Theoretische und praktische Entwicklung einer aufgeklebten CFK Stahlbetonverstärkung unter Berücksichtigung der vollständigen Kompatibilität zum Betonstahl
Creators: name: Sedlmair, Roman
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2020
Subjects: CFK
Lamelle
Klebstoff
Epoxidharz
Polyurethan
Verstärkung
Kompatibilität
Stahlbeton
faseroptischer Sensor

description: Bauteile aus Stahl- oder Spannbeton zeigen oftmals Defizite oder Schäden, die zu der Notwendigkeit einer Verstärkungsmaßnahme führen. In diesem Fall ist die Verstärkung und Instandsetzung mit aufgeklebten CFK-Lamellen eine häufig angewandte Methode. Die CFK-Lamellen werden hierbei als ergänzendes Zugglied für ein Stahlbetonbauteil mit Klebstoff auf die entsprechende Oberfläche appliziert. Als Klebstoff wird derzeit meist Epoxidharz verwendet, das sich durch hohe Festigkeits- und Steifigkeitswerte sowie gute Adhäsion auszeichnet. Dies resultiert in einem äußerst spröden Verbundverhalten der geklebten CFK-Lamellen. Bei Rissöffnung stellen sich am Rissufer Spannungskonzentrationen in der CFK-Lamelle ein -- in Folge dessen kommt es zu einer Entlastung der einbetonierten und einer Überbelastung der aufgeklebten Bewehrung. Aufgrund der ungleichmäßigen Kraftaufteilung kann nicht von einem kompatiblen Verstärkungssystem gesprochen werden. Weiterhin führt die Verwendung des Epoxidharzes zu deutlichen Einschränkungen in der Anwendung solcher Verstärkungsmaßnahmen. Zu nennen sind hierbei vor allem die geringe Widerstandsfähigkeit gegen erhöhte Temperaturen und Ermüdungsbelastungen. In dieser Arbeit wird diese Verstärkungsmethode grundlegend modifiziert. Das hierbei entwickelte und untersuchte Verstärkungssystem unterscheidet sich durch den verwendeten Klebstoff von den derzeit üblichen Systemen. Der auf Polyurethan-Basis hergestellte Klebstoff bildet eine deutlich weichere bzw. elastischere Klebschicht aus. Durch entsprechende Definition der Festigkeiten und Verformungsfähigkeiten der Klebschicht wird das Verbundverhalten der aufgeklebten dem der einbetonierten Bewehrung angenähert. Hierdurch ergibt sich über alle Beanspruchungszustände eine gleichmäßige Zugkraftaufteilung -- durch die Angleichung der Verbundsteifigkeiten entsteht ein kompatibles Verstärkungssystem. Das System ist durch die Ausweitung des linear-elastischen Verbundverhaltens in der Lage, Ermüdungsbelastungen deutlich besser abzutragen. Durch die Formulierung des Klebstoffes auf Polyurethan-Basis werden weitere kritische Punkte wie Wärmebeständigkeit implizit verbessert. Der Einfluss der Klebschichtsteifigkeit auf das Verbund- und Interaktionsverhalten der geklebten Bewehrung bzw. der beiden Bewehrungsstränge wird in dieser Arbeit zunächst numerisch untersucht. Hierzu werden Untersuchungen auf Verbund- und auf Bauteilebene durchgeführt. Den Kern der Arbeit bilden die weiterhin durchgeführten experimentellen Untersuchungen auf \linebreak Material-, Haftzug-, Verbund- und Bauteilebene. Auf Verbundebene wird im Rahmen von Endverankerungsversuchen systematisch der Einfluss der Klebschichtsteifigkeit und -geometrie auf das Verbundverhalten der geklebten Bewehrung untersucht. Die Ermittlung der \linebreak Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung erfolgt durch die Verwendung faseroptischer Sensoren. Das Ergebnis ist ein eigener Verbundansatz, der die untersuchten Einflussfaktoren berücksichtigt. Auf Bauteilebene werden Vier- und Dreipunkt-Biegeversuche an verstärkten Stahlbetonbalken durchgeführt. Die verbesserte Interaktion der Bewehrungsstränge kann durch die Ermittlung der Verbundkoeffizienten der CFK-Lamelle gezeigt werden. Bei der Verwendung des neu entwickelten Klebstoffes wird eine Vereinfachung des Nachweisformates ermöglicht. Weiterhin ergeben sich positive Effekte wie gesteigerte Tragfähigkeit und Aufrechterhaltung des Verformungsvermögens bzw. der Duktilität.