Mittwoch, 22. Mai, 2024
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Querkraft- und Durchstanzverstärkung mit eingeklebten Betonschrauben

Die Altersstruktur bestehender Bauwerke stellt eine erhebliche Herausforderung bei der Verstärkung und Instandsetzung dar und macht diese Themenbereiche zu einem zunehmend wichtigen Feld des Bauwesens. Um Defizite an vorhandener Querkraft- und Durchstanzbewehrung in bestehenden Strukturen auszugleichen, bedarf es innovativer Verstärkungssysteme. Diese müssen nicht nur eine hohe Verstärkungswirkung bei einem geringen Einsatz von Verstärkungselementen aufweisen, sondern auch eine möglichst schnelle und einfache Installation ermöglichen. Der Einsatz von geklebten Betonschrauben als nachträgliche Querkraft- und Durchstanzverstärkung erfüllt diese Anforderungen.

Die ursprünglich aus der Verankerungstechnik stammenden Verbundankerschrauben werden für diesen Einsatz modifiziert, um den geänderten Anforderungen zu entsprechen. Während Betonschrauben als Verankerungselement externe Lasten in die Struktur ableiten müssen, übernehmen sie beim Einsatz als nachträgliche Bewehrung die Aufnahme interner Kräfte der bestehenden Struktur, die dann wieder in die Struktur abgeleitet werden müssen. Demnach ist es erforderlich, dass nicht nur Kräfte an der Schraubenspitze über das Verbundgewinde aufgenommen werden, sondern dass diese auch am anderen Ende der Schraube wieder abgeleitet werden, vgl. Feix, Lechner (2020).

Abbildung 1. Bestandteile des RELAST®-Systems

Bei RELAST® wird eine Druckverteilungsscheibe mit einer Keilsicherungsfederscheibe und eine Mutter am metrischen Gewinde der Schraube auf der Aussenseite des Tragwerks angeordnet, was als Rückverankerung bezeichnet wird. Durch Anziehen der Mutter an der Aussenseite ist es möglich, eine definierte Vorspannung mit einem festgelegten Drehmoment in der Schraube zu erzeugen. Um die Tragfähigkeit der Betonschraube zu steigern, wird diese mit dem speziellen RELAST®-Verbundmörtel in das Bauteil eingeklebt. Die einzelnen Bestandteile des Systems sind in Abbildung 1 abgebildet. Das Tragverhalten der Verbundankerschraube basiert folglich auf den Effekten des Form- und Stoffschlusses. Während bei ersteren die Kräfte über den Hinterschnitt des Betonschneidegewindes vom Beton in die Schraube übertragen werden, erfolgt die Lastübertragung beim Stoffschluss über Verbundkräfte, vgl. Abbildung 2.

Abbildung 2: Kombinierte Tragwirkung aus Form- und Stoffschluss

Der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen von RELAST® gingen jahrelange wissenschaftliche Untersuchungen und zahlreiche Bauteilversuche an der Universität Innsbruck voraus. Diese zeigten, dass mithilfe von RELAST® die Traglasten um bis zu 100% (Querkraftverstärkung) bzw. um bis zu 40% (Durchstanzverstärkung) gesteigert werden können. Basierend auf den Versuchsergebnissen wurden anschliessend Bemessungskonzepte abgeleitet, welche auf den Bemessungsmodellen des Eurocode 2 aufbauen und somit der aktuellen Normung entsprechen.

Zahlreiche Projekte haben gezeigt, dass der grosse Vorteil von RELAST® in der einfachen Installation und sofortigen Belastbarkeit der Schrauben liegt. Es muss nicht auf das Aushärten der Verbundmasse gewartet werden. Das Verstärkungssystem kann von einer Seite in die zu verstärkende Struktur eingebaut werden. Dadurch entfällt der Abtrag von Fussboden- oder Fahrbahnaufbauten auf der Oberseite des Tragwerks, welcher bei anderen Verstärkungssystemen oftmals notwendig ist. Ausserdem kann die Verstärkung unter laufendem Betrieb durchgeführt werden.

Quellen:

Feix, Lechner (2020). „Das neue Bauaufsichtlich zugelassene System RELAST® zur nachträglichen Bauwerksverstärkung; Von der Grundidee über wissenschaftliche Forschung zur Zulassung“, In: Das Planermagazin für Ingenieure, Architekten und Planer, Nr. 19, Jahrgang 14, März 2020

Tobias Knapp und Fabian Strobl, Adolf Würth GmbH & Co. KG, Künzelsau

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