architekten. Der Verbundwerkstoff Textilbeton wurde an renommierten deutschen Forschungseinrichtungen entwickelt und steht für Praxisanwendungen bereit. Seine Anwendungsgebiete umfassen: q Neubau, q Sanierung, q Verstärkung. Mit der Qualitätsmarke TUDALIT® stehen hierfür Produkte zur Verfügung, bei denen höchste technische Standards und eine enge Zusammenarbeit zwischen Herstellern und Unternehmen von der Planung bis zum Einsatz auf der Baustelle gesichert sind. Stand: 15. September 2020 Der Verband der Qualitätsmarke TUDALIT® wurde im Januar 2009 gegründet. Der TUDALIT e.V. hat über mehr als vier Jahre die Grundlagen für die Erteilung einer ersten allgemeinen bau- aufsichtlichen Zulassung erarbeitet und finanziert. Wertvolle Erfahrungen konnten durch eine Reihe von Vorhaben mit Zustimmungen im Einzelfall gewonnen werden. Verstärkung eines Hyparschalendachs in Schweinfurt Foto: Ulrich van Stipriaan Die Planermappe, Kapitel 1 1-1
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Stand: 15. September 2020 Textilbetonverstärkung Canyon Bicycles GmbH in Koblenz Foto: Frank Schladitz Verstärkung einer Kaufhausdecke in Prag Tonnengewölbe Finanzamt Zwickau nach der Verstär- Foto: Frank Schladitz kung Foto: Enrico Lorenz Am 01.06.2014 erteilte das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) Berlin eine allgemeine bauaufsichtliche Zu- lassung „Verfahren zur Verstärkung von Stahlbeton mit TUDALIT® (Textilbewehrter Beton)“. Diese Zulassung begründet zugleich den Aufbau eines TUDALIT-Qualitätssiegels für Textilbetonanwendungen im Hoch- und Ingenieurbau. Wenn eine Verstärkungsmaßnahme als eine durch die Marke TUDALIT® qualitätsgesicherte Anwendung durchgeführt werden soll, steht Ihnen der TUDALIT-Verband als Partner zur Seite. Wir unterstützen Sie, folgende in der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung festgelegten Voraussetzungen zu erfüllen und dem Bauherren gegenüber nachzuweisen: q Verwendung der in der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z-31.10-182 definierten TUDALIT®- Bausatzkomponenten, q Ausführung der Arbeiten durch hierfür zertifizierte Unternehmen, Die Planermappe, Kapitel 1 1-2
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Ansprechpartner TUDALIT e.V. Tel.: +49 351 40470-410 Dipl.-Ing. Kerstin Schön Fax: +49 351 40470-310 Freiberger Str. 37 www.tudalit.de 01067 Dresden info@tudalit.de Leichter bauen – Zukunft formen Stand: 15. September 2020 VERSTÄRKUNG MIT CARBON 3 Verbesserung des Tragverhaltens 3 Instandsetzung von Bauwerken 3 Minimale Auftragsdicke 3 Korrosionsfrei und frei formbar 3 Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) Berlin erteilt allgemeine bauaufsichtliche Zulassung 3 TUDALIT e.V. www.tudalit.de -182 0 Z-31.1 TUDALIT® e. V. Freiberger Str. 37 · 01067 Dresden · Germany Tel. +49 351 40470 410 · Fax +49 351 40470 310 Die Planermappe, Kapitel 1 info@tudalit.de · www.tudalit.de 1-3
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen 2. Textilbeton im Überblick Textilbeton ist ein Verbundwerkstoff aus speziellen Feinbetonmatrices und Bewehrungen aus gitterartigen textilen Gelegen. Die Gelege bestehen aus Carbonfasern oder anderen geeigneten Hochleistungsfasern, z. B. alkaliresistenten Glasfasern. Das Größtkorn der mineralischen Matrix liegt in der Regel zwischen 1 bis 4 mm. Die textilen Carbonbewehrungen korrodieren nicht. Deshalb sind beim Textilbeton mit Carbonbewehrung – im Gegensatz zum Stahlbetonbau – keine dicken Betondeckungen erforderlich. Die Mindestbetonüberde- ckungen beim Textilbeton müssen lediglich den Verbund von textiler Bewehrung und der Betonmatrix sicher- stellen und liegen ebenso wie die Bewehrungsdurchmesser im Millimeterbereich. Textilbetonkomponenten für die Verstärkung von Stahlbeton mit TUDALIT® nach abZ Stand: 15. November 2016 Bild 2.1 Carbonfilamente Carbonroving Gittergelege (textile Bewehrung) Bilder: Frank Schladitz Inhaltsstoffe: q Zement CEM III B 32,5 q Steinkohlenflugasche q Mikrosilikasuspension q Sand 0/1 q Fließmittel Bild 2.2 Feinbeton (Werktrockenmörtel) Die Planermappe, Kapitel 2 2-1
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Verbundwerkstoff Textilbeton Bild 2.3: 2lagige Textilbewehrung aus Carbonfilamentgarnen nach abZ (12-K-Garn in Nebenlastrichtung, 50-K-Garn in Hauptlastrichtung) Foto: Jörg Singer Stand: 15. November 2016 Bild 2.4: Beispiel einer zylindrisch gekrümmten Schale mit einem Abstandsgelege aus Carbonfasergarnen (Hersteller V. FRAAS Solutions in Textile GmbH) Foto: Ulrich van Stipriaan Die Planermappe, Kapitel 2 2-2
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Vorteile des Verbundwerkstoffs Textilbeton q Textilbetonkonstruktionen sind schlank, leicht, hochleistungsfähig und materialsparend. Typische Bauteildicken liegen im Bereich von 10 mm bis 50 mm. Bei der Verstärkung von Stahlbetonbauteilen nach vorliegender allgemeiner bauaufsicht- licher Zulassung werden je nach Anzahl der Bewehrungslagen (maximal bis 4) lediglich Schichtdicken von ca. 6 mm bis 30 mm erforderlich. q Der geringe Platzbedarf der Textilbetonverstärkungen prädestiniert das Material für die Sanierung und Verstärkung denkmalgeschützter Bausubstanz und bei geometrisch eingeschränkten Bedingungen im Bestandsbau. q Ein weiterer Vorteil beim Bauen und Sanieren im Bestand mit Textilbeton sind die deutlich geringeren zusätzlichen Lasten (Eigengewicht der Verstärkungsschicht). q Die Formbarkeit der textilen Bewehrungsgitter ermöglicht neue gestalterische Freiräume für Architekten und Designer, aber auch denkmalgerechte individuelle Sanierungslösungen. q Textilbeton hat ein gleichmäßiges Rissbild bei sehr geringer Rissweite. Er ist dadurch dichter als normaler Stahlbeton. q Textilbeton besticht durch sein optisches und haptisches Erscheinungsbild. q Textilbeton ist materialeffizient, ressourcenschonend und nachhaltig. Stand: 15. November 2016 Textilbeton als Verstärkungsmaterial Textilbeton hat in umfangreichen Versuchsreihen seine Eignung zur Verstärkung von Stahlbeton bewiesen: q Verstärken der Biegezugzone bei Platten und Balken (Erhöhung der Biegetragfähigkeit), q Verstärken von Schalentragwerken q Verstärken der Querkraftbewehrung am Steg von Balken und Plattenbalken (Erhöhung der Querkrafttrag fähigkeit), q Umwickeln von Stützen (Erhöhung der Normalkrafttragfähigkeit), q Verstärken von runden und eckigen Bauteilen (Erhöhung der Torsionstragfähigkeit). Die vorliegende allgemeine bauaufsichtlichen Zulassung regelt die Verstärkung der Biegezugzone bei Platten und Balken aus Stahlbeton unter definierten Randbedingungen. Für weitere Anwendungsfälle sind derzeit Zustimmungen im Einzelfall erforderlich. Wir unterstützen Sie hier- bei mit unserer langjährigen Erfahrung und dem umfangreichen Wissen zum Werkstoffverhalten. Textilbeton als Sanierungsmaterial Neben der Verstärkung ist Textilbeton hervorragend zur Sanierung von Rissen und geschädigten Betonober- flächen geeignet. Textilbeton zeichnet sich durch geringe Wassereindringtiefen aus. Dadurch kann der Trans- port von schädigenden Stoffen an die zu schützende Bausubstanz verhindert werden. Die Planermappe, Kapitel 2 2-3
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Tabelle 2.1: Technischer Vergleich der Verstärkungsverfahren – bezogen auf die Anwendung der abZ 1) Kriterium Spritzbeton Geklebte Bewehrung Textilbeton nach AbZ- (fünfstufige Bewertung Bedingungen von ++ beste Bewertung bis -- schlechteste Bewer- Stahl FVK tung) Aufgeklebte Eingeschlitz- Sheet Lamelle te Lamelle Technische Eigenschaften DIN (++) / abZ (+) / ZiE (O) ++ + + + + + Tragkraft ++ + + + + + Verstärkungsgrad ++ O O + O + Verankerung zum Altbeton ++ - - + + ++ Zusätzliches Eigengewicht - + ++ ++ ++ + bzw. Schichtdicke Bauklimatik ++ + + ++ -- ++ Baustoffklasse ++ -- -- -- -- ++ Korrosionsschutz der Ver- + -- ++ ++ ++ ++ Stand: 15. November 2016 stärkungsbewehrung Korrosionsschutz der ++ -- -- -- - ++ vorhandenen Bewehrung Aspekte der Herstellung (von ++ hoch bis -- gering) Vorbereitungsaufwand O + + + + O Applikationsaufwand - ++ ++ ++ ++ - Feuerwiderstand ++ -- -- - -- (++) derzeit anwen- dungsbez. Nachweis erforderlich Anpassbarkeit ++ -- -- -- + ++ Erläuterungen Technische Eigenschaften: q Für Spritzbeton liegen Normen vor, für geklebte Bewehrung gilt die DAfStB-Richtlinie „Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung“ in Verbindung mit einer abZ, für Textilbeton gilt die vorliegende abZ oder eine ZiE für Sonderanwendungen auf Grundlage der abZ q Erhöhung der Tragkraft bei jeder Verstärkungsmethode q Verstärkungsgrade bei Spritzbeton ohne Begrenzung, bei geklebten Bewehrungen anwendungsbezogen, i. d. R. Faktor 2, bei Textilbeton derzeit Faktor größer 3 möglich q Bei geklebter Bewehrung wird meistens die Verbundfuge für die Krafteinleitung in Beton maßgebend, Textilbeton leitet Kräfte dagegen großflächig in Altbetonquerschnitt ein (günstig) q Eigengewicht bei geklebter Bewehrung zu vernachlässigen, bei Verstärkungen mit Textilbeton gering und bei Spritzbeton im Vergleich sehr hoch 1) nach Jesse, F.; Curbach, M.; in Betonkalender 2010, S. 475 – 565, unter Berücksichtigung der inzwischen erteilten abZ und der gewonnenen Erfahrungen Die Planermappe, Kapitel 2 2-4
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen q Spritz- und Textilbeton beeinflussen Bauklimatik kaum, Sheets wirken als Diffusionsbarriere q Feuerwiderstand bei Spritzbeton entsprechend Stahlbeton, bei Verstärkungen mit Textilbeton wurden in ersten Versuchen Brandwiderstandzeiten von 90 Minuten erreicht, ZiE ist fallbezogen notwendig, bei ge- klebten Bewehrungen ist Einsatztemperaturbereich ohne Brandschutzverkleidung auf 40 °C beschränkt q Korrosionsschutz bei Textilbeton und faserverstärkten Kunststoffen (CFK-Lamelle / Sheets) vorhanden, Spritzbeton benötigt dicke Betondeckung q Korrosionsschutz der vorhandenen Bewehrung durch Spritz- und Textilbeton verbessert, bei geklebter Be- wehrung kein Einfluss auf Bestandssituation Aspekte der Herstellung/Bauausführung: q Oberflächenbehandlung mit gewissen Haftzugfestigkeiten notwendig, bei eingeschlitzten Lamellen nur Schlitzherstellung erforderlich q Brandschutzmaßnahmen für geklebte Bewehrungen schon bei Klasse F 30 sehr hoch, bei Spritzbeton keine zusätzlichen Maßnahmen, Textilbeton erfordert noch weiterführende Untersuchungen und ggf. von der konkreten Anwendung abhängige Nachweise (ggf. ZiE) q Anpassung von Spritz- und Textilbeton an Bestand sehr gut, geklebte Bewehrung nur einaxial anklebbar, Sheets können dem Kraftfluss entsprechend verarbeitet werden Stand: 15. November 2016 q Qualifikation des Personals stellt hohe Ansprüche, wobei Spritz- und Textilbeton noch dem des Stahlbe- tons ähnlich sind Wirtschaftlicher Vergleich der Verstärkungsverfahren Konkretes Beispiel (mit Tabelle): Randbedingungen: q Verstärkungsgrad h ≤ 2 q 500 m² Deckenfläche verstärken q Decke ist monolithisch mit Haupt- und Nebenunterzügen verbunden q max. Spannweite der Deckenfelder beträgt 1,80 m q Rissbildung im Stützmomentenbereich wird in Kauf genommen (Einfeldräger) q Eingeschlitzte CFK-Lamelle auf Grund zu geringer Betondeckung nicht möglich Tabelle 2.2: Kostenrelationen der Verstärkungsverfahren (Basis: Spritzbeton)1) Kostenblock (Anteile in %) CFK Spritzbeton Textilbeton Baustelleneinrichtung 8 11 ≤ 16* Untergrundvorbehandlung ≥ 17 19 19 Gesamtaufwand der Verstärkung 75 70 46 Summe ≥ 100 100 ≤ 81 * gilt mit ZiE-Aufwand, sonst geringer Die Planermappe, Kapitel 2 2-5
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Ergebnisse: q Spritzbetonverstärkung erfordert eine zusätzliche Bewehrung von 1,2 cm²/m (gewählt Matte Q188 A, die aller 25 cm mit Stabstahl übergriffen und 8 cm tief in die Unterzüge mit Reaktionsharzmörtel verankert wird); das zusätzliche Eigengewicht kann über bestehende Konstruktion abgetragen werden. q Aufgeklebte CFK-Lamellen erfordern hinsichtlich der max. einzuhaltenden Abstände 1.500 lfd. Meter mit dem kleinsten handelsüblichen Querschnitt; bei 200 m müssen größere Unebenheiten ausgeglichen werden; Ausführung wird fremdüberwacht. q Textilbetonverstärkung erfordert eine Lage Textilbewehrung nach abZ sowie Überwachung der Aus- führungsarbeiten durch PÜZ-Stelle. Verbale Beschreibung der Tabelle: q In der Baustelleneinrichtung sind die Kosten für die statischen Berechnungen und die Fremdüberwachun- gen eingeschlossen. q Die Untergrundvorbehandlung unterscheidet sich für Textil- und Spritzbeton nicht, bei CFK-Lamellen müs- sen neben den Klebeflächen auch Schadstellen instandgesetzt bzw. reprofiliert werden. q Der Verstärkungsaufwand bei Textilbeton ist deshalb so gering, weil nur eine Lage Textilbewehrung ausge- führt werden muss; ein höherer Verstärkungsgrad führt zu einer Neubeurteilung der Kosten. Stand: 15. November 2016 Ausblick An der Entwicklung der Baustoffsysteme („Bausätze“) für alle Verstärkungsarten und Anforderungsniveaus – wie sie die Anwendungen im Außenbereich und bei nichtruhenden Belastungen voraussetzen – wird ebenso intensiv gearbeitet wie an den Prozess- und Produktionstechniken zu deren reproduzierbarer und wirtschaftli- cher Herstellung. Die Planermappe, Kapitel 2 2-6
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen 3. Anwendung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung abZ Z-31.10-182 Das nachfolgende Kapitel dieser Planermappe vermittelt Ihnen einen Überblick über die Anwendung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung. Diese Angaben ersetzen nicht die detaillierte Kenntnis des Gesamtvorschriftenwerks der abZ und der all gemein anerkannten Regeln der Technik. Die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung abZ Z-31.10-182 besteht aus einer Textfassung und folgenden sechs Anlagen: q Anlage 1 Werkseigene Produktionskontrolle und Fremdüberwachung – Beschichtungsmittel und Bewehrungstextil q Anlage 2 Werkseigene Produktionskontrolle und Fremdüberwachung – Ausgangsstoffe des Feinbetons q Anlage 3 Kontrolle der Eigenschaften des Feinbetons auf der Baustelle Stand: 15. November 2016 q Anlage 4 MAWO Mantelluftstromdüse q Anlage 5 Grundlagen der Bemessung q Anlage 6 Erwartungswert der Oberflächenzugfestigkeit Der Zulassungsgegenstand ist erstmals am 01.06.2014 allgemein bauaufsichtlich zugelassen worden. Die Bestimmungen können nachträglich ergänzt oder geändert werden. Bitte verwenden Sie die Zulassung stets in der jeweils aktuellen Fassung! Die Geltungsdauer ist auf dem Deckblatt angegeben (siehe Kapitel 11). Bitte beachten Sie auch die „Richtlinie für den Eignungsnachweis zum Verstärken von Betonbauteilen mit Textilbeton für Bausätze mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung“ in der jeweils gültigen Fassung. Zugang zu vorgenannten Unterlagen: siehe Kapitel 11. Zulassungsgegenstand Zulassungsgegenstand ist ein Bausatz zur Verstärkung von Stahlbetonbauteilen mit Textilbeton. Der Bausatz besteht aus folgenden Komponenten: q Textilbewehrung TUDALIT-BZT1-TUDATEX oder Textilbewehrung TUDALIT-BZT2-V.FRAAS q Feinbeton TUDALIT-TF10-PAGEL Die Verstärkung hat folgenden Aufbau: q Eine Schicht Feinbeton auf die vorbereitete Betonoberfläche des zu verstärkenden Stahlbetonbauteils, q Einarbeitung der Textilbewehrung, q Nächste Schicht Feinbeton (Abschlussschicht oder weitere Trägerschicht einer Textilbewehrungslage), q Maximal sind vier Lagen Textilbewehrung möglich. Die Planermappe, Kapitel 3 3-1
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Bild 3.1: Bausatzkomponente Textilbe- wehrung TUDALIT-BZT2-V.FRAAS (Alle Fotos dieser Serie: Ammar Al-Jamous) Bild 3.2: Bereitstellung einer Maschine zur Ausführung der Spritz arbeiten, Fa. Eska Stand: 15. November 2016 Bild 3.3: „Leichtgewicht“ Textilbeweh- rung, 25 lfd. m / 1,25 m breit Die Planermappe, Kapitel 3 3-2
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Bild 3.4: Ausbreiten der Textil- bewehrung zum Ablängen Bild 3.5: Einarbeiten der Textilbewehrungslage in die Feinbetonschicht Stand: 15. November 2016 Bild 3.6: Aufspritzen einer nächsten Feinbetonschicht zur Vorbe- reitung des Aufbringens der nächsten Lage Textilbeweh- rung Die Planermappe, Kapitel 3 3-3
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Bild 3.7: Laminieren einer nächsten Feinbetonschicht zur Vorbe- reitung des Aufbringens der nächsten Lage Textilbeweh- rung Bild 3.8 Demonstration des simul- tanen Arbeitsprozesses: Im Hintergrund links: 2 Arbeits- Stand: 15. November 2016 kräfte beim Einarbeiten der Bewehrungslage. Im Hinter- grund rechts: Anspritzen von Feinbeton zur Vorbereitung für die nächste Lage bzw. die Abschlussschicht Feinbeton. Bild 3.9: Abschlussschicht – Im Vorder- grund unbearbeitet, im Hinter- grund bereits geglättet. Die Planermappe, Kapitel 3 3-4
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Anwendungsvoraussetzungen Für die Anwendung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung abZ Z-31.10-182 müssen folgende Voraus- setzungen erfüllt sein: Geltungsfall der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung q Die abZ gilt für die Biegeverstärkung in Zugzonen für trocken liegende Innenbauteile aus Stahlbeton mit vorbereiteter Oberfläche unter vorwiegend ruhender Belastung. Anforderungen an das zu verstärkende Bauteil q Das zu verstärkende Stahlbetonbauteil muss aus Normalbeton mit der Festigkeitsklasse ≤ C50/60 bestehen. q Die vorbereitete Oberfläche des Stahlbetonbauteils in der Zugzone muss eine Oberflächenzugfestigkeit im Erwartungswert von mindestens 1,00 N/mm² vorweisen. q In der Biegezugzone des Stahlbetonbauteils muss der Durchmesser der Bestandsbewehrung d ≤ 20 mm sein. q Im Bereich der Verstärkungsflächen muss die Betondeckung mindestens 10 mm betragen. Zulässige Belastungsfälle q Die Textilbewehrungen dürfen nur Zugkräfte aufnehmen. q Textilbetonschichten dürfen auch in der Druckzone angeordnet werden, jedoch dürfen diesen Schichten keine Kräfte zugeordnet werden. q Biegezugverstärkungen mit Textilbewehrung dürfen nur dort angebracht werden, wo rechnerisch keine zusätzliche Querkraftbewehrung erforderlich ist. Klimatische Voraussetzungen q Die Verstärkungsmaßnahmen dürfen nur an Innenbauteilen ausgeführt werden. Temperatureinwirkungen Stand: 15. November 2016 auf die fertiggestellten Verstärkungen dürfen 40 °C nicht überschreiten. Die relative Luftfeuchte darf 65 % in der Nutzungsphase nicht überschreiten. q Die Verstärkungsschichten dürfen keiner Durchfeuchtung, keiner wechselnden Durchfeuchtung und kei- nem Frost-Tau-Wechsel ausgesetzt sein. Anforderungen an Ausführungsunternehmen q Verstärkungsarbeiten mit Textilbeton dürfen nur von Unternehmen mit nachgewiesener Eignung ausgeführt werden. Bestimmungen für Bemessung und Entwurf Für die Bemessung gilt Anlage 5 zur allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung. Eine Anleitung für die Ingenieurpraxis sowie zwei Bemessungsbeispiele enthält Kapitel 5 dieser Planermappe. Für den Entwurf ist Abschnitt 1.2 der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu beachten. Zusätzlich sind folgende Randbedingungen zu erfüllen: Die Mindestbetondeckung einer Textilbewehrungslage zum Altbeton, zwischen den Textilbewehrungslagen und zur Oberfläche der Verstärkung beträgt 3 mm. Anforderungen an den Brandschutz sind durch die allgemeine bauaufsichtlichen Zulassung nicht abgedeckt. Sofern Anforderungen an die Feuerwiderstandsfähigkeit der Bauteile mit Textilbetonverstärkungen gestellt werden, ist die jeweils geforderte Feuerwiderstandsklasse im Einzelfall nachzuweisen. Befähigung der Ausführungsunternehmen Ausführende Unternehmen müssen einen Eignungsnachweis nach „Richtlinie für den Eignungsnachweis zum Verstärken von Betonbauteilen mit Textilbeton“ erbringen. Während der Verstärkungsmaßnahme muss die qualifizierte Führungskraft des Unternehmens nach der „Richtlinie für den Eignungsnachweis zum Verstärken von Betonbauteilen mit Textilbeton“ auf der Baustelle vor Ort sein. Die Verstärkungsmaßnahme darf nur von Baustellenfachpersonal gemäß der „Richtlinie für den Eignungsnach- weis zum Verstärken von Betonbauteilen mit Textilbeton“ durchgeführt werden. Die Planermappe, Kapitel 3 3-5
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Der Weg zur Zertifizierung Eignungsnachweise für bauausführende Unternehmen werden durch eine anerkannte Prüfstelle ausgestellt. Folgende Prüfstelle steht zur Verfügung: q ÜG 010 (GÜB Berlin). Der Eignungsnachweis umfasst: q Nachweis der grundsätzlichen Eignung des Unternehmens Die grundsätzliche Befähigung des Baustellenfachpersonals muss durch eine entsprechende Bescheinigung nachgewiesen werden. Derzeit kann dieser Nachweis nur durch die Bescheinigung des Ausbildungsbeirats „Verarbeiten von Kunststoffen im Betonbau“ (SIVV-Schein) beim Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein e.V. erbracht werden. Das Unternehmen muss die erforderlichen Prüf- und Messgeräte sowie die erforderlichen Werkzeuge und Mischgeräte vorhalten. Funktionsfähigkeit und Messgenauigkeit der Geräte sind regelmäßig zu überprüfen und zu dokumentieren. q Theoretische Prüfung Nach einer ca. 5stündigen theoretischen Schulung ist eine theoretische Prüfung als halbstündiger Multiple- Choice-Test abzulegen. Stand: 15. November 2016 q Praktische Prüfung – Eignungsversuche Als praktische Prüfung gilt die Ausführung einer Textilbetonverstärkung unter Beachtung der ausführungs- relevanten Abschnitte der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung in der jeweils gültigen Fassung. Zusätzlich sind baubegleitend alle erforderlichen Prüfungen zum Nachweis der erreichten Materialeigen- schaften des Feinbetons und des Verbundwerkstoffs durchzuführen, zu bewerten und zu dokumentieren. Die Eignungsversuche werden anerkannt, wenn eine mängelfreie Ausführung der Textilbetonverstärkung und bedingungsgemäße Ergebnisse gemäß abZ erzielt wurden. Ausführungsort der praktischen Schulung: Hentschke Bau GmbH, Bautzen Der Eignungsnachweis wird für drei Jahre widerruflich erteilt und kann auf Antrag um jeweils drei Jahre ver- längert werden. Die Entscheidung hierüber fällt die Prüfstelle. Ansprechpartner Dipl.-Ing. (FH) Silke Grün, Tel. +49 351 4047042-35, s.gruen@eipos.de Melanie Kögler Tel. +49 351 4047042-38, m.koegler@eipos.de Die Planermappe, Kapitel 3 3-6
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen 4. Konstruktion und Verfahren für Verstärkungen mit Textilbeton nach abZ 4.1 Konstruktion Nachfolgend wird anhand von Prinzipdarstellungen die Konstruktion einer Verstärkung mit textilen Carbon- bewehrungen gezeigt. Die Anforderungen an die Ausführung einer Verstärkung werden unter 4.2 im Detail behandelt; ein Bemessungsbeispiel enthält Kapitel 5. 1 2 3 Stand: 15. November 2016 4 5 1 Bestandsbauteil 2 Stahlbewehrung des Bestandsbauteils 3 Vorbereitete Altbetonoberfläche 4 Feinbetonlage 5 Textilbewehrung (max. 4 Lagen) Achtung: Bild zeigt AR-Glasbewehrung Bild 4.1 Untersicht eines 4lagig textilbetonverstärkten Stahlbetonbauteils (Prinzipausführung; hier: AR-Glas-Bewehrung) Foto: IMB/TU Dresden Erläuterungen 1 Bestandsbauteil q Erfassen des Ist-Zustands nach Abschnitt 4.2 AbZ q Anforderungen an das zu verstärkende Bauteil nach Abschnitt 4.3 AbZ 2 Betondeckung der Stahlbewehrung des Bestandsbauteils mindestens 10 mm 3 Oberflächenvorbereitung des Altbetons nach Abschnitt 4.5 AbZ 4 Feinbeton q Allgemein nach Abschnitt 4.4 AbZ q Detailangaben nach Abschnitt 4.6 AbZ 6 Textilbewehrung aus Carbongarnen q Allgemein nach Abschnitt 4.4 AbZ q Detailangaben nach Abschnitt 4.6 AbZ q Endverankerung nach Kapitel 5, Punkt 2 vorliegender Planermappe Die Planermappe, Kapitel 4 4-1
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen h1,tex ≥ 6 mm h2,tex ≥ 6 mm h3,tex ≥ 6 mm h4,tex ≥ 6 mm Altbeton Altbeton Stahl-Bewehrungsmatte Stahl-Bewehrungsmatte Mindestbetondeckung Kettfaden Mindestbetondeckung Feinbetonschicht Schussfaden Feinbetonschicht Textilbewehrung Textilbewehrung Feinbetonschicht Feinbetonschicht Textilbewehrung Feinbetonschicht Textilbewehrung Feinbetonschicht Bild 4.2 Schichtenaufbau einer einlagigen und einer mehrlagigen Carbonbetonverstärkung – Überblick (bis zu vier Lagen möglich) Grafik: Egbert Müller Stand: 15. November 2016 Altbeton Stahl-Bewehrungsmatte Mindestbetondeckung Maß lt. Berechnung Feinbetonschicht Textilbewehrung (direkte Einbettung) Variante 3.1 Übergreifung bei direkter Einbettung Feinbetonschicht der Textilbewehrung in neuer Arbeitsschicht Bild 4.3 Schichtenaufbau bei Übergreifung der Carbonlagen – einlagig und mehrlagig (einschließlich Legende inkl. Hinweis Zuschnitt und Verlegeplan) Grafik: Egbert Müller Altbeton Stahl-Bewehrungsmatte Maß lt. Berechnung Mindestbetondeckung Feinbetonschicht Textilbewehrung Arbeitsfuge (indirekte Einbettung) Textilbewehrung Variante 3.2 Feinbetonschicht Übergreifung bei indirekter Einbet- tung der Textilbewehrung in neuer Arbeitsschicht Bild 4.4 Schichtenaufbau bei Übergreifung der Carbonlagen – einlagig und mehrlagig (einschließlich Legende inkl. Hinweis Zuschnitt und Verlegeplan) Grafik: Egbert Müller Die Planermappe, Kapitel 4 4-2
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Die nachfolgenden Prinzipdarstellungen (Bilder 4.5 bis 4.11) zeigen im Detail die Vorgehensweise für eine Carbonbetonverstärkung für das Bemessungsbeispiel im Abschnitt 5. Stand: 15. November 2016 Bild 4.5 Grundriss des Bemessungsbeispiels Bild 4.6 Schnitt A-A der ausgeführten Verstärkung (Prinzipdarstellung) Bild 4.7 Schnitt B-B der ausgeführten Verstärkung mit Detail Randanschluss Die Planermappe, Kapitel 4 4-3
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Bild 4.8 Verlegeplanung der Verstärkungslage oberhalb des Unterzuges Stand: 15. November 2016 Bild 4.9 Untersicht „U“ Verlegeplanung Plattenquerschnitt Lage 1 Die Planermappe, Kapitel 4 4-4
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Bild 4.10 Untersicht „U“ Verlegeplanung Plattenquerschnitt Lage 2 Stand: 15. November 2016 Bild 4.11 Untersicht „U“ Verlegeplanung Plattenquerschnitt Lage 3 (infolge Endverankerung) Die Planermappe, Kapitel 4 4-5
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen 4.2 Verfahren Die Verstärkungsmaßnahme umfasst folgende Teilschritte: q Herstellung einer verstärkungsfähigen Altbetonfläche nach vorheriger Istzustand-Erfassung des Bestands, q Untergrundvorbehandlung, q Aufbringen der Textilbewehrungslagen durch Spritzen und Laminieren, q Nachbehandlung. Während der Ausführung sind Prüfungen nach den Abschnitten 4.7.1 bis 4.7.3 abZ vorzunehmen. Nach der Ausführung sind die in Abschnitt 4.7.4 abZ vorgeschriebenen Kontrollen durchzuführen. Die Verstärkungsmaßnahme ist entsprechend Abschnitt 4.8 abZ durch das ausführende Unternehmen zu überwachen und zu dokumentieren. Neben der Überwachung durch das ausführende Unternehmen be- steht eine Fremdüberwachungspflicht (IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, Dresden, PÜZ-Stelle SAC 08 für Bewehrungstextil und die GÜB, Berlin, PÜZ-Stelle ÜG 010) für die Überwachung der Ausführung. Herstellung einer verstärkungsfähigen Altbetonoberfläche – nach Abschnitt 4.5 abZ Damit für Verstärkungsmaßnahmen mit Textilbeton an Betonbauteilen der angestrebte Erfolg nach Art, Güte und Dauer sicher erreicht werden kann, muss der betreffende Beton an seiner Oberfläche bestimmte Eigen- schaften haben. q Risse im Bereich der Verstärkungsmaßnahme, die zur Korrosion der Bewehrung führen können oder einen Stand: 15. November 2016 Flüssigkeitsdurchtritt vorweisen, müssen gemäß „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ behan- delt werden. q Die Verstärkungsfläche muss frei von losen Teilen sein. q Es dürfen keine parallel zur Oberfläche oder schalenförmig im oberflächennahen Bereich verlaufenden Risse vorhanden sein. q Ebenso dürfen keine Ablösungen vorhanden sein. q Es dürfen keine artfremden Stoffe, wie z. B. Gummiabrieb, Trennmittel, ungeeignete Altbeschichtungen, Ausblühungen, Öl, Bewüchse u. ä. vorhanden sein, die den Verbund beeinträchtigen können. Vor der Verstärkungsmaßnahme sind solche Bereiche vollständig zu entfernen q Die zu verstärkende Altbetonoberfläche muss für das Aufbringen der ersten Feinbetonschicht vorbereitet werden, bis die Gesteinskörnung mit einem Durchmesser ≥ 4 mm sichtbar ist. Die mittlere Rautiefe der Altbetonoberfläche muss mindestens 1,0 mm betragen. Unebenheiten im Altbetonquerschnitt > 3 mm bis 30 mm müssen mit Feinbeton reprofiliert werden. Bei Unebenheiten im Altbetonquerschnitt > 30 mm ist eine gesonderte Bewertung durch den Tragwerksplaner erforderlich. Ausgenommene Unebenheiten sind punktuelle Betonabplatzungen oder Kiesnester. q Nach abgeschlossener Oberflächenvorbereitung ist die Oberflächenzugfestigkeit gemäß DIN EN 1542 mit Ringnut nachzuweisen. Der Erwartungswert des Mittelwertes der Oberflächenzugfestigkeit muss mindestens ≥ 1,00 N/mm² betra- gen. Sofern in der Statik ein höherer Wert angesetzt wurde, ist dieser nachzuweisen. Es sind mindestens 5 Prüfungen vorzunehmen. Bei nicht erreichter Oberflächenzugfestigkeit ist der sachkundige Planer zu informieren (ggf. weitere Prüfungen erforderlich). Untergrundvorbehandlung – nach Abschnitt 4.5 abZ Zum Auftrag der Textilbetonschicht muss die Oberfläche des Altbetons „feucht“ im Sinne der DAfStb-Richt- linie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ (Oktober 2001 und 2. Berichtigung Dezember 2005), Teil 2, Abschnitt 2.3.5 (2) sein. Dies kann durch folgendes Vorbehandlungsregime erreicht werden: q Altbetonoberfläche erstmals mindestens 24 Stunden vor der Verstärkungsmaßnahme kräftig vornässen, q Anschließend aller 2 Stunden tagsüber nachnässen und über Nacht mit Folie abdecken, q Altbetonoberfläche letztmalig ca. 20 Minuten vor Aufbringen der Verstärkung vornässen. Die Planermappe, Kapitel 4 4-6
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Durchführung der Spritz- und Laminierarbeiten – nach Abschnitt 4.6 abZ Für die Herstellung der Verstärkung gibt die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung detaillierte Regeln vor: q Luft- und Bauteiltemperatur müssen während der Verstärkungsarbeiten zwischen + 5 °C und + 30 °C liegen. q Die Textilbewehrung muss beim Einbau staub- und fettfrei sein. Sie darf nicht abgekantet oder einer schar- fen Querpressung ausgesetzt werden. Die Handhabung der Textilbewehrung darf einen Biegedurchmesser von 30 mm nicht unterschreiten. q Beim Mischen des Feinbetons sind die Angaben des Herstellers zu beachten. q Die Spritzarbeiten werden im Dichtstromverfahren mit der MAWO Mantelluftstromdüse ausgeführt (siehe hierzu Anlage 4 der abZ). q Die Verstärkungsmaßnahme beginnt mit dem Aufbringen der ersten Feinbetonschichten auf den vorberei- teten Altbeton. In diese wird die erste Textilbewehrungslage eingearbeitet. Sollen Bauteile mehrlagig mit Textilbewehrung verstärkt werden, muss nach Einarbeitung einer Lage Textilbewehrung zunächst immer eine Schicht Feinbeton auflaminiert bzw. aufgespritzt werden. Anschließend wird die frisch eingearbeitete Textilbewehrung erneut mit einer Schicht Feinbeton überdeckt. Maximal dürfen vier Lagen Textilbeweh- rung ausgeführt werden. Eine aufgespritzte oder handlaminierte Textilbetonschicht sollte im Durchschnitt mindestens 6 mm betragen. Die Textilbetonschichten müssen im ausgehärteten Zustand eben nach Ab- schnitt 4.7.4 der abZ sein. q Die Verarbeitungszeit des Feinbetons darf nicht überschritten werden. q Bei Unterbrechung der Verstärkungsarbeiten oder geplanten Arbeitsabschnitten/-fugen muss die letzte Feinbetonschicht vor Überschreitung der Verarbeitungszeit durch Besenstrich aufgeraut werden bzw. eine entsprechende Fugenvorbereitung erfolgen. q Während der Verstärkungsarbeiten darf das Bauteil keinen Erschütterungen und Bewegungen ausgesetzt Stand: 15. November 2016 sein. Nachbehandlung – nach Abschnitt 4.6 abZ Die Planermappe, Kapitel 4 4-7
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen 5 Bemessung von textilbetonverstärkten Stahlbetonbauteilen unter Biegebeanspruchung 5.1 Einleitung Die Eignung von Textilbeton zur Biegeverstärkung wurde im großen Umfang und unter Berücksichtigung ver- schiedenster Parameter im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 528 [1-3], des Erwerbes der Zulassung [4, 5] und darüber hinaus erforscht, siehe z. B. [6] und [7]. Im Zuge der Forschungen wurde ein iteratives Berech- nungs- und Bemessungsmodell entwickelt, dessen Eignung durch Versuchsnachrechnungen nachgewiesen werden konnte [5, 8]. Der aktuelle Stand des Bemessungsmodells einschließlich Beispielrechnungen wurde von FRENZEL [9] veröffentlicht. Es ermöglicht eine sehr wirtschaftliche Bemessung des zu verstärkenden Querschnittes, indem die Zugzonenbewehrung optimal ausgenutzt wird. Des Weiteren können für sehr de- taillierte Betrachtungen auch die Spannungs- und Dehnungszustände des unverstärkten Bauteils berücksich- tigt werden. Für eine einfache Handhabung des iterativen Bemessungsverfahrens wurden Bemessungstabellen und Diagramme entwickelt. Folgend werden das iterative und ein überschlägliches Bemessungsverfahren zur Ermittlung der erforderlichen textilen Bewehrung, Bemessungstabellen und Beispielrechnungen zur Verstär- kung von Stahlbetonbauteilen unter Biegebeanspruchung vorgestellt. Stand: 15. Mai 2018 5.2 Iteratives Bemessungsverfahren Es gelten folgende Annahmen und Festlegungen in Anlehnung an die Biegebemessung im Stahlbetonbau: q Bemessung erfolgt am gerissenen Querschnitt (Zustand II) q Verbundeinflüsse zwischen Beton und Bewehrung bleiben unberücksichtigt (es wird von einem ideal-starren Verbund ausgegangen) q Lineare Dehnungsverteilung über die Querschnittshöhe (Bernoullihypothese) q Zugkräfte werden ausschließlich der Bewehrung zugewiesen q Druckdehnungen sind negativ, Zugdehnungen positiv definiert q Versagensarten: Zugversagen der Textil- oder Stahlbewehrung, Druckversagen des Betons q Bemessungskennlinien: q Beton: Parabel-Rechteck-Diagramm nach Eurocode 2 [10] q Stahl: bilineare Kennlinie gemäß [10] mit horizontalem oder ansteigendem Ast nach Überschreiten der Streckgrenze (Berücksichtigung einer Verfestigung) q Textil: bilineare Kennlinie gemäß der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (abZ) [11] Tabelle 5.1 fasst die benötigten Materialkenngrößen für die Bemessung einer Textilbetonverstärkung im tro- ckenen Innenbereich im Grenzzustand der Tragfähigkeit mit der Grundkombination zusammen [10-12]. Die Kennwerte älterer Beton- und Stahlsorten, die häufig bei Verstärkungsmaßnahmen benötigt werden, können beispielsweise [15], [17] entnommen werden. Die Planermappe, Kapitel 5 5-1
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Tabelle 5.1 Materialkennwerte Beton bis C50/60 Druckfestigkeit fcd 6,8…28,3 N/mm² Dehnung εc2 -2,0 ‰ Bruchdehnung εc2u -3,5 ‰ Stahl B500 E-Modul Es 200000 N/mm² Streckgrenze fyd 435 N/mm² Zugfestigkeit f td,cal 457 N/mm² Fließdehnung εy 2,17 ‰ Bruchdehnung εsu 25,0 ‰ Textil Spannung σundd,tex 307 N/mm² Zugfestigkeit f td,texK 769 N/mm² Dehnung εund,tex 3,0 ‰ Bruchdehnung εu,tex 7,5 ‰ Textilquerschnitts- TUDALIT-BZT1-TUDATEX® atex 1,40 cm²/m werte pro Lage TUDALIT-BZT2-V.FRAAS® atex 1,40 cm²/m Stand: 15. Mai 2018 Bild 5.1 Dehnungen, Spannungen, innere und äußere Kräfte am verstärkten Querschnitt Grundlage für die Bemessung ist, analog zum Stahlbetonbau, das Gleichgewicht zwischen den inneren und äußeren Kräften. Bild 5.1 zeigt alle zu berücksichtigenden Größen, wovon As1, b, h, d = ds, d1, zs1, es1, ec2, ss1d, sc2d, ka, x, Fs1d, Fcd, zs = z, NEd, MEd, NEds1, MEds1 bekannt sind. Darüber hinaus sind für die Bestimmung der erforderlichen Textilbewehrung folgende Größen bedeutend: Atex | htex | dtex Querschnittsfläche | Dicke der Textilbetonschicht | statische Nutzhöhe der textilen Be- wehrung ztex | ztexs1 Innerer Hebelarm der textilen Bewehrung | Abstand Stahl- zu Textilzugkraft etex | std,tex | Ftd,tex Dehnung | Spannung | resultierende Zugkraft im Schwerpunkt der textilen Bewehrung ec20 | es10 | etex0 Dehnungen zur Berücksichtigung des unverstärkten Zustandes Die Berücksichtigung des Dehnungszustandes zum Zeitpunkt t = 0, also vor der Verstärkungsmaßnahme, ist vor allem bei stark ausgelasteten Querschnitten erforderlich, da er Einfluss auf die eintretende Versagensart hat. Für eine wirtschaftliche Bemessung der Textilbewehrung ist anzustreben, dass mit Sicherheit die Zug- festigkeit der textilen Bewehrung ausgenutzt wird. Ausführliche Informationen zur Berücksichtigung stark ausgelasteter Querschnitte einschließlich eines Rechenbeispiels finden sich in [9]. Bei gering beanspruchten Querschnitten kann die durch ec20 und es10 definierte Dehnungsebene unter der Annahme linear-elastischer Materialgesetze für Stahl und Beton entspr. [13] oder [14], Abschn. „Spannungsermittlung bewehrter Stahlbe- tonquerschnitte im Gebrauchszustand“, oder alternativ durch iterative Berechnungen mit nichtlinearen Materi- algesetzen ermittelt werden. Der fiktive Dehnungswert etex0 lässt sich mit Gleichung 1 bestimmen. Mit Bild 5.1 können die für die Bemessung benötigten Kräftegleichgewichte gebildet werden, siehe Gleichungen 2 und 3. Die Planermappe, Kapitel 5 5-2
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen (1) (2) (3) Es wird deutlich, dass in den beiden Gleichungen die fünf unbekannten Größen Ftd,tex, Fs1s, Fs2d, Fcd, zs auftre- ten. Eine eindeutige Lösung ist nur durch die Einführung von drei weiteren Bedingungen möglich. Hierzu wird die Beschreibung der linearen Dehnungsebene mit den vier unabhängigen Größen εc2, εs2, εs1 und εtex nötig. Im Grenzzustand der Tragfähigkeit wird definitionsgemäß entweder der Grenzwert der Zugdehnung der Bewehrungen εsu, εu,tex oder der Betondruckzone εc2u erreicht. Mit dieser Annahme und den beiden geometri- schen Abhängigkeiten nach Gleichung 4 und 5 werden die Dehnungsverteilung und damit das Berechnungs- ergebnis eindeutig festgelegt. Diese Vorgehensweise zeigt, dass aufwendige Iterationen zur Bestimmung der Dehnungsebene nötig sind. (4) (5) Die Bestimmung der erforderlichen textilen Bewehrungsfläche kann nach folgendem Ablaufschema händisch durchgeführt werden: Stand: 15. Mai 2018 1. Die Dicke der Textilbetonschicht htex wird zunächst festgelegt. Bestimmung der statischen Nutzhöhe dtex unter der Annahme, dass die Schwereachse des Textils mittig liegt: dtex = h + 0,5 · htex 2. Festlegung der Dehnungsebene mit den Startwerten εc2 und εtex = εtex0 + εtex. Hier können z. B. εc2 = εc2u = -3,5 ‰ und εtex = εu,tex = 7,5 ‰ gewählt werden. Je nach Querschnittsauslastung im unverstärk- ten Zustand wird εtex0 nach Gleichung 1 in die Berechnung eingebunden. 3. Berechnung der Druckzonenhöhe x mit (6) 4. Berechnung des Völligkeits- und des Höhenbeiwertes aR und ka in Abhängigkeit der Druckdehnung εc2 nach den Gleichungen 7 und 8, damit die Lage und Größe der Betondruckkraft Fcd (Abstand a zum Druckrand) mit den Formeln 9 und 10 bestimmt werden können. 0 ‰ ≥ εc2 ≥ -2,0 ‰ (Parabelteil): (7) -2,0 ‰ ≥ εc2 ≥ -3,5 ‰ (Rechteckteil): (8) (9) (10) 5. Berechnung der Stahldehnung εs1 nach Gleichung 4 bzw. εs2 nach Gleichung 5. 6. Berechnung der Stahlzugkraft Fs1d = As1 · ss1d unter Verwendung der Gleichungen 11 und 12 mit den Bemessungswerten εy, fyd und ftd,cal; ggf. analoges Vorgehen zur Bestimmung der Stahldruckkraft Fs2d = As2 · ss2d. (elastischer Bereich): (11) (plastischer Bereich, geneigter Ast): (12) 7. Bestimmung der Abstände z, ztexs1 und zs1s2 zwischen den resultierenden Druck- und Zugkräften: Die Planermappe, Kapitel 5 5-3
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen (13) (14) (15) 8. Berechnung der erforderlichen Textilzugkraft Ftd,tex aus dem Momentengleichgewicht nach Gleichung 3. 9. Überprüfung des Gleichgewichtes der horizontalen Kräfte nach Gleichung 2 und Wiederholung der Schrit- te 1 bis 8, bis Gleichungen 2 und 3 erfüllt sind. 10. Berechnung der Textilspannung std,tex nach den Gleichungen 16 und 17. (Bereich I): (16) (Bereich II): (17) 11. Bestimmung der textilen Bewehrungsfläche mit Atex = Ftd,tex / std,tex, der erforderlichen Lagenanzahl und Ermittlung der Dicke der Textilbetonschicht htex. Falls sie zum 1. Schritt abweicht, ist die Berechnung zu wiederholen, analog zum iterativen Vorgehen im Stahlbetonbau. 5.2.2 Vereinfachtes Bemessungsverfahren Stand: 15. Mai 2018 Die erforderliche textile Bewehrungsfläche Atex kann für eine Querschnittsbemessung ohne einwirkende Nor- malkraft überschläglich ermittelt werden. Das Verfahren beruht darauf, dass der innere Hebelarm zr der resul- tierenden Zug- und Druckkräfte Fr aus der resultierenden statischen Höhe dr mit zr ~ 0,85…0,95 · dr = zr · dr bestimmt werden kann (Bild 5.1). Es gilt: (18) Aus dem Momentengleichgewicht nach Gleichung 19 kann nach Umstellen der Formeln die erforderliche textile Bewehrungsfläche mit Gleichung 20 abgeschätzt werden. Dieses vereinfachte Verfahren ist nur dann geeignet, wenn ein Druckversagen des Querschnittes ausgeschlossen werden kann. (19) (20) 5.2.3 Bemessungstabellen Für die einfache Handhabung des iterativen Berechnungsverfahrens und damit für die Bestimmung der erforderlichen textilen Bewehrungsfläche stehen Bemessungstabellen bereit. Die mathematischen Grundla- gen dazu sind in [8] aufgeführt. Der Nutzer berechnet aus der gegebenen Bemessungsschnittgröße MEd, den Querschnittswerten dtex, ds, b und der Betondruckfestigkeit fcd das bezogene Moment mtex. Es gilt: (21) Zu jedem bezogenen Moment mtex kann eine Dehnungsebene bzw. repräsentativ dafür ein mechanischer Bewehrungsgrad wtex gefunden werden, bei dem die Gleichungen 2 und 3 erfüllt sind. Damit können den verschiedenen Dehnungszuständen unter Berücksichtigung verschiedener Geometrien und Einwirkungen mtex Die Planermappe, Kapitel 5 5-4
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen und wtex zugeordnet und tabellarisch aufgelistet werden. Die Tafeln A und B zeigen beispielhaft die Werte- zusammenstellung für die Verhältnisse ztexs1 / dtex = 0,15 und 0,25 ohne Berücksichtigung einer Vordehnung εtex0. Den Tafelwerten sind die beiden nach Eurocode 2 [10] zulässigen Bemessungskennlinien für den Beweh- rungsstahl B500 zugrunde gelegt. Die Grafik der Tafel A veranschaulicht die Kräfte, Dehnungen und Spannun- gen am Querschnitt. Die erforderliche textile Bewehrungsfläche wird nach Gleichung 22 bestimmt. (22) Wie vom Stahlbetonbau her bekannt ist, ist jedoch die Gültigkeit solcher Bemessungstabellen an definierte Vorgaben und Größen gebunden. Diese betreffen: q die Beton-, Stahl- und Textilsorte bzw. die jeweiligen Bemessungskennlinien, q das ztexs1 / dtex- bzw. (dtex-ds) / dtex-Verhältnis und q den Vordehnungszustand bzw. die fiktive Dehnung εtex0. Die Anwendung der Bemessungstabellen ist derzeit auf Querschnitte ohne Normalkraftbeanspruchung und ohne Druckbewehrung beschränkt. Werden die Werte der Tafeln A und B verglichen, zeigt sich, dass das Verhältnis ztexs1 / dtex keinen merkbaren bzw. nur geringen Einfluss auf den mechanischen Bewehrungsgrad wtex, die bezogene Druckzonenhöhe xtex und die Stahlspannungen ss1d hat, wenn diese über der Fließspan- nung fyd liegen. Größere Abweichungen gibt es dagegen bei dem bezogenen Hebelarm ztex, den Stahldeh- nungen εs1 und Stahlspannungen ss1d kleiner als fyd. Für den Fall, dass das Textil wirtschaftlich ausgenutzt wird (εtex = εu,tex = 7,5 ‰, mtex ≤ 0,2235) und der unverstärkte Querschnitt nur gering ausgelastet ist, können die Stand: 15. Mai 2018 beiden Tabellen aufgrund der geringen Unterschiede für die praxisrelevanten Verhältnisse ztexs1 / dtex von 0,05 bis 0,30 verwendet werden. Andernfalls sind gesonderte Betrachtungen erforderlich [9]. Die Planermappe, Kapitel 5 5-5
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Tafel A Stand: 15. Mai 2018 Die Planermappe, Kapitel 5 5-6
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen Tafel B Stand: 15. Mai 2018 Die Planermappe, Kapitel 5 5-7
Leichter bauen – Zukunft formen Leichter bauen – Zukunft formen 5.3 Endverankerungsnachweise 5.3.1 Allgemeines Nachdem die benötigte textile Bewehrungsfläche zur Abtragung von Biegemomenten gemäß Kapitel 5.2 be- stimmt wurde, ist nachzuweisen, dass sie ausreichend im Auflagerbereich verankert ist und somit die wirken- den Zugkräfte sicher abgetragen werden können. Da momentan noch kein Regelwerk für Textilbeton vorhan- den ist, orientiert sich die Vorgehensweise zur Bemessung der Endverankerung der Textilbewehrung stark an den Nachweisen für die Verankerung von CFK-Lamellen und der Stahlbewehrung im Spritzbeton [10], [11]. Die folgenden zwei Nachweise sind erforderlich: q Endverankerung der textilen Bewehrung infolge Biegung, q Endverankerung der vorhandenen Stahlbewehrung infolge Querkraft. Zusätzlich muss bauseits 28 Tage nach den Verstärkungsarbeiten überprüft werden, dass die Haftzugfestigkeit der Verbundfuge zwischen Altbeton und Textilbeton im Mittel mindestens 1,0 N/mm² beträgt [13]. 5.3.2 Endverankerung der textilen Bewehrung infolge Biegung Die textile Bewehrung muss so im Betonquerschnitt verankert werden, dass die Kräfte ohne Schädigung in den Beton eingeleitet werden können. Als einzige Verankerungsart ist die gerade Ausführung der Textilbeton- verstärkungsschicht bis zum Auflagerbereich zulässig, siehe Bild 5.2. Stand: 15. Mai 2018 Bild 5.2 links: richtige Ausführung der Verankerung einer Textilbetonschicht rechts: falsche Ausführung der Verankerung einer Textilbetonschicht Der Endverankerungsnachweis ist dann erbracht, wenn die erforderliche Verankerungslänge lb,rqd maximal so groß wie die vorhandene Verankerungslänge lb,vorh ist (Gleichung 23): (23) 5.3.2.1 Ermittlung der vorhandenen Verankerungslänge lb,vorh Die vorhandene Verankerungslänge lb,vorh setzt sich aus einem rechnerischen und einem geometrischen Anteil zusammen. Verdeutlichend ist dies in Bild 5.3 dargestellt. Der rechnerische Anteil besteht aus der Ermittlung der Lage des auflagernahsten Biegerisses xcrit, der geometrische Anteil bestimmt sich aus der vorhandenen Auflagerflächenbreite a bzw. Höhe h des Altquerschnittes. Bild 5.3 Vorhandene Verankerungslänge der Textilbetonschicht An der Stelle xcrit tritt, vom rechnerischen Auflagerpunkt aus gesehen, theoretisch der erste Riss infolge Biegung auf. Diese Stelle muss mit Hilfe der Momentenfunktion bestimmt werden. Die Stelle definiert sich vereinfacht über die Größe des Erstrissmomentes am Altquerschnitt. Für die Bestimmung des Erstrissmomen- Die Planermappe, Kapitel 5 5-8
Sie können auch lesen
