Inhaltsverzeichnis

Cover

Vorwort zur 2. Auflage

Vorwort zur 1. Auflage

1 Konstruktionsgeschichte

1.1 Römischer Beton
1.2 Portlandzement und Stampfbeton
1.3 Die Eisenbetonbauweise
1.4 Die Spannbetonbauweise
1.5 Fertigteile
1.6 Dauerhaftigkeit und neue Werkstoffe
1.7 Zeittafel

2 Zuverlässigkeit von Tragwerken

2.1 Angewandte Statistik
2.2 Auswertung von Stichproben
2.3 Sicherheitskonzepte für Tragwerke
2.4 Sicherheitsbeiwerte für bestehende Tragwerke
2.5 Rechenbeispiele

3 Beton und Stahl

3.1 Beton
3.2 Betonstahl
3.3 Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauteilen
3.4 Rechenbeispiele

4 Baustatik und Bemessung

4.1 Elastizität und Plastizität
4.2 Schnittgrößen und Beanspruchungen
4.3 Bauteilwiderstände und Tragfähigkeiten
4.4 Rechenbeispiele

5 Zustandserfassung

5.1 Bauteilgeometrie und Oberflächen
5.2 Materialkennwerte
5.3 Dokumentation

6 Bewertung der Tragfähigkeit

6.1 Rechnerische Bewertung der Tragfähigkeit
6.2 Experimentelle Verfahren
6.3 Bauwerksüberwachung
6.4 Brandschutz und Feuerwiderstand
6.5 Rechenbeispiele

7 Instandsetzung und Reparatur von Betonbauteilen

7.1 Vorbereitung der Instandsetzung
7.2 Vorbereitung des Betonuntergrundes
7.3 Vorbereiten der Bewehrung
7.4 Instandsetzungs- und Reparaturmörtel
7.5 Füllen von Rissen und Hohlräumen
7.6 Oberflächenschutzsysteme

8 Nachträgliche Verstärkung mit Beton und Spritzbeton

8.1 Technologische Grundlagen
8.2 Nachträgliche Verstärkung von Platten und Balken
8.3 Verstärkung von Stützen
8.4 Beispiele

9 Nachträgliche Verstärkung mit geklebten Faserverbundwerkstoffen

9.1 Klebetechnologie und Faserverbundwerkstoffe
9.2 Verstärkung von Stahlbetonplatten und -balken
9.3 Umschnürung von Druckgliedern und Rahmenecken
9.4 Ausführung und Qualitätssicherung von Klebearbeiten
9.5 Rechenbeispiele

Literatur

Stichwortverzeichnis

Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

Tabellenverzeichnis

2 Zuverlässigkeit von Tragwerken

Tab. 2.1 Faktoren k für ausgewählte Fraktilen q.
Tab. 2.2 Faktoren t_n,p für unterschiedlich große Stichproben und Wahrscheinlichkeiten.
Tab. 2.3 Faktoren k_n für unterschiedlich große Stichproben n und Wahrscheinlichkeiten p nach EC 0 [29] und ISO 16269-6 [30].
Tab. 2.4 Zusammenhang zwischen Sicherheitsindex β und Versagenswahrscheinlichkeit P_f.
Tab. 2.5 Zielwert des Zuverlässigkeitsindexes β und der zugehörigen Versagenswahrscheinlichkeit pro Jahr p_f für den Grenzzustand der Tragfähigkeit für eine mittlere Zuverlässigkeitsklasse RC2.
Tab. 2.6 Teilsicherheitsbeiwerte nach EC und Nachrechnungsrichtline [38] im Vergleich.
Tab. 2.7 Teilsicherheitsbeiwerte nach Merkblatt DBV [36].
Tab. 2.8 Beispiel 1 – Einzelwerte der Betondruckfestigkeit von 18 Proben (geprüft am Zylinder mit D = 100 mm).
Tab. 2.9 Beispiel 2 – Einzelwerte der Oberflächenzugfestigkeit.

3 Beton und Stahl

Tab. 3.1 Verhältnis der Druckfestigkeit von Würfeln und Prismen und Verhältnis der Druckfestigkeiten bei unterschiedlichen Probengrößen nach unterschiedlichen Quellen.
Tab. 3.2 Verhältnis von Würfeldruckfestigkeit und Prismenfestigkeit nach DIN 1045 (1943) [48].
Tab. 3.3 Zuordnung früher üblicher Festigkeitsklassen (nach [38, 49]).
Tab. 3.4 Kriechzahlen ermittelt nach EC 2 für Bauteile mit unterschiedlichem Alter bei Belastungsbeginn.
Tab. 3.5 Kennwerte häufig verwendeter Gruppen für Betonstabstahl.
Tab. 3.6 Kennbuchstaben für Betonstähle.
Tab. 3.7 Dauerschwingfestigkeit – zulässige Schwingbreite nach DIN 488 (1972) [60].
Tab. 3.8 Dauerschwingfestigkeit – zulässige Schwingbreite nach DIN 488 (1984) [61].
Tab. 3.9 Biegerollendurchmesser für Betonstahl I (BSt 220) nach DIN 1045 (1972) [58].
Tab. 3.10 Oberflächenformen von Betonstählen (nach [49, 63–65]).
Tab. 3.11 Übersicht Betonstahlmatten (nach [49, 64–66]).
Tab. 3.12 Abrostungsraten (nach Knöfel [75]).

4 Baustatik und Bemessung

Tab. 4.1 Entwicklung der „zulässigen Spannungen“ für Beton von 1904 bis 2011.
Tab. 4.2 Zulässige Spannungen für Platten und Balken (Hochbauten).
Tab. 4.3 Maximal zulässige Schubspannungen für Platten und Balken.
Tab. 4.4 ω-Werte für rechteckige und quadratische bügelbewehrte Stützen nach den Bestimmungen von 1925 und 1932.
Tab. 4.5 Prismenfestigkeit, Quetschgrenze und ω-Werte nach DIN 1045 (1943) [48].
Tab. 4.6 Tabellierte Momentenlinien (Teil 1) nach Zellerer [82].
Tab. 4.7 Tabellierte Momentenlinien (Teil 2) nach Zellerer [82].
Tab. 4.8 Bemessungstabelle für biegebeanspruchte Bauteile nach Mörsch (Auszug) [53].
Tab. 4.9 k_h-Verfahren für BSt 220/340, DIN 1045 (1972).

5 Zustandserfassung

Tab. 5.1 Ergänzung und Absicherung der Inaugenscheinnahme.
Tab. 5.2 Beiwert k₃ (nach DIN EN 13791/A20).
Tab. 5.3 Charakteristische Mindestdruckfestigkeit von Bauwerksbeton für die Druckfestigkeitsklassen gemäß EN 206–1 (nach DIN EN 13791).
Tab. 5.4 Bewertung der Durchlässigkeit einer Oberfläche anhand des Wasseraufnahmekoef–fizienten.
Tab. 5.5 Kategorien einer Zustandserfassung (beispielhaft).

6 Bewertung der Tragfähigkeit

Tab. 6.1 Beispiele zur Anwendung des Bestandsschutzes (Auswahl nach [102] und [100]).
Tab. 6.2 Kennzahl K_E zur Ermittlung des Elastizitätsmoduls von Mauerwerk aus EC 6.
Tab. 6.3 Verformungskriterien und ihre messtechnische Erfassung (nach DAfStb Richtlinie [110]).
Tab. 6.4 Kenngrößen und Verfahren der Bauwerksüberwachung (Auswahl nach [113]).
Tab. 6.5 Einteilung von baulichen Anlagen nach Gefährdungspotenzial und Schadensfolgen (nach [115]).
Tab. 6.6. Anhaltswerte für Zeitintervalle für die jeweilige Art der Überprüfung nach [111, 115].
Tab. 6.7 Feuerwiderstandsdauer – Kategorien.
Tab. 6.8 Ergebnisse der Druckfestigkeitsprüfung an Bohrkernen.

7 Instandsetzung und Reparatur von Betonbauteilen

Tab. 7.1 Vorbereitung einer Instandsetzungsmaßnahme.
Tab. 7.2 Strahl und Reinigungsverfahren für Betonoberflächen.
Tab. 7.3 Beanspruchbarkeitsklassen für Instandsetzungsmörtel nach RiLi-SIB Teil 2 [123].
Tab. 7.4 Schichtdicken (Richtwerte) für Instandsetzungsmörtel nach RiLi-SIB Teil 2 [123].
Tab. 7.5 Anwendungsbereiche der Rissfüllstoffe nach RiLi-SIB [123].
Tab. 7.6 Erforderliche Rissbreite für die Füllart Tränkung nach RiLi-SIB [123].
Tab. 7.7 Rissfüllstoffspezifische Anwendungsbedingungen für die Füllart Injektion nach Rili-SIB [123].
Tab. 7.8 OS nach Rili-SIB [123].
Tab. 7.9 OS nach Rili-SIB [123].

8 Nachträgliche Verstärkung mit Beton und Spritzbeton

Tab. 8.1 Rauigkeits-und Reibungs-und Festigkeitsabminderungsbeiwerte nach EC 2.
Tab. 8.2 Definition der Oberflächenbeschaffenheit.

9 Nachträgliche Verstärkung mit geklebten Faserverbundwerkstoffen

Tab. 9.1 Einteilung der Klebstoffe nach ihrer Entstehungsreaktion (nach [154]) mit Beispielen aus dem Bauwesen.
Tab. 9.2 Mechanische Eigenschaften von EP und Methacrylaten.
Tab. 9.3 Spezifische Festigkeit unterschiedlicher Materialien.
Tab. 9.4 Mechanische Eigenschaften von Fasern nach [155,156].
Tab. 9.5 Typische Verarbeitungsbedingungen beim Klebenmit EP im Bauwesen.
Tab. 9.6 Verstärkungssysteme mit Kohlefasern - Produkte mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung
Tab. 9.7 Verstärkungssystememit Kohlefasern – mechanische Eigenschaften.
Tab. 9.8 Teilsicherheitsbeiwerte für Verstärkungen mit Kohlefasern nach Richtlinie DAfStb [168].
Tab. 9.9 Dauerstandsminderungsfaktoren für Verstärkungen mit Kohlefasern nach bauaufsichtlichen Zulassungen.
Tab. 9.10 Typische Klimabedingungen und Verarbeitungszeiten für Klebearbeiten.

Illustrationsverzeichnis

1 Konstruktionsgeschichte

Abb. 1.1 Römische Wasserleitung, Detail.
Abb. 1.2 Römische Wandkonstruktionen. (a) Nach Piranesi 1756 aus [3]; (b) opus incertum aus [2]; (c) opus reticulatum (Außenschale verwittert) aus [2].
Abb. 1.3 Querschnitt durch das Pantheon (erbaut 2. Jh. n. Chr.) aus [4].
Abb. 1.4 (a) Zeitgenössische Darstellung des Edystone-Leuchtturms, aus [5]; (b) Schalungs–technik des Pisebaus nach Rondelet, aus [5].
Abb. 1.5 Coignets Aquädukt im Wald von Fontainbleau (1867), aus [5].
Abb. 1.6 Bauwerke Moniers. (a) Eisenbetonbrücke in Chazelet (1875), aus [6]; (b) Wasserbehälter in Pontorson (1880), aus [6].
Abb. 1.7 Françoise Coignet, Zeichnung aus seinem Patent zur Bewehrung von Betondecken (1854), aus [4].
Abb. 1.8 Deckenkonstruktionen, aus [7]. (a) Monierplatte; (b) Moniergewölbe, aus [7]; (c) Voutendecke von Koenen, aus [8].
Abb. 1.9 Monolithisches Beton-Rahmentragwerk 1904, aus [4].
Abb. 1.10 Bewehrungsführung einer Hennebique'schen Decke, aus [8].
Abb. 1.11 Protagonisten der Eisenbetonbauweise. (a) Françoise Coignet; (b) Joseph Monier; (c) Françoise Hennebique; (d) Emil Mörsch.
Abb. 1.12 Lagerhaus Giesshübelstraße in Zürich, Deckentragwerk von Robert Maillart (1910), aus [9].
Abb. 1.13 Schwandbachbrücke von Robert Maillart (1933), aus [9].
Abb. 1.14 Jahrhunderthalle Breslau von Max Berg (1913).
Abb. 1.15 Gartencenter in Camorino von Heinz Isler (1971).
Abb. 1.16 Seerose in Potsdam von Ulrich Müther (1980), aus [11].
Abb. 1.17 Belastungsprobe an „Wettstein-Brettem" aus [5].
Abb. 1.18 Autobahnbrücke bei Oelde/Westf. von Wayss &Freytag (1939), aus [54].
Abb. 1.19 Versetzen eines Fertigteilbrückenträgers 1958, aus [5].
Abb. 1.20 Palazetto dello Sport von Pier Luigi Nervi (1957), aus [13].
Abb. 1.21 Deckensysteme. (a) Kaiser-Decke; (b) Decke mit nichttragenden Füllkörpern und Fertigteilbalken, aus [14].

2 Zuverlässigkeit von Tragwerken

Abb. 2.1 (a) Häufigkeitsverteilung einer Stichprobe als Histogramm; (b) stetige Normalverteilung der Grundgesamtheit.
Abb. 2.2 Fraktilwerte für eine Gauß-Normalverteilung.
Abb. 2.3 Würfeldruckfestigkeit und zulässige Spannung von 1904 bis 2002 (vgl. Tab. 4.1).
Abb. 2.4 Die drei Stufen der probabilistischen Methoden (nach EC 0 [29]).
Abb. 2.5 Grenzzustandsfunktion f_Z, Versagenswahrscheinlichkeit p_f und Sicherheitsindex β(nach [31]).

3 Beton und Stahl

Abb. 3.1 Idealisierung der Spannungs-Dehnungslinie für die Querschnittsbemessung mit einem Parabel-Rechteckdiagramm (a) und in einer bilinearen Form (b).
Abb. 3.2 Durchführung einer Haftzugprüfung.
Abb. 3.3 Mehrachsiger Spannungszustand. (a) Druckzone einer vierseitig gelagerten Platte; (b) umschnürte Stütze.
Abb. 3.4 Versagenskriterium für Beton unter zweiachsiger Beanspruchung nach Kupfer, Hilsdorf und Rüsch, aus [56].
Abb. 3.5 Lastverformungskurve für Beton bei behinderter Querdehnung nach Mander et al. [57].
Abb. 3.6 Zeitlicher Verlauf der Schwindverformung nach Otto Graf (1912), aus [53].
Abb. 3.7 Spannungs-Dehnungslinien von Betonstählen. a BSt 220/340; b BSt 420/500; c BSt 500/550 (gereckt); d St 1420/1570 (vergütet); e St 1570/1760 (gezogen).
Abb. 3.8 Idealisierung von Spannungs-Dehnungslinien: BSt 220/340; BSt 420/500; BSt 500/550, aus [58].
Abb. 3.9 Stahlbetonbalken mit Aufbiegung. (a) Bogenbildung im Bruchzustand bei glatter Bewehrung, aus [67]; (b) Fachwerkanalogie, aus [53].
Abb. 3.10 Mechanisches Modell für die Verankerung. (a) Glatter Bewehrungsstahl, aus [68]; (b) gerippter Bewehrungsstahl.
Abb. 3.11 Geometrische Größen zur Ermittlung der bezogenen Rippenfläche nach Rehm[70].
Abb. 3.12 Schematische Darstellung geschweißte Stöße, aus [73]. (a) Überlappungsstoß;(b) Stumpfstoß.
Abb. 3.13 Kalkablagerungen an der Luftseite der Linachtalsperre.
Abb. 3.14 (a) Flächiger Frost-Tausalz-Schaden; (b) örtliche Korrosion im Bereich eines Stützenfußes (Fotos: AMPA Universität Kassel).
Abb. 3.15 (a) Karbonatisierungsfortschritt nach Klopfer [74]; (b) Karbonatisierung am Rissufer.
Abb. 3.16 Porenradienverteilung eines Normalbetons, ermittelt mit Quecksilberdruckporosimetrie (nach AMPA der Universität Kassel).

4 Baustatik und Bemessung

Abb. 4.1 Tumski-Brücke, Breslau.
Abb. 4.2 Momenten-Krümmungs-Diagramm für einen biegebeanspruchten Stahlbetonquerschnitt.
Abb. 4.3 Anwendung des statischen Grenzwertsatzes der Plastizitätstheorie.
Abb. 4.4 Achsendefinitionen und Auflagersymbolik bei den Tabellenwerken von Czerny, Stiglat/Wippel und Pieper/Martens.
Abb. 4.5 „Verteilung“der Stützmomente bei punktgestützten Platten nach (a) Duddeck, aus [87] und (b) Heft 240 des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb), aus [88].
Abb. 4.6 Entwicklung der Bemessungsansätze für biegebeanspruchte Stahlbetonbauteile. (a) Ansatz Koenen (1886); (b) n-Verfahren, Preußische Bestimmungen (1904); (c) Querschnittswiderstand mit vereinfachendem Spannungsblock (1972).
Abb. 4.7 (a) und (b) Strebensysteme für Stahlbetonträger nach Mörsch [53]; (c) Fachwerkanalogie nach EC 2.
Abb. 4.8 Schubspannungen für den gerissenen Querschnitt mit Biegezugbewehrung.
Abb. 4.9 Schubbereiche nach DIN 1045 (1972) in Abhängigkeit von der Querschnittskrümmung.
Abb. 4.10 Bemessungsnomogramm für Stützen mit großer Schlankheit, aus [96].
Abb. 4.11 Rechenbeispiel Dreifeldträger. (a) Statisches System; (b) Vorzeichendefinition.
Abb. 4.12 Rahmentragwerk. (a) Statisches System und Belastung; (b) Biegemomente [kNm].
Abb. 4.13 Rahmenformeln nach Kleinlogel [83] (Auszug).
Abb. 4.14 Beispiel Biegebemessung.
Abb. 4.15 Beispiel Schubbemessung.
Abb. 4.16 Beispiel Stützenbemessung.

5 Zustandserfassung

Abb. 5.1 Orthogonalverfahren regelmäßiger (a) und unregelmäßiger Grundrisse (b).
Abb. 5.2 (a) Polarverfahren (b) Doppel-Polarverfahren.
Abb. 5.3 Anbindung von Höhenmaßen.
Abb. 5.4 Beispiel für die Anwendung des Scanverfahrens. (a) Gerät vor dem Objekt aufgebaut; (b) Datenauswertung: Intensität der Reflexion (links), in Echtfarben eingefärbte Punktwolke (rechts) (Quelle: Universität Kassel, Sachgebiet Vermessung).
Abb. 5.5 Darstellung der Verformung einer Stützmauer mit Zahlenangaben (a), verformungsgetreu (b), überhöht (c).
Abb. 5.6 (a) Magnetsonde, Mess-und Aufzeichnungseinheit eines Bewehrungssuchgerätes (Quelle: Hilti AG); (b) Sondierschlitz zur Ortung der Bewehrung.
Abb. 5.7 Kamerabefahrung eines Bohrlochs (Quelle: w+s Bau–Instandsetzung GmbH, Kassel).
Abb. 5.8 Ergebnisse eines WD–Versuches (Quelle: w+s Bau–Instandsetzung GmbH, Kassel).
Abb. 5.9 Anwendungsprinzip indirekter Verfahren. (a) Reflexion (Radar); (b) direkte Transmission (Radar und Mikroseismik); (c) Bohrlochseismik (S = Sender, E = Empfänger).
Abb. 5.10 Anwendung des Radarverfahrens. (a) Dokumentation; (b) Interpretation der Messergebnisse.
Abb. 5.11 Vorgehen bei der Bewertung der Betondruckfestigkeit am Objekt nach DIN EN 13791/A20:2017–02 [40].
Abb. 5.12 Verfärbung des nichtkarbonatisierten Teils einer Betonprobe.
Abb. 5.13 Anwendung eines Karsten'schen Prüfröhrchens zur Bestimmung der Wasseraufnahme.
Abb. 5.14 Beispiel einer Zustandserfassung, (a) Fotodokumentation; (b) Zeichnung.

6 Bewertung der Tragfähigkeit

Abb. 6.1 Steg eines Trägers mit abgestufter erforderlicher Betonfestigkeit (schematisch).
Abb. 6.2 Umlagerung von Biegemomenten zur Heranziehung von Tragreserven der vorhandenen Feldbewehrung (a) und bei nachträglicher Verstärkung im Feldbereich (b).
Abb. 6.3 Beispiel zur Anwendung der Streifenmethode bei einer vierseitig gelagerten Stahlbetonplatte.
Abb. 6.4 Anwendung der Bruchlinientheorie bei Stahlbetonplatten.
Abb. 6.5 Beispiel für die Entwicklung von Spannungsfeldern (aus [76]). (a) Auflagerbereich eines Trägers; (b) Knoten mit zweiachsiger Druckbeanspruchung; (c) Einleitung von Zugkräften.
Abb. 6.6 Vergleich der Biegemomente einer Stahlbetonplatte und des zugehörigen Unterzugs bei vereinfachter und genauer Betrachtungsweise.
Abb. 6.7 Einspannwirkung. (a) Durch vorhandene „konstruktive“ Zulagen im Bereich von Deckenauflagern; (b) durch gemauerte Wände.
Abb. 6.8 Begrenzung der Einspannwirkung bei gemauer–keine Begrenzung der Exzentrizität ten Wänden.
Abb. 6.9 Bogentragwirkung in einem Stahlbetonbalken.
Abb. 6.10 (a) Bogentragwirkung in einer Stahlbetonplatte;(b) Aktivierung einer Gurtbewehrung im Endfeld; (c) räumliche Gewölbetragwirkung in einer vierseitig gelagerten Platte.
Abb. 6.11 Belastungsversuch an einer Stahlbetondecke (1902) (aus [109]).
Abb. 6.12 Belastungsversuch am Einfeldträger.
Abb. 6.13 Belastungseinrichtung mit hydraulischer Krafterzeugung gegen Ballast.
Abb. 6.14 Belastungsversuch – schematische Darstellung mit Messtechnik und Datenerfassung.
Abb. 6.15 Zusammenhang zwischen Kosten und Zeitintervallen einer Instandhaltung.
Abb. 6.16 Überwachung eines Risses mit einer Gipsmarke (a) und einem Rissmonitor (b).
Abb. 6.17 Durchführung einer Lotmessung.
Abb. 6.18 Elektronische Verformungsmessung. (a) Induktion; (b) Potentiometer; (c) DMS.
Abb. 6.19 Temperaturabhängige Spannungs-Dehnungslinie von a) Beton und b) warmgewalztem Betonstahl (B500B) (aus [119]).
Abb. 6.20 Temperaturverlauf in einem 4-seitigen brandbeanspruchtem Stützenquerschnitt nach 90 min Branddauer (aus [119]), Isothermen (obere Hälfte), Spannungen (untere Hälfte).
Abb. 6.21 Beispiel Biegeträger. (a) Querschnitt; (b) Auflagerbereich.

7 Instandsetzung und Reparatur von Betonbauteilen

Abb. 7.1 Vorbereitung einer örtlichen Ausbesserung.
Abb. 7.2 Injektionshilfen. (a) Bohrpacker; (b) Klebepacker.
Abb. 7.3 Beeinflussung des Karbonatisierungsverlaufs im Beton durch Oberflächenschutzmaßnahmen (aus [134] nach [135]).

8 Nachträgliche Verstärkung mit Beton und Spritzbeton

Abb. 8.1 Anwendung des Spritzbetonverfahrens.
Abb. 8.2 Anisotropie des als Spritzbeton hergestellten Festbetons.
Abb. 8.3 Nachträgliche Verstärkung von Plattenbalken mit Spritzbeton. (a) Verstärkung der Druckzone; (b) und (c) Verstärkung der Zugzone; (d) mit zusätzlicher Schubverstärkung.
Abb. 8.4 Definition der Oberflächenbeschaffenheit. (a) Verzahnung; (b) Rauigkeit.
Abb. 8.5 Beanspruchung der Fuge zwischen altem Beton und nachträglicher Verstärkung. (a) Verstärkung der Druckzone; (b) Verstärkung der Zugzone.
Abb. 8.6 Schubkraftdeckungsdiagramm zur Verteilung der Fugenbewehrung nach DIN 1045-1 [41].
Abb. 8.7 Plattenbalkenmit zusätzlichen Bügeln. (a) Eingeklebt; (b) geschlossen; (c) mit Stahlprofilen verankert.
Abb. 8.8 Ergänzung der Zugzone durch Bewehrung in eingefrästen Schlitzen nach [146].
Abb. 8.9 Kontaktfläche bei der nachträglichen Verstärkung von Balken.
Abb. 8.10 Balken mit Schubverstärkung: Schnittgrößen im Grenzzustand der Tragfähigkeit.
Abb. 8.11 Nachträgliche Verstärkung von Stahlbetonstützen durch Spritzbeton (a) und Stahlbleche (b).
Abb. 8.12 Effektiv umschnürte Fläche einer bügelbewehrten Stütze mit rundem (a) und rechteckigem Querschnitt (b).
Abb. 8.13 Effektiv umschnürte Flächen bei nachträglich verstärkten Stützen.
Abb. 8.14 Spannungs-Dehnungslinie für umschnürten Beton nach Mander [151].
Abb. 8.15 Anordnung der Bewehrung bei spritzbetonverstärkten Stützen. (a) Rechteckquerschnitt mit Zwischenverankerung; (b) quadratischer Querschnitt.
Abb. 8.16 Geometrie und Bewehrung der vorhandenen Stütze und der Spritzbetonschale.

9 Nachträgliche Verstärkung mit geklebten Faserverbundwerkstoffen

Abb. 9.1 Einteilung der Klebstoffe nach dem Abbindemechanismus.
Abb. 9.2 Polymerbildung durch Polymerisation (a) und Polyaddition (b).
Abb. 9.3 Abhängigkeit der Klebefestigkeit vom Härteanteil bei Methacrylatklebstoffen (a) und vom Mischungsverhältnis bei Epoxidharzklebstoffen (b) nach [154].
Abb. 9.4 Polymerstrukturen. (a) Duromer; (b) und (c) Thermoplaste.
Abb. 9.5 Zugfestigkeit von Polymeren in Abhängigkeit von der Temperatur (schematische Darstellung nach [154]).
Abb. 9.6 (a) Komponenten von Faserverbundwerkstoffen; (b) mikroskopische Aufnahme eines Faserverbundwerkstoffes.
Abb. 9.7 Pultrusionsverfahren (aus [157]).
Abb. 9.8 Vakuumverfahren (a) und Handlaminierverfahren (b).
Abb. 9.9 (a) Vergrößerter Schnitt eines im Handlaminierverfahren hergestellten Glasfaserverbundes; (b) Definition der Volumenanteile.
Abb. 9.10 Festigkeitsentwicklung eines Epoxidharzklebstoffs bei unterschiedlichen Temperaturen.
Abb. 9.11 Bindekräfte von Klebeverbindungen. (a) Chemische und physikalische Adsorption; (b) mechanische Adhäsion.
Abb. 9.12 Qualitative Darstellung zum Temperatureinfluss auf Klebeverbindungen nach [154]. (a) Für dauerhaft einwirkende hohe Feuchte; (b) bei kurzzeitiger Temperaturänderung.
Abb. 9.13 Kreuzungspunkte bei zweiachsiger Verstärkung. (a) Mit Stahlblechen (aus [159]); (b) mit Kohlefaserlamellen.
Abb. 9.14 Geklebte Bewehrung zur Erhöhung der Biegetragfähigkeit. (a) Eingeschlitzte Lamellen; (b) oberflächig geklebte Lamellen.
Abb. 9.15 Vorspannung von Kohlefaserlamellen - schematische Darstellung unterschiedlicher Systeme. (a) Sika Leoba CarboDur; (b) S&P; (c) EMPA; (d) Sika Stresshead.
Abb. 9.16 Schubverstärkung von Stahlbetonbalken mit Faserverbundwerkstoffen. (a) Vollflächig; (b) streifenförmig.
Abb. 9.17 Schubverstärkung von Stahlbetonbalken mit Faserverbundwerkstoffen. (a) Ohne Verankerung in der Druckzone; (b) streifenförmige vollständige Umwicklung; (c) Verankerung in der Druckzone.
Abb. 9.18 Versagensarten nachträglich verstärkter Stahlbetonbalken.
Abb. 9.19 Nachträglich verstärkter Plattenstreifen (aus [165]). (a) Versuchsaufbau; (b) Versagen durch Entkoppeln; (c) Lastverformungskurve.
Abb. 9.20 Dehnungen und Kräfte am verstärkten Querschnitt im rechnerischen Bruchzustand.
Abb. 9.21 Idealisierte Spannungs-Dehnungslinie für Beton (C12/15 bis C50/60).
Abb. 9.22 Dehnungen und Kräfte am verstärkten Querschnitt mit vereinfachenden Annahmen.
Abb. 9.23 Dehnungen im gerissenen Zustand vor der Verstärkung.
Abb. 9.24 Zugkraftdeckungslinie eines Stahlbetonbalkens mit aufgeklebter Bewehrung.
Abb. 9.25 Zugkraftaufbau und Verbundspannungen beim einbetonierten Bewehrungsstab. (a) Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen berücksichtigt; (b) vereinfacht.
Abb. 9.26 Verbundspannungen beim aufgeklebten Faserverbundwerkstoff. (a) Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen berücksichtigt; (b) vereinfacht.
Abb. 9.27 Verankerung im Auflagerbereich.
Abb. 9.28 (a) Bilinearer Verbundansatz; (b) und (c) vereinfachte lineare Verbundansätze.
Abb. 9.29 Abhängigkeit der Verbundkräfte von der Verankerungslänge.
Abb. 9.30 Effektiv umschnürte Flächen bei abschnittsweiser und kontinuierlicher Umwicklung.
Abb. 9.31 Ergänzter Rechteckquerschnitt.
Abb. 9.32 (a) Ablösen durch Unebenheiten; (b) Definition von Unebenheiten.
Abb. 9.33 Verkleben vorgefertigter Lamellen. (a) Aufbringen des Klebstoffsauf die Lamelle;
Abb. 9.34 Statisches System und Momentenverlauf.

Autor

Prof. Dr.-Ing. Werner Seim

Fachgebiet Bauwerkserhaltung und Holzbau

Institut für Konstruktiven Ingenieurbau

Universität Kassel

Kurt-Wolters-Straße 3

34125 Kassel

Titelbild

Detail Linachtalsperre, Vöhrenbach im

Schwarzwald (Foto:Werner Seim)

2. Auflage 2018

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Umschlaggestaltung Stefanie Eckert-Kimmig, stilvoll

Satz le-tex publishing servicesGmbH, Leipzig

Vorwort zur 2. Auflage

Die 1. Auflage dieses Buches entstand vor über zehn Jahren, in einer Zeit als Baumaßnahmen in Bestand längst zu den täglichen Aufgaben für Bauingenieure gehörten, die Methoden für die „Bewertung und Verstärkung von Stahlbetontragwerken“ aber noch sehr unvollständig und lückenhaft dokumentiert und erläutert waren.

Es ist sehr erfreulich, dass sich die Situation zwischenzeitlich völlig verändert hat. Beispielhaft seien hier die Aktivitäten des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins genannt, der allein seit 2007 sechs Merkblätter und zehn Hefte herausgebracht hat, zu Themen in Zusammenhang mit dem Bauen im Bestand.

Lag vor zehn Jahren die Herausforderung darin, die verfügbaren Informationen in eine sinnvolle Ordnung zu bringen und die vorhandenen Lücken durch praxistaugliche Ansätze zu schließen, so konnte ich bei der Vorbereitung der zweiten Auflage auf eine Vielzahl nützlicher und aktueller Veröffentlichungen zurückgreifen.

Für die zweite Auflage wurden die Inhalte vollständig aktualisiert mit Bezug zu den gültigen technischen Regelwerken. Darüber hinaus wurden einige Teile zum besseren Verständnis vollständig überarbeitet. Dazu zählen die Abschnitte zur Statistik, zu den Sicherheitsbeiwerten sowie zu den Materialkennwerten für Stahl und Beton.

Neu hinzugekommen sind die Abschnitte zum Bestandsschutz, zur Feuerwiderstandsdauer und zum Stahl-Beton-Verbund.

Ein besonderer Dank gilt Karsten Schilde für seine sorgfältige Durchsicht und seine Korrekturvorschläge zu den aktualisierten Teilen dieser 2. Auflage.

Kassel, im Juni 2018

Werner Seim

Vorwort zur 1. Auflage

Bezogen auf das gesamte Bauvolumen ist der Anteil reiner Neubauten rückläufig. Unterschiedliche Schätzungen gehen davon aus, dass der Anteil der Baumaßnahmen im Bestand am gesamten Bauvolumen derzeit etwa 60 % beträgt. Es wird als realistisch angesehen, dass sich dieser Anteil in den kommenden Jahren auf bis zu 70 % erhöhen wird.

Baustoffindustrie, Baufirmen und Handwerker haben sich auf den veränderten Markt längst eingestellt; das gilt auch für viele Universitäten und Hochschulen, die spezielle Kurse und Vertiefungsrichtungen anbieten. Die Fachliteratur zum Thema „Bauwerkserhaltung“ ist so umfangreich, dass es schwer wird, die Übersicht zu bewahren.

Dennoch scheint es, dass das Thema „Bewertung und nachträgliche Verstärkung von Stahlbetontragwerken“ bisher etwas zu kurz gekommen ist. Das mag zum einen daran liegen, dass in den vergangenen Jahren die Einführung neuer Normkonzepte die Aufmerksamkeit auf sich zog. Zum anderen gab es bei der Verstärkungstechnologie mit der Anwendung der Klebetechnik eine geradezu sprunghafte Entwicklung.

Das vorliegende Buch soll helfen, diese Lücke zu schließen. Mein Ziel war es, Erfahrungen aus der Praxis, aus der Lehre und aus der Bearbeitung von Forschungsprojekten einzubringen und zusammenzufassen. Dabei war es mir wichtig, die Themen der neun Kapitel in die Grundsystematik einzubinden, die von Klaus Pieper vor über 40 Jahren mit „Anamnese – Diagnose – Therapie“ zeitlos treffend aus der Medizin für den Umgang mit bestehenden Bauwerken übernommen wurde.

Das erste Kapitel gibt einen gestrafften Überblick zur Konstruktionsgeschichte, um ein Gefühl dafür zu vermitteln, was den Planer im Bestand erwarten kann. Die Grundlagen zur Zuverlässigkeit von Tragwerken werden im zweiten Kapitel so weit dargestellt, wie sie für die Definition und das Verständnis von Teilsicherheitsbeiwerten und für die Bewertung von am Bauwerk gewonnenen Stichproben erforderlich sind. Neben den wichtigsten Grundlagen zur Werkstoffmechanik und zur Dauerhaftigkeit von Beton und Stahl enthält das dritte Kapitel einige Hinweise auf die historischen Wurzeln dieser Erkenntnisse. Das vierte Kapitel dokumentiert die wichtigsten Entwicklungsschritte im Zusammenhang mit der Baustatik und Bemessung von Stahlbetontragwerken. Ein grundlegendes Verständnis dieser ingenieurgeschichtlichen Meilensteine ist unerlässlich, wenn man Bestandsunterlagen verstehen und interpretieren muss. Die wichtigsten Hilfsmittel für eine Zustandserfassung und die Systematik dazu werden im fünften Kapitel vorgestellt und erläutert. Das sechste Kapitel enthält zahlreiche Hinweise zur Bewertung der Tragfähigkeit von Stahlbetontragwerken und zur Quantifizierung von Tragreserven. In diesem Zusammenhang werden auch experimentelle Verfahren beschrieben und es werden einige Grundlagen zur Bauwerksüberwachung eingeführt. Das siebte Kapitel Instandsetzung und Reparatur von Betonbauteilen ist sehr kurz gefasst. Zu diesem Thema kann auf das umfangreiche Fachschrifttum verwiesen werden. Die beiden abschließenden Kapitel Nachträgliche Verstärkung mit Beton und Spritzbeton und Nachträgliche Verstärkung mit geklebten Faserverbundwerkstoffen sind ähnlich aufgebaut. Es werden zuerst einige technologische Grundlagen zur Spritzbetonbauweise bzw. zum Kleben von Faserverbundwerkstoffen eingeführt. Darauf aufbauend werden die Grundlagen der Bemessung von Verstärkungsmaßnahmen erläutert und es werden Hinweise für die Ausführung und Überwachung entsprechender Maßnahmen gegeben.

Bei meiner Arbeit haben mich zahlreiche Kollegen und Mitarbeiter unterstützt:

Gerhard Mehlhorn hat das Manuskript vollständig durchgesehen und es durch Korrekturen und kollegiale Hinweise an vielen Stellen verbessert.

Dirk Matzdorff, Jan Rassek und Karsten Schilde haben ihre vertieften Kenntnisse zu den Themen Spritzbeton, Zustandserfassung und geklebte Verstärkungen in die entsprechenden Kapitel eingebracht.

Peter Machner und Wolfgang Römer haben mich in zahlreichen Gesprächen an ihrer Erfahrung mit altem Beton und altem Stahl teilhaben lassen.

Von meinen Mitarbeitern Heiko Koch, Uwe Pfeiffer und Martin Schäfers wurden die Rechenbeispiele durchgesehen und die didaktischen Konzepte kritisch hinterfragt.

Vanessa Thurau und Silvia Bruch haben aus meinen Skizzen anschauliche Abbildungen entwickelt.

Marianne Aschenbrenner hat mit großer Sorgfalt handschriftliche Texte, Tabellen und Formeln für meine Vorlesungsmanuskripte getippt.

Claudia Ozimek hat als Lektorin die Entstehung des Buches mit großer Geduld und seine Fertigstellung mit dem nötigen Nachdruck begleitet.

Ihnen allen danke ich sehr herzlich.

Wenn es mir insgesamt gelungen ist, die Inhalte klar nachvollziehbar, theoretisch fundiert und so darzustellen, dass sie für die Praxis zu gebrauchen sind, so verdanke ich das nicht zuletzt meinen Lehrern Bruno Thürlimann und Fritz Wenzel.

Kassel, im Juni 2007

Werner Seim

Abkürzungsverzeichnis

Indizes

0	Kräfte, Spannungen, Dehnungen vor einer Verstärkung
C	Beton
d	Bemessungswert
E	Einwirkung
f	Faserverbundwerkstoff
G	Eigengewicht
is	in situ, am Bauwerk oder aus am Bauwerk entnommenen Proben ermittelt
k	charakteristischer Wert
L	Kohlefaserlamelle
m	Mittelwert
Q	veränderliche Einwirkung
R	Bauteilwiderstand
S	Stahl
u	im rechnerischen Bruchzustand

Statistik und Sicherheitsbeiwerte

α	Wichtungsfaktor
β	Sicherheitsindex
γ	Teilsicherheitsbeiwert
μ	Mittelwert der Grundgesamtheit
ν	Sicherheitsfaktor
ν	Variationskoeffizient, Varianz einer Grundgesamtheit
n	Umfang einer Stichprobe
p_f	Versagenswahrscheinlichkeit
σ	Standardabweichung einer Grundgesamtheit
S	Standardabweichung einer Stichprobe
V	Variationskoeffizient, Varianz einer Stichprobe
x_f,p	Fraktilwert mit der Wahrscheinlichkeit p
x_q,p	Quantilwert mit der Wahrscheinlichkeit p
x_i	Einzelwert einer Stichprobe
	Mittelwert einer Stichprobe

Geometrie

A_b	Querschnittsfläche des Betons
A_eff	effektiv umschnürte Fläche einer Stütze
A_k	Kernfläche einer Stütze
a_L	Achsabstand einzelner Streifen des Faserverbundwerkstoffs
A_L	Querschnittsfläche des Faserverbundwerkstoffs
a_s	Querschnittsfläche der Stahlbewehrung je Längeneinheit
A_s	Querschnittsfläche der Stahlbewehrung
b	Querschnittsbreite
b₀	minimale Querschnittsbreite
b_eff	mitwirkende Plattenbreite für einen Plattenbalken
b_L	Breite des Faserverbundwerkstoffs
c	Betondeckung
d	Durchmesser eines Probekörpers
d	statisch wirksame Höhe bezogen auf die Stahlbewehrung
d_L	statisch wirksame Höhe bezogen auf den Faserverbundwerkstoff
d_s	Durchmesser eines Bewehrungsstahls
e	Exzentrizität
f	Ausmitte
h	Gesamthöhe des Bauteils, Höhe eines Probekörpers
l	Spannweite
l₀	Abstand der Momentennullpunkte
s_r	mittlerer Rissabstand
s_rm	mittlerer Rissabstand
t_L	Dicke des Faserverbundwerkstoffs
x	Höhe der Betondruckzone
x_u	Höhe der Betondruckzone nach Umlagerung der Schnittgrößen
z	innerer Hebelarm

Werkstoffe

α_cc	Abminderungsfaktor zur Berücksichtigung der Lasteinwirkungsdauer
ε_c	Dehnung des Betons
ε_Ld,max	Dehnung einer Kohlefaserlamelle im Grenzzustand der Tragfähigkeit
ε_Lk	charakteristischer Wert der Bruchdehnung der Kohlefaserlamelle
ε_s	Dehnung des Stahls
ε_uk	charakteristischer Wert der Dehnung bei Höchstlast
β_c	Rauigkeitsbeiwert, Haftbeiwert
β_P	Druckfestigkeit eines Betonprismas
β_R	Rechenwert der Betondruckfestigkeit
β_W,a	Druckfestigkeit eines Betonwürfels mit der Seitenlänge a
ß_WS	Serienfestigkeit, entspricht dem Mittelwert der Würfeldruckfestigkeit
E_b	Elastizitätsmodul des Betons
E_Lk	charakteristischer Wert des Elastizitätsmoduls einer Kohlefaserlamelle
E_Lm	Mittelwert des Elastizitätsmoduls einer Kohlefaserlamelle
E_s	Elastizitätsmodul des Stahls
f_bd	Bemessungswert der Verbundspannung
f_c,is,Bk,a	Druckfestigkeit eines Bohrkerns mit der Seitenlänge a und der Höhe a
f_cc	Druckfestigkeit des Betons bei behinderter Querdehnung
f_c,cube,a	Druckfestigkeit eines Betonwürfels mit der Seitenlänge a
f_c,cube,a,dry	Druckfestigkeit eines Betonwürfels mit der Seitenlänge a, trocken gelagert
f_cd	Bemessungswert der einaxialen Druckfestigkeit des Betons
f_ck	charakteristischer Wert der Betondruckfestigkeit
f_ck,is	charakteristische Druckfestigkeit des Bauwerksbetons
f_cm	Mittelwert der Betondruckfestigkeit
f_ct	zentrische Zugfestigkeit des Betons
f_ctm,surf	Erwartungswert für den Mittelwert der Oberflächenzugfestigkeit
f_cto	Oberflächenzugfestigkeit des Betons
f_is,niedrigst	Kleinstwert der Stichprobe
f_Luk	charakteristischer Wert der Zugfestigkeit einer Kohlefaserlamelle
f_m(n),is	Mittelwert der Stichprobe
f_yd	Bemessungswert der Streckgrenze des Betonstahls
f_yk	charakteristischer Wert der Streckgrenze des Betonstahls
k_b	Druckfestigkeit eines Betonprismas
μ	Reibungsbeiwert oder bezogenes Biegemoment
w	Wasseraufnahmekoeffizient
zul σ_b	zulässige Betondruckspannung
zul σ_e	zulässige Stahlspannung

Baustatik und Bemessung

α	Winkel der Querkraftbewehrung zur Bauteilachse
δ	Faktor zur Momentenumlagerung
D_b	Betondruckkraft
F_cd	Bemessungswert der Druckkraft in der Betondruckzone
F_cd	Bemessungswert der Gurtlängskraft infolge Biegung
F_cdj	Bemessungswert des über die Fuge zu übertragenden Längskraft-anteils
F_Ld	Bemessungswert der Zugkraft eines Faserverbundwerkstoffs
F_sd	Bemessungswert der Zugkraft des Betonstahls
k_λ	Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Schubschlankheit
λ	Schlankheit einer Stütze oder Schubschlankheit
λ_l	Beiwert zur Ermittlung der effektiv umschnürten Fläche
λ_q	Beiwert zur Ermittlung der effektiv umschnürten Fläche
M_cr	Rissmoment
M_F	Feldmoment
M_St	Stützmoment
M_u	Bruchmoment
M_y	Fließmoment
N	Normalkraft
Q	Querkraft
σ_k	Knickspannung
σ_n	Normalkraft senkrecht zur Fuge infolge äußerer Last
τ₀	Grundwert der Schubspannung
Θ	Neigung der Druckstrebe
v	Querkraft, auf eine Strecke bezogen
V	Querkraft
Z_L	Zugkraft im Faserverbundwerkstoff
Z_s	Zugkraft im Bewehrungsstahl
ω	Knickzahl