Beitrag zur Vorbemessung der Biegeverstärkung von Stahlbetonbauteilen mit Rechteckquerschnitt mittel

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Das nachträgliche Verstärken von Stahlbetonbauteilen mit geklebter Bewehrung ist seit 2012 in einer eigenen Richtlinie geregelt. Darin sind u.a. die erforderlichen Nachweise für aufgeklebte Lamellen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) geregelt, welche neben der aufwendigen iterativen Biegebemessung ein sehr komplexes Verbundverhalten aufweisen. Dafür wurde vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton anhand von Versuchsauswertungen ein Modell zur Nachweisführung erarbeitet, wobei die auftretenden Zugkräfte zum Teil über Zwischenrisselemente (Teilstrecken zwischen Biegerissen) in das Bauteil übertragen werden. Aufgrund des Umfangs und der Komplexität der Nachweisführung wurden gleichzeitig vereinfachte, aber ungenauere Nachweisformate darin zur Verfügung gestellt. Um eine frühzeitige Abschätzung über den Einsatz von aufgeklebten CFK-Lamellen zu ermöglichen, wurden in dieser Arbeit unterschiedliche Hilfsmittel für Stahlbetonbauteile mit Rechteckquerschnitt in Abhängigkeit der unterschiedlichen Nachweisformate erarbeitet. Dazu wurden die Bemessungsgrundlagen getrennt nach reiner Biegetragfähigkeit und dem Verbundverhalten betrachtet. Für eine einfache Handrechnung ergaben sich analog zum Stahlbetonbau Bemessungstafeln mit dimensionslosen Beiwerten mit denen anhand einer Grenzdehnung aus dem vereinfachten Nachweis der Biegetragfähigkeit die erforderliche Lamellenfläche bestimmt werden kann. Für eine wirtschaftlichere Lösung wurde der genauere Nachweis der Lamellenkraftänderung am Zwischenrisselement in einer Excel-Arbeitsmappe konfiguriert, da hierbei ein außerordentlicher iterativer Berechnungsaufwand entsteht. Das nachträgliche Verstärken von Betonbauteilen mit aufgeklebten CFK-Lamellen weist eine aufwendige iterative Biegebemessung aufgrund des komplexen Verbundverhaltens auf. Zur Ermittlung der Biegetragfähigkeit und der daraus resultierenden erforderlichen Lamellenfläche wurden die Ansätze des Stahlbetonbaus um die aufgeklebte Bewehrung erweitert. So konnten Bemessungstafeln mit dimensionslosen Beiwerten für unterschiedliche Gesamtdehnungszustände entwickelt werden, die in Verbindung mit dem vereinfachten Nachweisverfahren der DAfStb-Richtlinie "Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung" die Vorbemessung einer Biegeverstärkungsmaßnahme mit aufgeklebten CFK-Lamellen ermöglichen. Da die Bemessungstafeln mit dem vereinfachten Nachweis gewissen Anwendungsgrenzen unterliegen, wurde zusätzlich eine Excel-Arbeitsmappe konfiguriert, die den genaueren Nachweis der Lamellenkraftänderung am Zwischenrisselement sowie die iterative Bemessung der Biegetragfähigkeit enthält. Die vorliegende Arbeit beschreibt detailliert die Nachweisverfahren des DAfStb sowie die Erstellung der Bemessungshilfen.