Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften Arbeitsbereich für Massivbau und Brückenbau Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau Dipl.-Ing. Johannes Lechner Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften Arbeitsbereich für Massivbau und Brückenbau Gliederung • Einleitung • Grundlagen • Querkraftversuche mit Betonschrauben • Nachträgliche Durchstanzverstärkung • Ausblick Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Motivation • Zunahme des Verkehrsaufkommens • Höhere Brückenlasten • Höhere erforderliche Querkraftbewehrung • Unzufriedenstellende Verstärkungsmethoden Amt der Tiroler Landesregierung (2012) Wicke et. al. (1994) - Vergleich der Verkehrslasten nach ÖN B 4002, RVS 15.114 und EC1-3 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 3 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Querkraftversagen: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 4 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Querkraftversagen: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 5 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Durchstanzversagen: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 6 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Anforderungen an ein Verstärkungselement • Einfache und schnelle Herstellung • Installation ausschließlich von einer Seite, möglichst unter Verkehr • Signifikante Traglaststeigerung • Robustheit (Resttragfähigkeit im Lastfall Brand) • Wirtschaftlichkeit (Materialeinsatz, Ausnutzungsgrad) • Schlupfarmes Verankerungsverhalten • Endverankerungsprinzip (Doppelkopfbolzen) 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 7 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft Nur wenige konstruktive Maßnahmen zur Erhöhung des Querkraftwiderstandes: • Nachträglich durchgebohrte Gewindestangen • Eingeklebte Ankerstangen 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 8 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft Nachteile der vorhandenen Verstärkungsmethoden: • Schwierig unter laufendem Betrieb • Abdichtung des Tragwerks wird zerstört • Geringere Tragfähigkeit des Klebers bei Temperaturen über 80° C 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 9 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Querkraft Roeser, Kerkeni (2010) - Ertüchtigung der beiden Eisenbahnbrücken A13 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 10 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Gegenwärtige Verstärkungsmethoden - Durchstanzen Stützenkopfverstärkung: Stahlpilz Rhino Exo System, Aschwanden AG Rhino Exo System, Aschwanden AG 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 11 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Vorteile der neuen Verstärkungsmethode mittels Betonschrauben: • Anwendungsfreundliche und schnelle Installation • Sofort nach Installation belastbar • Hohe Traglaststeigerung bei geringer Anzahl an Verstärkungselementen • Herstellung von Bauwerksunterseite • Setzpunkte können mit Bewehrungssuchgeräten genau bestimmt werden • Geringe Störung des Bauwerks • Einfacher, dauerhafter Korrosionsschutz bei Verwendung entsprechender Materialgüten bzw. bei zusätzlicher Verpressung 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 12 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Verwendete Schrauben für die Querkraftversuche • Toge TSM 22 • Toge TSM 16 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 13 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Versuchsaufbau 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 14 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Abmessungen der Versuchskörper 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 15 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Verwendete Messsysteme • 6 Induktive Wegaufnehmer • Dehnmessstreifen an den Schrauben • Optisches Messsystem Aramis 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 16 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Versuchsprogramm: erste Versuchsreihe Bez. Querbewehrung Asw asw ρW U1 - - - - B1 5x BÜ 8 / 15 5.03 cm² 6.7 cm²/m 0.30% B2 10 x BÜ 8 / 8 10.05 cm² 12.57 cm²/m 0.57% S1-1 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% S1-2 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% S1-3 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% S1-4 3x TSM 22 / 30 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% S2-1 4x TSM 22 / 20 15.21 cm² 19.01 cm²/m 0.86% S2-2 4x TSM 22 / 20 15.21 cm² 19.01 cm²/m 0.86% S2-3 4x TSM 22 / 20 15.21 cm² 19.01 cm²/m 0.86% 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 17 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Versuchsprogramm: zweite Versuchsreihe Bez. Querbewehrung V1 - Asw asw ρW - - - T1-1 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% T1-2 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% T1-3 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% T1-4 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% T1-5 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% T1-6 3x TSM 22 / 25 11.4 cm² 15.21 cm²/m 0.69% T2-1 6x TSM 16 / 12 12.06 cm² 16.76 cm²/m 0.76% T2-2 6x TSM 16 / 12 12.06 cm² 16.76 cm²/m 0.76% T3-1 6x TSM 16 / 25 12.06 cm² 16.08 cm²/m 0.73% T3-2 6x TSM 16 / 25 12.06 cm² 16.08 cm²/m 0.73% T3-3 6x TSM 16 / 25 12.06 cm² 16.08 cm²/m 0.73% 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 18 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Versuchsergebnisse: Kraft-Verformungsdiagramm 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 19 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Versuchsergebnisse: Kraft-Verformungsdiagramm 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 20 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Gemessene Kräfte in den Betonschrauben Versuch S2-1 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 21 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Rissentwicklung Versuch T1-1: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 22 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Durchstanzversuche an der Universität Innsbruck 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 23 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Ansicht: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Grundriss: Querkraftversuche Dipl.-Ing. Johannes Lechner Durchstanzverstärkung Ausblick Betonschrauben als Durchstanzverstärkung Betonschrauben als nachträgliche Durchstanzbewehrung: 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 24 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Übersicht Versuchsaufbau 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 25 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Ergebnisse: Last-Verschiebungskurven Probekörper Traglast [kN] Laststeigerung P01 612 - P02 906 48 % P03 793 29 % P04 937 53 % 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 26 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Ergebnisse: Sägeschnitte Ablösen des Betons am Stützenanschnitt Eindringen einzelner Betonschrauben in die Versuchsplatte 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 27 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Pilotprojekt – Durchstanzverstärkung Brückenbau Gschwandkopfbrücke – Seefeld in Tirol 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 28 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Pilotprojekt – Durchstanzverstärkung Brückenbau Gschwandkopfbrücke – Seefeld in Tirol 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 29 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Pilotprojekt – Durchstanzverstärkung Brückenbau Gschwandkopfbrücke – Seefeld in Tirol 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 30 Querkraftverstärkung mit Betonschrauben Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Einleitung Grundlagen Querkraftversuche Durchstanzverstärkung Ausblick Zusammenfassung • Betonschrauben können zur Verwendung als nachträglich eingebaute Querkraft- und Durchstanzverstärkung herangezogen werden • Eine höhere Schraubenanzahl bei geringerem Durchmesser führt zu einer besseren Risseverteilung • Verklebte Schrauben führen zu – Höherer Schubtragfähigkeit – Besseren Rissverteilung – Geringeren Rissöffnungen – Einem steiferen Bauteilverhalten • Das System kann für dynamische Lasten verwendet werden 2. Würth Symposium Ingenieur-, Brücken- und Tunnelbau, 2015 Folie 31 Dipl.-Ing. Johannes Lechner Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften Arbeitsbereich für Massivbau und Brückenbau Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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