Bild 9
Endverankerung
Mit diesen Kennwerten werden die Nachweise der Gebrauchstauglichkeit und der Tragfähigkeit geführt. Bei der Gebrauchstauglichkeit wird nachgewiesen, dass die Innenbewehrung unter Gebrauchslasten nicht fließt. Dieser Nachweis sowie der Nachweis der Tragfähigkeit wird über eine Iteration der Dehnungszustände erreicht, wobei der Dehnungszustand beim Aufkleben der CFKLamelle berücksichtigt werden muss (Vordehnungszustand). Je nach Querschnitts- und Lastkombination kann hier der Gebrauchszustand, die Zugzone oder auch die Druckzone maßgebend werden. Nur wenn die Zugzone maßgebend wird, besteht die Möglichkeit, die Lamellen voll auszunutzen. Wird einer der anderen Nachweise maßgebend, müssen mehr Lamellen gewählt als über die erforderliche Zugkraft benötigt werden. Sind die Nachweise am maximalen Moment abgeschlossen, wird die Endverankerung der Lamellen nachgewiesen. Am theoretisch letzten bzw. auflagernächsten Biegeriss muss die Lamelle verankert werden. Die Stelle dieses Risses wird nach der aktuellen Zulassung [1] im Wesentlichen über die Auflagerbreite, das Versatzmaß und die Verankerungslänge der CFK-Lamelle bestimmt. An dieser Stelle müssen erneut die Momente aus Volllast und Eigenlast bestimmt werden. Zudem muss beachtet werden, ob die Bewehrung am letzten Riss noch der Feldbewehrung entspricht oder ob diese an dieser Stelle gestaffelt ist. Letztlich erfolgt auch hier eine Berechnung der Lamellenzugkraft für die verschiedenen Schnittgrößen. Der Nachweis erfolgt über den Vergleich der vorhandenen Lamellenzugkraft mit der aufnehmbaren Verbundbruchkraft des Betons. Bei der Zugkraft aus dem Maximalmoment wird dabei die volle Verbundbruchkraft angesetzt, während bei der Zugkraft aus Eigengewicht die Verbundbruchkraft um 40 % reduziert ist. Wird die Verbundbruchkraft überschritten, löst sich die Lamelle mit dem oberflächennahen Beton ab. Funktioniert dieser Nachweis nicht mit den Lamellen, die infolge der Nachweise am maximalen Moment gewählt wurden, muss der Lamellenquerschnitt vergrößert werden. Dies kann schnell zu einer deutlichen Erhöhung des Lamellenquerschnitts führen, da mehr Lamellenquerschnitt zwar die Verbundbruchkraft erhöht, aber auch mehr Zugkräfte anzieht. Lässt sich der Nachweis durch die Vergrößerung des
Bild 10
Skizze eines externen Stahllaschenbügels
Querschnittes nicht einhalten, so gibt es die Möglichkeit, in Schlitze verklebte CFK-Lamellen zu verwenden. Diese haben ein deutlich besseres Verankerungsverhalten. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz des S&P-Endverankerungssystems (Bild 9). Ist dieser Nachweis eingehalten, sollte zudem der normale Endverankerungsnachweis der Innenbewehrung geführt werden. Vor allem bei gestaffelter Bewehrung kann es passieren, dass dieser Nachweis nicht funktioniert. Es handelt sich um ein KO-Kriterium, das zu einem frühen Projektzeitpunkt überprüft werden sollte. Zum Abschluss wird der Querkraftnachweis durchgeführt. Bei einer Lamellenverstärkung genügt es nicht, den Schubnachweis nach DIN 1045-1 zu führen. Es müssen die Ergänzungen der CFK-Lamellen-Richtlinie [1] berücksichtigt werden. Der Nachweis muss daher in jedem Fall geführt werden! Bei einer Verstärkung mit CFK-Lamellen wird dem Bauteil von außen eine Bewehrung hinzugefügt. Um diese Bewehrung an das Fachwerksystem anzuschließen, ist eine Umschließung mit externen Bügeln notwendig (Bild 10). Dies gilt in der Regel für Balken, bei Platten ist dies normalerweise nicht notwendig. Auch der Schubnachweis ist ein KO-Kriterium und sollte schon bei der Vordimensionierung durchgeführt werden. Die Lamellenbemessung ist mit dem Schubnachweis abgeschlossen. Stehen vor der Bemessung alle erforderlichen Querschnittswerte und Schnittgrößen zur Verfügung, kann die Bemessung einer Position mit Hilfe des Bemessungsprogramms FRP Lamella [8] in weniger als 15 Minuten durchgeführt werden. Im Anschluss an die Lamellenbemessung muss der Brandschutz berücksichtigt werden. Falls für ein Bauteil eine Brandschutzanforderung besteht, ist es am besten, wenn im Brandfall auf die CFK-Lamellen verzichtet werden kann. In diesem Fall müssen keine besonderen Schutzmaßnahmen ergriffen werden. Über eine Heißbemessung kann dies nachgewiesen werden. Ist eine Heißbemessung nicht erfolgreich, muss eine Brandschutzverkleidung erfolgen. Hierzu stehen am Markt verschiedene Bautechnik 89 (2012), Heft 1
53
BERICHT REPORT
R. Welter: Verstärken mit CFK-Lamellen