Beton-Kalender 2015 (Schwerpunkte: Bauen im Bestand, Brücken) - Bergmeister, Fingerloos, Wörner

Vorwort

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Andreas Westendarp, Holger Becker, Jörg Bödefeld, Helmut Fleischer, Claus Kunz, Matthias Maisner, Hilmar Müller, Amir Rahimi, Thorsten ­Reschke und Frank Spörel erläutern Methoden der Erhaltung und Instandsetzung von massiven Verkehrswasserbauwerken. Die Wichtigkeit funktionstüchtiger Wasserstraßen zeigt sich darin, dass die Mehrzahl der Großstädte sowie Industriezentren der Bundesrepublik Deutschland, aber auch die Städte entlang der Donau über Wien nach Budapest bis

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Frank Fingerloos, Steffen Marx und Jürgen Schnell beschäftigen sich mit der Tragwerksplanung im Bestand. Zuerst werden die wesentlichen Grundsätze des Bestandsschutzes und dann die besonderen Ingenieurvoraussetzungen bei der Bewertung bestehender Bauwerke aufgezeigt. Interessant sind dabei die historischen Berechnungs- und Bewehrungsregeln sowie Normen, welche sich vielfach an den Hauptspannungen orientierten. Der Ermittlung der maßgeblichen Materialkennwerte bestehender Trag­ werke wird ein besonderes Augenmerk geschenkt; dabei haben die Autoren auch festgehalten, dass bei der Nachrechnung alter Betonkonstruktionen eine höhere Ausnutzung der Betondruckzone unter Berücksichtigung des Parabel-Rechteckdiagramms bis in den plastischen Bereich erfolgen kann. Modifi-

Christian Sodeikat und Till F. Mayer geben einen Überblick über die Instandsetzung von Tiefgaragen und Parkhäusern. Einige konstruktive Anforderungen, wie die Entwässerungs- und Gefällesituation, Arbeits- und Dehnfugen sowie zulässige Rissbreiten werden anhand von Beispielen dargelegt. Die Beratungs- und Aufklärungspflicht des Planers gegenüber dem Bauherrn, die rechtlichen Grundlagen bei der Instandsetzung von Parkbauten sowie die Regelwerke zu Schutz und Instandsetzung von Betontragwerken stellen die Voraussetzungen bei jeder Instandsetzung dar. Ausführlich gehen die Autoren auf die Korrosion, insbesondere auf die chloridinduzierte Korrosion der Bewehrung ein. Der Hauptteil widmet sich der Instandsetzung auf der Basis der DAfStb-Instandsetzungs-Richtlinie in der Fassung von 2001; die Neufassung soll frühestens 2016 erscheinen. Darüber hinaus werden die aktuellen Untersuchungsmethoden zur Feststellung des Istzustandes, die Instandsetzungsmethoden an einzelnen Beispielen sowie die Ausführungsvarianten aus dem DBV-Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ und einige interessante Instandsetzungsdetails dargestellt. Mit einem Abschnitt über die Wartung, Instandhaltung und Überwachung sowie den zusätzlichen Wert eines Monitorings über den gesamten Lebenszyklus schließt dieser wissenschaftlich und baupraktisch wertvolle Beitrag ab.

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Peter Mark und Pia Neugebauer zeigen eindrucksvoll die Notwendigkeit zum Erhalt unserer Bausub­ stanz sowie den Erhaltungskreislauf bei Brücken auf. Exemplarisch werden einzelne Schäden an Brückenbauwerken herausgegriffen, um die Notwendigkeit der Überwachung, des Monitorings sowie der periodischen Überprüfung und der Nachrechnung zu verdeutlichen. Wertvoll sind auch die neuen Erkenntnisse aus der Simulation von Schädigungen, um Prognoserechnungen durchzuführen und die Restnutzungsdauer von Bauwerken abzuschätzen.

zierte Teilsicherheitsbeiwerte für Bestandsbauwerke in Abhängigkeit des Variationskoeffizienten für Beton und Betonstahl werden angegeben, mit Beispielen ergänzt und erwähnt, dass ein kontinuierliches Monitoring sehr hilfreich sein kann. Die bekannte Untersuchung der Tragfähigkeit mit Belastungsversuchen wurde speziell für die Bewertung von Bestandsbauteilen im Hochbau erweitert. Ein ergänzender Abschnitt behandelt Fragen zur Abschätzung der Feuerwiderstandsdauer historischer Betonkon­ struktionen. Abschließend gibt es noch eine Übersicht über die historischen Bestimmungen für die Beton- und Stahlbetonbemessung.

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Die Themen im Beton-Kalender 2015 befassen sich schwerpunktmäßig mit dem Erhalt unserer Bausubstanz und mit dem Betonbrückenbau. Die Erhaltung von Bauwerken im Allgemeinen Hochbau und im Ingenieurbau sowie das Management der Inspektion, Bewertung und Durchführung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen verlangen vom Bauingenieur ein umfassendes Systemdenken sowie solide Kenntnisse über die Methoden. Zudem er­leben wir das konzeptionelle Altern (conceptual aging), dass nämlich ältere Bauwerke in anderen Entwurfsprozessen geplant und nach anderen Richtlinien und Normen bemessen und konstruiert wurden als heute. Haben wir früher Ingenieurverstand und -erfahrung mehr vertraut und mit weniger Normvorschriften konstruiert, so steht heute theoretisch sehr viel mehr Wissen zur Verfügung; was jedoch nicht immer bedeutet, dass die Bauwerke von höherer Qualität sind. Diese Ambivalenz kann nur durch kontinuierlichen Erkenntnis- und Erfahrungsgewinn und unter Aufbietung von genügend Zeit und Sorgfalt bei entsprechender Vergütung für das Entwerfen, Konstruieren und Bauen aufgelöst werden.

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Vorwort

IV

Vorwort

zum Schwarzen Meer, darüber verbunden sind. Neben den eigentlichen Wasserbauwerken gewährleisten etwa 1.600 Brücken in Deutschland einen zuverlässigen Betrieb der Wasserstraßen. Etwa 50 % dieser Bauwerke sind älter als 80 Jahre und etwa 30 % sind älter als 100 Jahre. Nach einem Überblick über die aktuellen Regelwerke werden die Bauweisen, die Verfahren zur Zustandsbeurteilung sowie ak­ tuelle Ergebnisse von Bauwerksinspektionen an Schleusen und Wehren dargestellt. Sehr detailliert wird auf die Methoden und Systeme der Instandsetzung auch unter Berücksichtigung der Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen – Wasserbau (ZTV-W) für Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (LB 219 – 2013) eingegangen. Eine Bereicherung für die Praxis stellen die beschriebenen Beispiele der Instandsetzung von Bewegungsfugen und weiterer konstruktiver Details dar.

Thorsten Eichler und Susanne Gieler-Breßmer behandeln den kathodischen Korrosionsschutz. Im Allgemeinen ist diese Instandsetzungsmethode immer dann wirtschaftlich, wenn hohe Chloridgehalte mit einer Depassivierung der Bewehrung einhergehen, die jedoch noch nicht zu einer starken Schädigung des Bauwerks geführt haben. Detailliert werden die chemischen Grundlagen aus der neuesten Literatur zusammengestellt und ein guter Überblick über die Anodensysteme und Anwendungen gegeben. Die wichtigsten Regelwerke, wie DIN EN ISO 12696 für den kathodischen Korrosionsschutz und DIN EN 15257 für die organisatorischen Abläufe, werden erläutert. Die Anwendungsbei­spiele zeigen die Wirksamkeit als präventive oder als Instandsetzungsmaßnahmen.

Christoph Gehlen, Amir Rahimi, Thorsten Reschke und Andreas Westendarp beschäftigen sich mit der Bewertung der Leistungsfähigkeit von Instandsetzungsmaterialien und der Lebens­dauer von instand gesetzten Stahlbetonbauteilen unter Chlorideinwirkung. Wertvoll sind die Beschreibungen von Versuchsergebnissen der Chloriddiffusion und -migration mit deren zeitlicher Entwicklung. Damit kann durch geeignete Untersuchungen die Leistungsfähigkeit der Instandsetzungsmaterialen bewertet werden, da die Zusammensetzungen dieser Materialien vielfach nicht bekannt sind. Die Bemessung der Lebensdauer von instand gesetzten Stahlbetonbauteilen kann mit dem bekannten Sicherheitsindex β auf der Grundlage eines prognostizierten Chloridtransports erfolgen.

Konrad Bergmeister, Peter Mark, Michael Öster­ reicher, David Sanio, Peter Heek, Alexander ­Krawtschuk, Alfred Strauss und Mark Alexander Ahrens zeigen in ihrem Beitrag über innovative Monitoringstrategien für Bestandsbauwerke den aktuellen Stand des Wissens im Bereich zerstörungsfreie Baustoffuntersuchung und Monitoring. Den

Grundlagen für das Monitoring, den statistischen Auswertungen, wird besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Innovativ ist die holistische Lebenszyklusbetrachtung, bei der jedem Bauwerk und Bauteil eine bestimmte Lebensdauer zugeordnet wird. Die mathematischen Grundlagen der dynamischen Monitoringsysteme mit digitaler Signalverarbeitung sowie die Näherungsverfahren zur automatisierten Bestimmung der Dämpfung bilden das Wissen, um Feldmessungen an realen Bestandsbrücken zu interpretieren. Interessant ist die satellitengestützte Radarinterferometrie zum großflächigen Setzungs­ monitoring von Gebäuden. Beeindruckend ist die erzielbare Genauigkeit vertikaler Verformungs­ werte im Submillimeterbereich. An Bestandsbrücken wurden Bauwerksmonitoring zur Beurteilung der Ermüdung sowie Georadarmessungen zur Untersuchung des Hinterfüllmaterials verwendet. In diesem Beitrag wird nachgewiesen, dass Monitoringsysteme bereits bei der Planung der Lebenszyklen mitgedacht und bei Neubauten eingesetzt werden sollten.

Claudia Westerkamp-Freitag und Johann-Dietrich Wörner haben die theoretischen Grundlagen der Baudynamik und deren Berechnungsverfahren zusammengestellt. Ein Abschnitt widmet sich den experimentellen Untersuchungen zur Bestimmung wichtiger Verhaltensparameter, wie Dämpfung und Steifigkeit. Wertvoll sind die Darstellungen der Einwirkungen, wie beispielsweise Glockenlasten, Maschinenlasten, Wind- und Erdbebenlasten.

Hans-Werner Nordhues beschreibt im Beitrag über die Maschinenfundamente einleitend die verschiedenen Maschinenarten und die Prinzipien zur Auslegung von Maschinenfundamenten. Der Einfluss des Betons auf die Steifigkeit ist genauso wie die Fundamentbreite gering (linear); jedoch werden wertvolle baupraktische Hinweise zur Hydratation und zur Festigkeitsentwicklung gegeben. Die aktive Isolierung bei der dynamischen Auslegung von Fundamenten sowie die konstruktive Durchbildung mit eingebauten Sensoren zur Messung von Temperatur und Verformungen runden diesen Beitrag ab.

Stephan Freudenstein, Konstantin Geisler, Tristan Mölter, Michael Mißler und Christian Stolz stellen den aktuellen Stand des Wissens über die Feste Fahrbahn aus Beton zusammen. Die grundsätzlichen Bauarten und die speziellen Systeme für Brücken und Tunnel werden beschrieben sowie die neuesten internationalen Entwicklungen erwähnt. Ein wesentlicher Abschnitt widmet sich der Bemessung und konstruktiven Durchbildung mit den spezifischen Materialkenndaten. Am Beispiel einer Gleistragplatte wird die Berechnung dargestellt. Interessant sind die Schritte der notwendigen Laborprüfungen und Nachweise bei der Entwicklung einer neuen Festen Fahrbahn. Spezifisch werden die Anforderungen und die Bemessung der Festen Fahr-

Gero Marzahn, Josef Hegger, Reinhard Maurer, Konrad Zilch, Daniel Dunkelberg, Agnieszka ­Kolodziejczyk und Frederik Teworte befassen sich mit der Fortschreibung der deutschen Nachrech-

Der Erhalt unserer Bausubstanz sowie der Brückenbau sind die Themen dieses Jahrgangs. Umfangreiches Fachwissen wurde zusammengestellt und anhand von anschaulichen Beispielen aus der Berufspraxis für die Anwendung aufbereitet. Damit stellt der Beton-Kalender 2015 wieder eine Fundgrube zum vertieften Studium sowie eine Hilfe für die Ingenieurarbeit dar. Wir wünschen allen Freunden des Beton-Kalenders viel Erfolg in der täglichen Arbeit und den Mut trotz mancher Limitierungen durch die Normen mit neuem Wissen innovative Projekte zu gestalten!

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Karlheinz Haveresch und Reinhard Maurer behandeln Entwurf, Bemessung und Konstruktion von Betonbrücken nach Eurocode 2 in Deutschland. Die wesentlichen Anforderungen bei der Planung von neuen Brücken sowie die Unterschiede bei der Umgestaltung von Bestandsbrücken werden strukturiert dargestellt. Beginnend mit den Balkenbrücken werden Bogenbrücken, Sprengwerksbrücken und Rahmenbrücken beschrieben. Die konstruktive Durchbildung der Brückenüberbauten sowie der Widerlager, Pfeiler und Gründungen werden baupraktisch erläutert und mit Beispielen ergänzt. Ein Abschnitt ist den Bauverfahren gewidmet, beginnend mit dem Erbauen auf einem Traggerüst, über das Taktschiebeverfahren, Freivorbauverfahren hin zum Bauen mit Fertigteilen. Die Grundlagen der Tragwerksplanung werden behandelt und die Bemessung nach Eurocode 2 detailliert dargelegt. Die Nachweise der Tragfähigkeit, der Gebrauchstauglichkeit und der Ermüdung werden anhand von Beispielen veranschaulicht, sodass sie wertvolle Hilfen in der Ingenieurpraxis bieten. Vervollständigt wird der Beitrag mit dem Thema der externen Vorspannung, welche vielfach auch bei der Ertüchtigung von Bestandsbrücken angewandt wird.

Im Beitrag Normen und Regelwerke hat Frank ­Fingerloos eine konsolidierte Fassung des Eurocodes 2 für Betonbrücken in Deutschland aufbereitet.

Daia Zwicky und Thomas Vogel stellen die Schweizer Normenserie SIA 269, insbesondere den Betonteil SIA 269/2 zur Erhaltung von Tragwerken, vor.

Walter Potucek und Markus Vill erläutern die Anwendung der Eurocodes 1 und 2 mit den Nationalen Anhängen für Betonbrücken in Österreich. Damit wird ein guter Überblick über den aktuellen Stand der Normen zur Bestandsbewertung und zu Betonbrücken in den drei Ländern Deutschland, Österreich und Schweiz gegeben.

Wien, Berlin, Darmstadt, im September 2014 Konrad Bergmeister, Wien

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Balthasar Novák und Peter Lippert beschäftigen sich mit den Einwirkungen auf Brücken nach den Eurocodes. Detailliert werden die Lastmodelle für neue Brücken und Brückenpfeiler beschrieben, während bei Bestandsbauwerken die anzusetzenden Achslasten aus der Nachrechnungsrichtlinie entnommen werden können. Am Beispiel einer 4-feldrigen Straßenbrücke sowie an einer 3-feldrigen Eisenbahnbrücke werden die Einwirkungen nach dem DIN-Handbuch Eurocode 1, Band 3: Brückenlasten dargestellt.

Frank Fingerloos, Berlin Johann-Dietrich Wörner, Darmstadt

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Teil 2 des Beton-Kalenders 2015 enthält spezielle Themen des Brückenbaus sowohl in Bezug auf die aktuellen Eurocodes als auch über die Nachrechnung von Bestandsbrücken.

nungsrichtlinie von Betonbrücken. Dabei stellen die Autoren aktuelle Erkenntnisse aus der Nachrechnung von Betonbrücken und ein neues Verkehrslastmodell (4+0-System) für die Durchführung von Erhaltungsmaßnahmen unter Verkehr vor. Interessant sind die Erkenntnisse über die Defizite bei der Bewehrung zur Abdeckung der verschiedenen Schnittgrößen. Vertiefend wurden die Nachrechnung mit genaueren wissenschaftlichen Methoden (Stufe 4), insbesondere für Querkraft und Torsion, sowie die erweiterten Ansätze zum Nachweis der Querkraft- und Torsionstragfähigkeit behandelt.

Wertvoll für die Praxis sind die angeführten Nachrechnungsbeispiele und die daraus gewonnenen Erkenntnisse.

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bahn auf Brücken sowie ausgewählte Themen der Inspektion und der Instandhaltung behandelt.

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Vorwort

Inhaltsverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis

Erhalt unserer Bausubstanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Einführung und Pressestimmen . . . . . . . 3

3

Zustand und Eigenschaften unserer Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

11 13 15 16

4 Erhaltungskreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . 8

6 Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5

7 Danksagung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke . . . . . . . . . 25

Frank Fingerloos, Steffen Marx, Jürgen Schnell

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke . . . . . . . . . . . . . 31

3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Bestandsaufnahme und Bestands­ bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Durchzuführende Untersuchungen . . . .

3.3 Berücksichtigung baubetrieblicher Abläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Nachrechnung und Konstruktion . . . . .

3.5 Historische Bewehrungsregeln . . . . . . .

3.5.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.2 Eigenschaften historischer Betonstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.3 Mindestbetondeckung . . . . . . . . . . . . . .

3.5.4 Stababstände von Betonstählen . . . . . . .

3.5.5 Biegerollendurchmesser . . . . . . . . . . . .

3.5.6 Verankerung zugbeanspruchter ­Längsbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.6.1 Verankerung zugbeanspruchter ­ glatter Betonstähle . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.6.2 Verankerung zugbeanspruchter ­ gerippter Betonstähle . . . . . . . . . . . . . .

3.5.6.3 Verbundspannungen . . . . . . . . . . . . . . .

31 32 32 33

35 39 42 42 43 46 48 50 51 51 53 54

4

Historische Normen und Zulassungen des Beton- und Stahlbetonbaus . . . . . . . 60

5

Ermittlung der maßgebenden Materialkennwerte bestehender Tragwerke . . . . 63

5.1

Materialkennwerte auf Basis vorliegender Planungsdokumente . . . . .

5.1.1 Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Materialkennwerte aus Werkstoff­ untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1 Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

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27 27 28 31

Übergreifungsstöße zugbeanspruchter Längsbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.5.7.1 Übergreifungsstöße zugbeanspruchter glatter Betonstähle . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.5.7.2 Übergreifungsstöße zugbeanspruchter gerippter Betonstähle . . . . . . . . . . . . . . 57

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2 Bestandsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Umsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Zusammenfassung ................

3.5.7

63 63 65 69 69 71

I

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3

8 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte für Bestandsbauten . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Modifikation von Teilsicherheits­ beiwerten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3 Beispiel: Nachweis Büro-/ Wohnhausdeckenplatte . . . . . . . . . . . . .

6.3.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.2 Vorhandene Bemessung nach DIN 1045:1972-01 . . . . . . . . . . . . . . . .

71

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Ansätze der Forschung, Bewertung und Nachrechnung von Bestandsbrücken . . . . . . . . . . . . . . 11

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2

5.1 Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Nachrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Verstärkung mit externer Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4 Lebensdaueranalysen und Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

I

Peter Mark, Pia Neugebauer

72 75 75 76

I

I

X

6.3.3 6.3.4 6.3.5 7

7.1

Inhaltsverzeichnis

83

9

Ermittlung der Tragfähigkeit auf der Grundlage von Belastungsversuchen . . . . . . . . . . . . . . . 81

Entwicklung und normative Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Einordnung in die Bestandsbewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3 Grundlagen und Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4 Planung von Belastungsversuchen . . . .

7.5 Versuchsdurchführung und Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.6 Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . .

8

81

8.2 Baustoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2.1 Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2.3 Putze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2.4 Baustoffklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3 Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3.1 Stahlbetondecken . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3.2 Stahlsteindecken . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3.3 Kappendecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3.4 Glasstahlbeton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3.5 Balken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3.6 Stützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nachweis nach DIN EN 1992-1-1:2011-01 mit Lasterhöhung . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Nachweis mit modifizierten ­Teilsicherheitsbeiwerten . . . . . . . . . . . . 78 Vergleich der Ergebnisse . . . . . . . . . . . 81

84 86 88 90

Abschätzung der Feuer­widerstandsdauer historischer Betonkonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

III

9.1 9.2 9.3 9.4

94 94 95 97 97 97 97 98 98 98 99 99

Übersicht historischer Bestimmungen für den Beton- und Stahlbetonbau – Bemessung, Ausführung, Beton, Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Die frühen Bestimmungen bis 1925 . .

DIN-Normen 1925 bis 2004 . . . . . . . .

TGL-Standards 1960 bis 1990 . . . . . .

Die Richtlinien des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton 1930 bis 2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

100 100 104 106

10 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Instandsetzung von Tiefgaragen und Parkhäusern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Christian Sodeikat, Till F. Mayer

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 2

Bauliche Situation älterer Tiefgaragen und Parkhäuser . . . . . . . 117

3

Rechtliche Grundlagen bei Instandsetzungen von Parkbauten . . . 120

3.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Die anerkannten Regeln der Technik (aRdT) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Verwendbarkeit von Baustoffen . . . . .

3.4 Regelwerke für Instandsetzungen: Instandsetzungs-Richtlinie (Rili-SIB 2001) und DIN EN 1504 . . .

3.5 Weitere Regelwerke für Instandsetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6 Beratungs- und Aufklärungspflicht der Planer gegenüber dem Bauherrn . .

4 Bewehrungskorrosion . . . . . . . . . . . . .

4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Korrosion von Stahl allgemein . . . . . .

4.3 Korrosion von Stahl in Beton . . . . . . .

4.4 Carbonatisierungsinduzierte Bewehrungskorrosion . . . . . . . . . . . . .

120

120 121 122 123 123 124 124 124 125 127

4.5 Chloridinduzierte Bewehrungskorrosion . . . . . . . . . . . . .

4.6 Kritischer korrosionsauslösender Chloridgehalt CKrit . . . . . . . . . . . . . . .

4.7 Korrosion im Rissbereich . . . . . . . . . .

4.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.7.2 Einleitungsphase im Bereich von Rissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.7.3 Schädigungsphase im Bereich von Rissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.7.4 Korrosionsfortschritt nach Verschließen der Risse . . . . . . . . . . . .

5

128 129 131 131 132 132 133

Instandsetzung nach der Instandsetzungs-Richtlinie – Vorgehen und technische Grundlagen . . . . . . . . . . . . 134

5.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Instandsetzungsprinzipien . . . . . . . . . .

5.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.2 Instandsetzungsprinzipien bei carbo­ natisierungsinduzierter Korrosion . . .

5.2.3 Instandsetzungsprinzipien bei ­chloridinduzierter Korrosion . . . . . . .

5.3 Umsetzung von Instandsetzungen nach der Instandsetzungs-Richtlinie . .

134 134 134 135 138

138

Inhaltsverzeichnis

157 157 157 161 161 161 161 161 162 162 162

I I

167 167 168 170 170 170 170 171 171 171 174

Wartung, Instandhaltung und Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

11.1 Wartung und Instandhaltung . . . . . . . .

11.2 Wartungsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.3 Überprüfung des Instandsetzungs­erfolgs durch Monitoring . . . . . . . . . .

11.3.1 Anwendungsgebiete . . . . . . . . . . . . . .

11.3.2 Korrosionsmonitoring . . . . . . . . . . . . .

11.3.3 Feuchtemonitoring . . . . . . . . . . . . . . .

174 175

176 176 178 179

12 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Erhaltung und Instandsetzung von massiven Verkehrswasserbauwerken . . . . 185

2 Regelwerksituation . . . . . . . . . . . . . . . 188 3

11

167

Andreas Westendarp, Holger Becker, Jörg Bödefeld, Helmut Fleischer, Claus Kunz, Matthias Maisner, Hilmar Müller, Amir Rahimi, Thorsten Reschke, Frank Spörel

1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

3.1 3.2

10.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.2 Betonabtrag – Technologie und Umfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.2.1 Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.2.2 Umfang des erforderlichen ­ Betonabtrags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3 Schutzmaßnahmen für befahrene Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3.1 Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3.2 Zwischendecks . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3.3 Freidecks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3.4 Rampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3.5 Bodenplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.4 Schutzmaßnahmen für aufgehende Bauteile über und unter Belagoberkante . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.5 Gefälle, Entwässerungseinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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149

Instandsetzungsdetails bei Parkbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

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145 148

10

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143 143

Bestandsschutz – Festlegung des Sollzustands . . . . . . . . 153

8 Instandsetzungsplanung . . . . . . . . . . .

8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2 Notwendiger Instandsetzungsumfang bei chloridbeaufschlagten Bauteilen . .

8.3 Instandsetzungsbetone und -mörtel . .

8.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3.2 Beton nach EC2 und DIN EN 206-1∕​DIN 1045-2 . . . . . . . .

8.3.3 Spritzbeton nach DIN 18551 bzw. DIN EN 14487 . . . . . . . . . . . . . .

8.3.4 Kunststoffmodifizierter Instand­ setzungsbeton und -mörtel (PCC) . . . .

8.3.5 Kunststoffmodifizierter Spritzbeton und -mörtel (SPCC) . . . . . . . . . . . . . .

8.3.6 Reaktionsharzgebundener Instand­ setzungsbeton und -mörtel (PC) . . . . .

8.3.7 Vergussbeton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV

142 142 142

9.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.2 Diskussion der Ausführungsvarianten nach DBV-Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Bauwerke, Bauwerkszustand . . . . . . . 190

Bauwerke, Bauweisen, Baustoffe . . . .

Verfahren für die Zustandsbeurteilung und Prognose . . . . . . . . . .

3.2.1 Bauwerksinspektion, EMS . . . . . . . . .

3.2.2 Bauwerksbegutachtung . . . . . . . . . . . .

3.2.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2.2 Ablauf, Vorgehensweise . . . . . . . . . . .

190

193 193 193 193 194

3.3 Bauwerkssituation . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 Ergebnisse aus der Bauwerksinspektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Dauerhaftigkeitsprobleme . . . . . . . . . .

3.3.3 Standsicherheitsprobleme . . . . . . . . . .

I

7

139 139

DBV-Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

I

Aufnahme der grundsätzlichen Bauwerkssituation . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Tragkonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3 Auffinden von Bereichen mit chlorid­ induzierter Korrosion(sgefahr) . . . . . .

6.3.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.2 Visuelle Untersuchung . . . . . . . . . . . .

6.3.3 Bestimmung des Ausmaßes von ­Bewehrungskorrosion bzw. vor­handener Querschnittsschwächung . . . . . .

6.3.4 Bestimmung des Chloridgehalts . . . . .

6.3.5 Elektrochemische Potentialfeldmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.6 Bestimmung der Betondeckung . . . . .

6.4 Weitere zerstörungsfreie Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

202 202 204 206

I

6.1

Istzustandsfeststellung von Parkbauten – Durchführung erforderlicher Untersuchungen . . . . . . 139

4 Planungsgrundlagen, Instandsetzungskonzepte . . . . . . . . . . 210

4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 4.2 Umgang mit Dauerhaftigkeitsproblemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 4.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

I

6

XI

XII

4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.3

Inhaltsverzeichnis

Dauerhaftigkeitsrelevante Einwirkungen auf Verkehrs­wasserbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Klassifizierung des Betonuntergrunds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Instandsetzungssysteme, ­ Dauerhaftigkeit, Verbund . . . . . . . . . .

Erreichen der Instandsetzungsziele, Prinzipien und Verfahren für die ­Instandsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Wasserbauspezifische Planungs­ grundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Umgang mit Standsicherheitsproblemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

210 211 213 214 215 216

5 Instandsetzungsverfahren gemäß ZTV-W LB 219 . . . . . . . . . . . . 220

5.1 Untergrundvorbehandlung . . . . . . . . .

5.1.1 Ziel und Umfang der Untergrund­ vorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.2 Verfahren ......................

5.1.3 Eigenschaften und Anforderungen . . .

5.1.4 Entsorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Beton∕​Spritzbeton (verankert, bewehrt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.2 Bemessung von Vorsatzschalen . . . . .

5.2.3 Baustoffanforderungen . . . . . . . . . . . .

5.2.4 Ausführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.5 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Spritzmörtel∕​Spritzbeton (unverankert, unbewehrt) . . . . . . . . . .

V

220

220 220 222 222 222 222 223 224 225 226 227

5.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.2 Anforderungen und Eignungsnachweise gemäß BAW-MSM . . . . . .

5.3.3 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . .

5.4 Injektion massiger Betonbauteile mit hydraulischen Bindemitteln . . . . . . . .

5.4.1 Anwendungsbereich des Verfahrens . .

5.4.2 Voruntersuchungen zur Bewertung der Injizierbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.3 Injektionsdurchführung und ­Injektionsversuch . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.4 Bewertung Injektionserfolg . . . . . . . .

6

6.1

229 229 230 231 232

232 234 234 234 234 236 236 239 239 239 240

7 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

Kathodischer Korrosionsschutz im Stahlbetonbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Thorsten Eichler, Susanne Gieler-Breßmer

4

2 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

4.1 4.2

2.1 2.1.1

Korrosion von Stahl in Beton . . . . . . .

Flächige Korrosion durch ­Karbonatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2 Lochkorrosion in Anwesenheit von Chloriden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Galvanischer Schutz . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Fremdstromschutz . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1 3.2

227 229

Offene Fragen, Entwicklungen . . . . . . 232

Instandsetzung mit textilbewehrten Spritzmörteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Instandsetzung von Bewegungsfugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.1 Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.2 Fugeninstandsetzungsvarianten . . . . .

6.2.2.1 Aufgesetzte Fugenbänder . . . . . . . . . .

6.2.2.2 Aufgesetzte Omega-Fugenbänder mit Gewebeverstärkung . . . . . . . . . . .

6.2.2.3 Stahlseilbewehrtes Klemmfugenband (SBK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.2.4 Mörtelgefüllter Elastomer-Schlauch . .

6.2.2.5 Injektionen von Bewegungsfugen . . . .

6.2.3 Fazit und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . .

6.3 Instandsetzung unter Betrieb . . . . . . .

1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

3

227

251

251 253 256 257

Anodenmaterialien und -typen . . . . . . 261

Galvanische Anoden . . . . . . . . . . . . . .

Inertanoden (Dimensionsstabile Anoden – DSA) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Leitfähige Beschichtungen auf Kohlenstoffbasis . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Anodeneinbettung . . . . . . . . . . . . . . . .

261 263

264 264

4.3

Schutzkriterien und technische Regelwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

DIN EN ISO 12696 . . . . . . . . . . . . . . 268 DIN EN 15257 zur Zertifizierung von Fachpersonal für den kathodischen Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Kathodischer Korrosionsschutz von Spannbetonbauwerken . . . . . . . . . . . . 270

5 Ausführungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . 271

5.1 5.1.1 5.1.2

Parkhäuser und Tiefgaragen . . . . . . . . 271 Cityparkhaus in Offenbach . . . . . . . . . 272 Präventiver kathodischer Korrosions­ schutz in einer Tiefgarage . . . . . . . . . . 276 5.1.3 Kathodischer Korrosionsschutz hoch­ belasteter Stützen in einer Tiefgarage .278 5.2 Brückenbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . 280 6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . 283 7 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

Inhaltsverzeichnis

VI

XIII

Bewertung der Leistungsfähigkeit von Instandsetzungsmaterialien und der Lebensdauer von instand gesetzten Stahlbetonbauteilen unter Chlorideinwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 4

2

4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Modellierung des Chloridtransports in einem 2-Schicht-System . . . . . . . . .

4.3 Numerische Untersuchungen zum Chloridtransport in einem 2-SchichtSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Laborversuche zum Chloridtransport in einem 2-Schicht-System . . . . . . . . .

4.5 Auslagerungsversuche zum Chloridtransport in einem 2-SchichtSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.6 Zustandsprognose nach einer Instandsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 2.2 Mathematische Modellierung des Chloridtransports . . . . . . . . . . . . . . . . 290 2.3 Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 3

Chlorideindringwiderstand von Instandsetzungsmaterialien . . . . . . . . 297

297 297

297 298 302

305 306 307 310 310

5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . 312 6 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

I

3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Laboruntersuchungen . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Materialien, Probekörper, Versuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Kennwerte und Zusammenhänge . . . .

3.2.3 Bewertung der Leistungsfähigkeit der Instandsetzungsmaterialien . . . . . .

304

I

Lebensdauerbemessung von (neuen) Stahlbetonbauteilen . . . . . . . . 290

Lebensdauerbemessung von instand gesetzten Stahlbetonbauteilen . . . . . . . 304

I

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

I

Christoph Gehlen, Amir Rahimi, Thorsten Reschke, Andreas Westendarp

Innovative Monitoringstrategien für Bestandsbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

3.4.2

2.1 Schallemissionsverfahren . . . . . . . . . .

2.2 Impuls-Echoverfahren . . . . . . . . . . . . .

2.3 Radar- bzw. Georadarverfahren . . . . .

2.4 Ultraschallverfahren . . . . . . . . . . . . . .

2.5 Infrarotverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6 Elektromagnetische Verfahren . . . . . .

2.7 Laservibrometer . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8 Wegaufnehmer . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8.1 Kapazitive Wegaufnehmer . . . . . . . . .

2.8.2 Induktive Wegaufnehmer . . . . . . . . . .

2.9 Optische Messsysteme . . . . . . . . . . . .

3

3.1 3.2

318 318 319 321 322 322 322 323 323 323 324

Monitoringmethoden und Grundlagen der Bewertung . . . . . . . . 325

Warum Monitoring? . . . . . . . . . . . . . .

Monitoringmethoden – Aktueller Wissenstand . . . . . . . . . . . .

3.3 Planung und statistische Bearbeitung von Bauteilprüfungen . . .

3.3.1 David-Hartley-Pearson-Test . . . . . . . .

3.3.2 Grubbs-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Festlegung der Bemessungswerte . . . .

325

325 326 328 328 328

3.4.3

4

4.1 4.2 5

I

2 Zerstörungsfreie Untersuchungs­methoden . . . . . . . . . . 318

Bestimmung der Bemessungswerte auf Basis der charakteristischen Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Direkte Bestimmung der Bemessungswerte . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Bestimmung der Bemessungswerte auf Basis probabilistischer Bewertung von Stichproben . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Grundelemente einer holistischen Lebenszyklusbetrachtung . . . . . . . . . . 332

Probabilistisch basierte Bewertung . . . 333 Holistisch basierte Lebenszyklus­ bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

I

3.4.1

Dynamische Monitoringverfahren – Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Schwingungslehre . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1 Allgemeine Einführung . . . . . . . . . . .

5.2.2 Gliederung der Schwingungen . . . . . .

5.2.3 Der lineare Einmassenschwinger . . . .

5.2.3.1 Allgemeine Definition . . . . . . . . . . . . .

5.2.3.2 Freie Schwingung des ungedämpften Einmassenschwingers . . . . . . . . . . . . .

5.2.3.3 Freie Schwingung des gedämpften Einmassenschwingers . . . . . . . . . . . . .

335 336 336 336 337 337

I

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

I

Konrad Bergmeister, Peter Mark, Michael Österreicher, David Sanio, Peter Heek, Alexander Krawtschuk, Alfred Strauss, Mark Alexander Ahrens

337 338

I

VII

XIV

Inhaltsverzeichnis

5.2.3.4 Harmonische Anregung des ungedämpften Einmassenschwingers .339 5.2.3.5 Harmonische Anregung des gedämpften Einmassenschwingers . . . 339 5.2.4 Der lineare Mehrmassenschwinger . . . 340 5.2.4.1 Allgemeine Definition . . . . . . . . . . . . . 340 5.2.4.2 Freie Schwingung des linearen ­Mehrmassenschwingers . . . . . . . . . . . 341 5.2.4.3 Erzwungene Schwingung des linearen Mehrmassenschwingers . . . . 342 5.2.5 Modalanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 5.2.6 Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 5.2.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 5.2.6.2 Definition der Dämpfung . . . . . . . . . . 345 5.2.6.3 Dämpfungszahlen in der Praxis . . . . . 345 5.3 Grundlagen der Signalverarbeitung . . 346 5.3.1 Analoge – Digitale Signale . . . . . . . . . 346 5.3.2 Grundsätzliche Einteilung von Signalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 5.3.3 Digitale Signalverarbeitung . . . . . . . . 347 5.3.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 5.3.3.2 Zeitdiskretisierung . . . . . . . . . . . . . . . 347 5.3.3.3 Abtasttheorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 5.3.3.4 Quantisierungsrauschen . . . . . . . . . . . 348 5.4 Methoden der Signalanalyse – Frequenzanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 5.4.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 5.4.2 Fourierreihe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 5.4.3 Fourierintegral . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 5.4.4 Diskrete Fouriertransformation . . . . . 350 5.4.5 „Schnelle“ Fouriertransformation – FFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 5.5 Numerische Integration . . . . . . . . . . . . 353 5.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 5.5.1.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . 353 5.5.1.2 Rechteckregel zur numerischen ­Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 5.5.1.3 Trapezregel zur numerischen ­ Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 5.5.1.4 Simpsonregel zur numerischen ­Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 5.5.2 Zusammenfassung und Vergleich der vorgestellten numerischen Integrationsverfahren . . . . . . . . . . . . . 357 6

Dynamische Monitoringverfahren – Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

6.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Näherungsverfahren zur automatisierten Bestimmung der Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.1 Experimentelle Verfahren zur ­Bestimmung der Dämpfung – Stand der Technik . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.1.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.1.2 Logarithmische DekrementMethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

358

358 359 359 359

6.2.1.3 Bandbreitenmethode zur Bestimmung der Dämpfung . . . . . . . . 360 6.2.2 Erweiterter Ansatz – Bestimmung der Dämpfung mittels Kreuzkorrelationsanalyse . . . . . . . . . . 361 6.2.2.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 6.2.2.2 Kreuzkorrelationsanalyse . . . . . . . . . . 362 6.2.2.3 Charakterisierung der Dämpfungs­ eigenschaften auf Basis von Kreuz­korrelationsbetrachtungen . . . . . 363 6.2.2.4 Praktische Anwendung des Verfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 6.3 Über die Möglichkeiten der Bestimmung der Verformung und der Modalformen von Strukturen unter Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 6.3.1 Praktische Aspekte im Zusammenhang mit der Ermittlung der Verformung aus Beschleunigungs­ messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 6.4 Bestimmung der Verformung auf Basis von Neigungsmessungen . . . . . . 371 6.4.1 Theoretische Grundlagen des Verfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 6.4.2 Praktische Aspekte im Zusammenhang mit der Ermittlung der Verformung aus Neigungsmessungen .376 6.5 Experimentelle Verifikation der Verformungen und Beschleunigungen . . .

377 6.5.1 Zielsetzung der Laborstudie . . . . . . . . 377 6.5.2 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 6.5.3 Ergebnisse der Labormessungen . . . . 378 6.6 Feldmessungen an einer Eisenbahnbrücke der ÖBB-Strecke Wien–Gmünd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 6.6.1 Tragwerkskurzbeschreibung . . . . . . . . 380 6.6.2 Langzeitmonitoring zur Ermittlung der Tragwerksdämpfung . . . . . . . . . . . 380 7

7.1 7.1.1 7.1.2

Radarinterferometrie zum großflächigen Setzungsmonitoring von Bauwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

Einleitung und Motivation . . . . . . . . . 382 Einführung Radarinterferometrie . . . . 383 Grundprinzip satellitengestützter ­Radarinterferometrie . . . . . . . . . . . . . . 385 7.1.3 Persistent-Scatterer-Interferometrie (PSI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 7.2 Satellitengestützte Radarinterferometrie zum Monitoring von Bestands­ bebauung – Beispiel innerstädtisches Tunnelbauprojekt „Wehrhahnlinie“ in Düsseldorf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 7.2.1 Projektbeschreibung und Setzungen aus dem Tunnelbau . . . . . . . . . . . . . . . 390 7.2.2 Detektierte Persistent Scatterer . . . . . . 393 7.2.3 Mittels PSI gemessene Setzungsmulde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

Monitoring einer SpannbetonHohlkastenbrücke . . . . . . . . . . . . . . . . 399

9

433

Zerstörungsfreie Überprüfungen und Lebensdauerbewertung einer Bogenbrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

9.1 Zerstörungsfreie Untersuchungen . . . .

9.1.1 Georadarmessungen . . . . . . . . . . . . . .

9.1.2 Laservibrometermessungen . . . . . . . .

9.1.3 Wegaufnehmermessungen . . . . . . . . .

9.1.4 Erkenntnisse aus den Monitoringkampagnen der einzelnen Bogentragwerke . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.2 Strukturmodellierung . . . . . . . . . . . . .

9.2.1 Baustoffmechanische Grundlagen . . .

9.2.2 Belastungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.2.3 Vergleich Messdaten – Modellergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . .

9.2.4 Ermittlung der Stützlinie mittels ­Monitoringdaten . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.3 Erkenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

424 426 429

435 435 438 440

442 442 443 445 445 448 450

Zusammenfassung und Ausblick . . . . 450

11 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

I

8.1 Einleitung und Motivation . . . . . . . . . 399 8.2 Referenzbauwerk: Hochstraße „Pariser Straße“ . . . . . . . . 400 8.3 Numerische Berechnung und Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 8.3.1 Numerisches Modell und ­Modellierungsaspekte . . . . . . . . . . . . . 402 8.3.2 Spannungsberechnung mit MomentenSpannstahlspannungs-Beziehung . . . . 403 8.3.3 Lastmodellierung und ­Verkehrs­lastmodelle . . . . . . . . . . . . . . 406 8.4 Betriebsfestigkeitsnachweis . . . . . . . . 408 8.5 Monitoringprogramm für Ermüdungsprobleme . . . . . . . . . . . . . . 409 8.5.1 Direkte Dehnungsmessung am ­Spannstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 8.5.2 Aufbereitung der Dehnungsmessung mit Klassier- und Zählverfahren . . . . . 414 8.5.3 Langzeitige Verkehrszählungen . . . . . 418 8.5.4 Materialproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 8.5.5 Ermittlung der Wöhlerlinie . . . . . . . . . 423

Probebelastung zur Modellkalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.5.7 Zeitabhängige Verluste . . . . . . . . . . . .

8.5.8 Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . .

8.6 Genauigkeitssteigerung von Lebensdauerprognosen durch Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I

8

8.5.6

I

Gegenüberstellung terrestrischer und satellitengestützter Messwerte . . . . . . 395 7.2.5 Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . 397 7.3 Ausblick auf satellitengestütztes Monitoring an Bestandsbrücken . . . . . 398

I

7.2.4

XV

I

Inhaltsverzeichnis

VIII Baudynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461

3

Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . 464

5 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485

Systeme mit einem Freiheitsgrad . . . .

Freie lineare Schwingungen . . . . . . . .

Ungedämpfte Schwingung . . . . . . . . .

Gedämpfte Schwingung . . . . . . . . . . .

Erzwungene lineare Schwingungen . .

Nichtlineares Verhalten . . . . . . . . . . . .

Systeme mit mehreren Freiheitsgraden . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Diskrete Systeme . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2.1 Freie lineare Schwingungen . . . . . . . .

3.2.2.2 Erzwungene lineare Schwingungen . .

3.2.2.3 Nichtlineares Verhalten . . . . . . . . . . . .

3.2.3 Kontinuierliche Systeme . . . . . . . . . . .

464 464 464 466 468 473

475 475 475 475 479 483 483

5.1 Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.2 Lasteinwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.3 Verschiebungseinwirkungen . . . . . . . .

5.2 Nachweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1 Sicherheitskonzept . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.2 Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.3 Gebrauchstauglichkeit (inkl. Komfort) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Schwingungsreduktion . . . . . . . . . . . .

5.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.2 Passive Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.3 Aktive Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.4 Schwingungsisolation . . . . . . . . . . . . .

6

485 485 485 488 489 489 489 490 490 490 490 491 491

Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . 491

I

Begriffe, Einheiten und Bezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

3.1 3.1.1 3.1.1.1 3.1.1.2 3.1.2 3.1.3 3.2

484 484 484 485

I

2

4 Experimentelle Untersuchungen . . . . .

4.1 Untersuchungsverfahren . . . . . . . . . . .

4.1.1 Labor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.2 Vor Ort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

I

Claudia Westerkamp-Freitag, Johann-Dietrich Wörner

XVI

Inhaltsverzeichnis

IX Maschinenfundamente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 Hans-Werner Nordhues

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 2 Maschinenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . 497

2.1 Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . .

2.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2 Kleine Bearbeitungszentren . . . . . . . .

2.1.3 Umformmaschinen . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.4 Feinbearbeitungsmaschinen . . . . . . . .

2.1.5 Große Werkzeugmaschinen . . . . . . . .

2.2 Messmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Prüfstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Aufstellelemente . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

497 497 497 498 498 498 499 499 499

Statische Auslegung von Fundamenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499

3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Baugrund ......................

3.3 Lastabtragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Verformungsnachweise von Maschinenfundamenten . . . . . . . . . . .

3.5 Spannungen aus Hydratation . . . . . . .

3.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.2 Zustand 1 (T = 24 h) . . . . . . . . . . . . .

3.5.3 Zustand 2 (T = 3 Tage) . . . . . . . . . . .

3.5.4 Zustand 3 (T = 28 Tage) . . . . . . . . . .

3.6 Mindestbewehrung . . . . . . . . . . . . . . .

499 501 501

502 505 505 507 507 507 507

3.7

Wasserrechtliche Anforderungen an Fundamente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.2 Beton nach BUmwS-Richtlinie . . . . . .

3.7.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.2.2 Dichtheitsnachweise . . . . . . . . . . . . . .

3.7.3 Beschichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.4 Auskleidungen mit Stahl . . . . . . . . . . .

3.7.5 Kunststoffbahnen . . . . . . . . . . . . . . . .

4

508 508 509 509 510 511 512 512

Dynamische Auslegung von Fundamenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512

4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512 4.2 Schutz von Menschen in Gebäuden . . 515 4.3 Schutz von baulichen Anlagen . . . . . . 517 5 Konstruktion von Fundamenten . . . . .

5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Betonsorten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Bewehrungsführung . . . . . . . . . . . . . .

5.4 Einbauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.5 Fixatoren und Verankerungen . . . . . . .

517 517 517 518 518 519

6 Beurteilung von Fundamenten . . . . . . 521 6.1 Temperaturkontrollen . . . . . . . . . . . . . 521 6.2 Verformungsmessungen . . . . . . . . . . . 521 7 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524

X

Feste Fahrbahn in Betonbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 Stephan Freudenstein, Konstantin Geisler, Tristan Mölter, Michael Mißler, Christian Stolz

1 Einleitung – Stand der Technik . . . . . 531 1.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 531 1.2 Vergleich Schotteroberbau – Feste Fahrbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531 1.3 Grundsätzliche Bauarten der FF in Deutschland – Stand der Technik . . . . 533 1.3.1 Entwicklung in Deutschland . . . . . . . . 533 1.3.2 Gleisrost auf durchgehend bewehrter Gleistragplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 1.3.3 Durchgehend bewehrte Gleistragplatte mit Einzelstützpunkten . . . . . . . . . . . . 535 1.3.4 Fertigteilplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 1.3.5 Spezielle Systeme für Tunnel∕ Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536 1.3.6 Weiterentwicklungen . . . . . . . . . . . . . 536 1.3.7 Resümee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537 1.4 FF-Systeme∕Entwicklungen im Ausland (Beispiele) . . . . . . . . . . . . . . . 537

2 Bemessung und Konstruktion . . . . . . .

2.1 Grundsätzliches . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.1 Regelwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2 Grundsätzliche Belastungsansätze . . .

2.2 Werkstoffkennwerte – Annahmen . . . .

2.2.1 Untergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Ungebundene Tragschicht . . . . . . . . . .

2.2.3 Tragschicht mit hydraulischen ­Bindemitteln (THB) . . . . . . . . . . . . . .

2.2.4 Gleistragplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2 Berechnung der Einzelstützpunktkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.3 Biegespannungsberechnung am System mit aufgelagertem Gleisrost . .

2.3.4 System mit Einzelstützpunkten . . . . . .

2.3.5 Beispielrechnung ................

540 540 540 540 541 541 542 542 544 544 544 545 546 549 550

4.3.8 5

5.1

I

571 573 574

Ausgewählte Themen . . . . . . . . . . . . . 574

Zusätzliche Anforderungen an die Konstruktion für die Instandhaltung . .

5.2 Weichen in Fester Fahrbahn bei der Deutschen Bahn . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Instandhaltung der Festen Fahrbahn . .

5.4 Inspektionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.2 Rissbildungen und F ­ ugenöffnungen . .

5.4.3 Anker zur Befestigung von Schwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.4 Schwellenlockerungen . . . . . . . . . . . .

5.4.5 Zusätzliche Inspektionen . . . . . . . . . .

5.5 Instandsetzung einer FF . . . . . . . . . . .

5.5.1 Instandsetzungsfälle aus der Praxis . .

5.5.2 Erneuerungen von Stützpunkten . . . . .

5.5.3 Sanierung von Ankerbolzen . . . . . . . .

5.5.4 Sanierung von Setzungen . . . . . . . . . .

5.5.5 Schadhafte Schallabsorber . . . . . . . . .

5.6 Entwässerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.6.2 Abführung des Oberflächenwassers . .

5.6.3 Mittenentwässerung . . . . . . . . . . . . . .

5.6.4 Gestaltung des Mittelstreifens . . . . . . .

5.6.5 Seitliche Abdeckung . . . . . . . . . . . . . .

5.7 Übergänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.7.2 Übergänge im Unterbau und Oberbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.7.3 Schweißungen und Isolierstöße . . . . .

5.7.4 Übergang Brücke bzw. Tunnel zum Erdbauwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.7.5 Übergang Feste Fahrbahn – ­Schotteroberbau . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.7.6 Übergang Feste Fahrbahn – Feste Fahrbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.8 Befahrbarkeit der Festen Fahrbahn . . .

5.8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.8.2 Konstruktive Gestaltung der ­Befahrbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.8.3 Dimensionierung der Befahrbarkeit . .

574 575 576 577 577 577 578 578 578 578 578 579 579 579 579 579 579 579 580 580 580 580 580

I

Einführung – Historie . . . . . . . . . . . . . 557 Anforderungen an die Feste Fahrbahn auf Brücken . . . . . . . . 557 4.1.2 Systemfindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557 4.1.2.1 Geometrische Zwangspunkte . . . . . . . 558 4.1.2.2 Akustik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559 4.1.2.3 Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559 4.1.3 Systemerprobung und Folgerungen für einen späteren Einbau . . . . . . . . . . 559 4.1.4 Messungen während der ­Systemerprobung . . . . . . . . . . . . . . . . 560 4.1.4.1 Bremsversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560 4.1.4.2 Akustische Eigenschaften nach ­ Einbau der elastischen Matte . . . . . . . 560 4.1.4.3 Einfederungen der Gleistragplatte . . . 560 4.1.4.4 Resümee der Systemerprobung . . . . . 560 4.1.5 Regelungen und Planungshinweise für die Ausführung der Festen Fahrbahn auf Brücken . . . . . . . 561 4.1.6 Die Umsetzung auf Köln–Rhein∕Main und Nürnberg–Ingolstadt . . . . . . . . . . 561 4.1.7 VDE 8 – neue Brückenbauweisen . . . 561 4.2 Systeme der Festen Fahrbahn auf Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562 4.2.1 Prinzip der Festen Fahrbahn auf langen Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562 4.2.2 Komponenten der Festen Fahrbahn auf langen Brücken . . . . . . . . . . . . . . . 562 4.2.2.1 Schienenstützpunkte . . . . . . . . . . . . . . 563 4.2.2.2 Gleistragplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 4.2.2.3 Höckerplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565 4.2.2.4 Trennebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565 4.2.2.5 Schutzbeton(platte) . . . . . . . . . . . . . . . 566 4.2.3 Feste Fahrbahn auf kurzen Brücken . . 566 4.2.4 Feste Fahrbahn auf langen Brücken . . 567 4.2.5 Brückenbereich der Festen Fahrbahn . 568 4.2.6 Endsporn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569 4.3 Der anspruchsvolle Übergangsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . 569 4.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569 4.3.2 Die obere und untere Systemebene . . . 569

4.3.7

571

I

Feste Fahrbahn auf Brücken . . . . . . . . 557

4.3.6

570

I

4

4.1 4.1.1

554 555 555 555 556 556

4.3.5

570

I

3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Laborprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Schienenbefestigungsprüfung . . . . . . .

3.2.2 Prüfung elastischer Komponenten . . .

3.2.3 Spannklemmenprüfung . . . . . . . . . . . .

3.3 Lateralkräftenachweis . . . . . . . . . . . . .

4.3.4

Zusammenwirken von Oberbau und Brücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Generelle Einwirkungen und ­Verformungen am Brückenende . . . . .

Zusammenstellung der Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ergänzende Regelungen zur ­ Ausführung der Festen Fahrbahn auf Brücken und Nachweisführungen . . . .

Maßnahmen zur Einhaltung der ­Grenzwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Zusammenfassung, Konsequenzen und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

580 580 580

I

Entwicklung einer Festen Fahrbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

4.3.3

580 581 581 581

I

3

552 552 552 553

581 582

I

2.4 Weitere Betrachtungen . . . . . . . . . . . .

2.4.1 Zwischenschichten . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2 Temperatureinfluss . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3 Finite-Elemente-Methode (FEM) . . . .

XVII

I

Inhaltsverzeichnis

XVIII

Inhaltsverzeichnis

5.9 Schallabsorber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582 5.9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582 5.9.2 Bau- und schalltechnische Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582

5.9.3

Spezielle Anforderungen an Materialien und Konstruktion . . . . . . . 582

6 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

XI

Einwirkungen auf Brücken nach den Eurocodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585

1

Allgemeines über die Eurocodes für die Bestimmung der Einwirkungen auf Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587

1.1

Balthasar Novák, Peter Lippert

Hintergründe der Fortschreibung der Eurocodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Allgemeines zu den Eurocodes . . . . . .

1.3 Eurocodes mit Regelungen für Einwirkungen auf Brücken . . . . . . . . .

1.4 Sicherheitskonzept der Eurocodes . . .

1.5 DIN-Handbücher ................

1.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.2 Bauen im Bestand . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Erläuterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Aufbau des DIN-Handbuches 1, Band 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Einteilung der Einwirkungen . . . . . . .

2.4 Einwirkungen aus Straßenverkehr . . .

2.4.1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2 Anzusetzende Fahrstreifen . . . . . . . . .

2.4.3 Lastmodelle für Vertikallasten . . . . . .

2.4.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3.2 Lastmodell 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3.3 Lastmodell 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.4 Horizontallasten . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.4.1 Lasten aus Bremsen und Anfahren . . .

2.4.4.2 Zentrifugallasten . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.5 Mehrkomponentige Einwirkungen . . .

2.4.6 Lastmodelle für Ermüdungs­berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.7 Außergewöhnliche Einwirkungen aus Straßenfahrzeugen . . . . . . . . . . . .

2.4.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.7.2 Ergebnisse neuerer Forschungen . . . .

2.4.7.3 Anpralllasten an Pfeiler und andere stützende Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.7.4 Anprall an Überbauten . . . . . . . . . . . .

2.4.7.5 Fahrzeuge auf Geh- und Radwegen . .

2.4.7.6 Anprall an Schrammborde . . . . . . . . .

2.4.7.7 Anprall an Schutzeinrichtungen . . . . .

2.4.7.8 Anprall an tragende Bauteile oberhalb der Fahrbahnebene . . . . . . . .

2.4.8 Einwirkungen auf Geländer . . . . . . . .

2.4.9 Lastmodelle auf Hinterfüllungen . . . .

2.4.9.1 Vertikallasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.9.2 Horizontallasten . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.10 Einwirkungen auf Kammerwände . . .

587 587 587 588 588 588 589 589 589 589 590 591 591 591 591 591 592 595 595 595 595 596 598 598 598 598 599 600 600 601 601 602 602 602 602 603 603

2.4.11 Weitere Einwirkungen . . . . . . . . . . . . 604 2.4.11.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 2.4.11.2 Fahrbahnbeläge . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 2.4.11.3 Klappbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 2.4.11.4 Versorgungsleitungen und andere ruhende Lasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 2.4.11.5 Einwirkungen aus Schnee . . . . . . . . . . 604 2.4.11.6 Auswechseln von Lagern . . . . . . . . . . 604 2.5 Einwirkungen aus Fußgängerund Radverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 2.5.1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 604 2.5.2 Lastmodelle für Vertikallasten . . . . . . 604 2.5.2.1 Gleichmäßig verteilte Last . . . . . . . . . 604 2.5.2.2 Einzellast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605 2.5.2.3 Dienstfahrzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605 2.5.3 Horizontallasten . . . . . . . . . . . . . . . . . 605 2.5.4 Mehrkomponentige Einwirkungen . . . 605 2.5.5 Außergewöhnliche Einwirkungen . . . . 605 2.5.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605 2.5.5.2 Anprall von Straßenfahrzeugen an Unterbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606 2.5.5.3 Anprall von Straßenfahrzeugen an Überbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606 2.5.5.4 Unplanmäßige Anwesenheit von ­Fahrzeugen auf der Brücke . . . . . . . . . 606 2.5.6 Dynamische Modelle . . . . . . . . . . . . . 606 2.5.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606 2.5.6.2 Neuere Forschungsergebnisse . . . . . . . 606 2.5.6.3 Umsetzung der Forschungsergebnisse in den DIN-Fachbericht 101 bzw. in den Eurocode 1, Teil 2 . . . . . . . . . . . . 606 2.5.7 Einwirkungen auf Geländer . . . . . . . . 607 2.5.8 Lastmodell für Hinterfüllung . . . . . . . 607 2.5.9 Weitere typische Einwirkungen . . . . . 607 2.6 Einwirkungen aus Eisenbahnverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 2.6.1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 607 2.6.2 Darstellung der Einwirkungen . . . . . . 607 2.6.3 Lastmodelle für vertikale Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 2.6.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 2.6.3.2 Lastmodell 71 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 2.6.3.3 Lastmodelle SW/​0 und SW/​2 . . . . . . . 608 2.6.3.4 Unbeladener Zug . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 2.6.3.5 HSLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 2.6.3.6 Dienstgehwege . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 2.6.3.7 Öffentliche Gehwege . . . . . . . . . . . . . . 609

611 612 612 612 612 613 614 615 616 616 617 617 617 617 617 618 618 618 618 619 619 619 619 619 620 620 620 620 620 620 621

3

623 623

I I

610 610 610 611

623 624 624 625 625 625 625

I

610

623 623

626

Einwirkungen auf Brücken nach DIN-Handbuch (Eurocode) in Beispielen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631

3.1 Beispiel Straßenbrücke . . . . . . . . . . . . 631 3.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631 3.1.2 Beschreibung und Darstellung des statischen Systems . . . . . . . . . . . . . . . 631 3.1.3 Entwurfsparameter . . . . . . . . . . . . . . . 632 3.1.4 Charakteristische Werte der einwirkenden Last- und Weggrößen . . 633 3.1.4.1 Ständige Einwirkungen . . . . . . . . . . . . 633 3.1.4.2 Veränderliche Einwirkungen . . . . . . . . 634 3.1.5 Außergewöhnliche Einwirkungen . . . . 644 3.1.5.1 Anpralllasten auf Unterbauten . . . . . . 644 3.1.5.2 Außergewöhnliche Einwirkungen auf der Brücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644 3.1.6 Kombination der Einwirkungen . . . . . 645 3.1.6.1 Lastgruppen aus Verkehr . . . . . . . . . . 645 3.1.6.2 Kombinationen in den Grenzzuständen der ­Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 646 3.1.6.3 Kombinationen in den Grenzzuständen der ­Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . 648 3.2 Beispiel Eisenbahnbrücke . . . . . . . . . . 649 3.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649 3.2.2 Beschreibung und Darstellung des statischen Systems . . . . . . . . . . . . . . . 649 3.2.3 Entwurfsparameter . . . . . . . . . . . . . . . 650 3.2.4 Charakteristische Werte der einwirkenden Last- und Weggrößen . . 651 3.2.4.1 Ständige Einwirkungen . . . . . . . . . . . . 651 3.2.4.2 Veränderliche Einwirkungen . . . . . . . . 652 3.2.4.3 Außergewöhnliche Einwirkungen . . . . 665 3.2.5 Kombination der Einwirkungen . . . . . 666 3.2.5.1 Verkehrslastgruppen . . . . . . . . . . . . . . 666

I

610

622 622 622

I

610

2.8.3.4 Schwankung des konstanten ­Temperaturanteils . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8.3.5 Linearer Temperaturanteil . . . . . . . . .

2.8.3.6 Nichtlinearer Temperaturanteil . . . . . .

2.8.3.7 Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Bauteilen . . . . . . . . . . .

2.8.3.8 Brückenpfeiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.9 Bewegungen von Lagern und Fahr­bahn­übergängen und ergänzende Regelungen für die Bemessung von Lagern . . . . . . . . . . . .

2.9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.9.2 Bemessungswerte der Bewegungen und Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.9.3 Klimatische Temperatureinwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.9.4 Reaktionskräfte an Festpunkten . . . . .

2.9.5 Ergänzende Regelungen zur ­Lagerbemessung . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.10 Kombination der Einwirkungen . . . . .

2.10.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.10.2 Grenzzustände der Tragfähigkeit . . . .

2.10.3 Grenzzustände der G ­ ebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I

609 609

I

Lastverteilung der Achs- und Radlasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.4.2 Lastverteilung der Radlast durch die Schiene in Längsrichtung . . . . . . . . . .

2.6.4.3 Lastverteilung durch Schwellen und Schotter in Längsrichtung . . . . . . . . . .

2.6.4.4 Lastverteilung durch Schwellen und Schotter in Querrichtung . . . . . . . . . . .

2.6.4.5 Vertikale Ersatzlasten für ­ Erdbauwerke und Erddrücke . . . . . . . .

2.6.5 Dynamische Einwirkungen . . . . . . . . .

2.6.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.5.2 Dynamischer Beiwert Φ (Φ2, Φ3) . . .

2.6.5.3 Gefahr von Resonanz oder ­ übermäßigen Schwingungen der ­Tragwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.6 Lastmodelle für horizontale ­Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.6.1 Fliehkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.6.2 Seitenstoß (Schlingerkraft) . . . . . . . . .

2.6.6.3 Einwirkungen aus Bremsen und Anfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.6.4 Längskraftabtragung . . . . . . . . . . . . . .

2.6.7 Druck-Sog-Einwirkungen . . . . . . . . . .

2.6.8 Zusätzliche Einwirkungen . . . . . . . . .

2.6.9 Außergewöhnliche Einwirkungen . . . .

2.6.9.1 Entgleisung auf Brücken . . . . . . . . . . .

2.6.9.2 Entgleisungen unter Überbauungen von Bahnanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.9.3 Außergewöhnliche Einwirkung aus Fahrleitungsbruch . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.9.4 Außergewöhnliche Einwirkungen aus Straßenverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.10 Mehrkomponentige Einwirkungen . . .

2.6.11 Lastmodelle für Ermüdungs­berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.12 Nachweise in den Grenzzuständen . . .

2.6.12.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.12.2 Teilsicherheits- und Kombinations­ beiwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.12.3 Kriterien der Betriebssicherheit . . . . .

2.7 Einwirkungen aus Wind . . . . . . . . . . .

2.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.7.1.1 Windeinwirkungen auf nicht ­schwingungsanfällige ­Brückenüberbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.7.1.2 Windeinwirkungen auf schwingungs­ anfällige Brückenüberbauten . . . . . . .

2.7.1.3 Windeinwirkungen auf Brücken­ unterbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8 Temperatureinwirkungen . . . . . . . . . .

2.8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8.2 Neue Forschungsergebnisse . . . . . . . .

2.8.3 Beschreibung der Temperatur­ einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8.3.2 Überbaugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8.3.3 Konstanter Temperaturanteil . . . . . . . .

I

2.6.4

XIX

I

Inhaltsverzeichnis

XX

Inhaltsverzeichnis

3.2.5.2 Zusammenstellung der wesentlichen Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.5.3 Kombinationen in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit . . .

3.2.5.4 Kombinationen in den Grenzzuständen der ­Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . .

3.3 Beispiel Geh- und Radwegbrücke . . . .

3.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Beschreibung und Darstellung des statischen Systems . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.3 Entwurfsparameter . . . . . . . . . . . . . . .

666 667 667 668 668 668 670

3.3.4 3.3.4.1 3.3.4.2 3.3.5 3.3.5.1 3.3.5.2

Charakteristische Werte der einwirkenden Last- und Weggrößen . .

Ständige Einwirkungen . . . . . . . . . . . .

Veränderliche Einwirkungen . . . . . . . .

Kombination der Einwirkungen . . . . .

Kombinationen in den Grenzzuständen der T ­ ragfähigkeit . . .

Kombinationen in den Grenzzuständen der ­Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . .

670 670 671 675 675 676

4 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677

XII

Entwurf, Bemessung und Konstruktion von Betonbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . 679

1

Anforderungen an Brücken . . . . . . . . 681

1.1 1.2 1.3

Karlheinz Haveresch, Reinhard Maurer

Eurocodes und DIN-Fachberichte . . . . 681 Eurocode 2 und DIN-Handbuch Betonbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682 Ergänzendes Regelwerk . . . . . . . . . . . 685

2 Brückenentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Vorentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Entwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Tragwerksarten . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2 Balkenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.3 Bogenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.4 Sprengwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Brückenüberbauten . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2 Massive Platte . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3 Plattenbalken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.4 Kastenquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . .

2.5 Unterbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.2 Widerlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.3 Brückenpfeiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6 Bauverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.2 Überbauherstellung auf Traggerüst . . .

2.6.3 Taktschiebeverfahren . . . . . . . . . . . . .

2.6.4 Freivorbauverfahren . . . . . . . . . . . . . .

2.6.5 Fertigteilbauweise . . . . . . . . . . . . . . . .

3

689 689 691 696 696 696 698 700 702 702 702 704 706 709 709 709 713 714 714 714 715 716 718

Bemessung und Konstruktion von Betonbrücken nach Eurocode 2 . . . . . 719

3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Grundlagen für die Tragwerksplanung . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Grundsätzliches zur Bemessung mit Grenzzuständen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.3 Basisvariablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.4 Nachweisverfahren mit Teilsicherheitsbeiwerten . . . . . . . . . . .

3.2.5 Versuchsgestützte Bemessung . . . . . .

719

719 719 719 720 721 722

3.2.6

Zusätzliche Anforderungen an ­Gründungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722 3.2.7 Anforderungen an Befestigungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . 723 3.2.8 Bautechnische Unterlagen . . . . . . . . . . 723 3.3 Baustoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723 3.3.1 Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724 3.3.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727 3.3.3 Spannstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727 3.3.4 Komponenten von Spannsystemen . . . 727 3.4 Dauerhaftigkeit und Betondeckung . . 730 3.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730 3.4.2 Umgebungsbedingungen, Anforderungen an Beton und ­Betondeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730 3.5 Ermittlung der Schnittgrößen . . . . . . . 731 3.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731 3.5.2 Schnittgrößen infolge Lasten . . . . . . . 732 3.5.3 Schnittgrößen infolge Zwang . . . . . . . 732 3.5.4 Schnittgrößen infolge Vorspannung . . 736 3.5.5 Nachweise für Bauteile unter Normalkraft nach Theorie II. Ordnung . . . . . . 739 3.5.5.1 Imperfektionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 739 3.5.5.2 Berechnung der Effekte aus Theorie II. Ordnung . . . . . . . . . . . . . . 739 3.5.5.3 Behandlung der Rückstell- bzw. ­Reibungskräfte der Lager . . . . . . . . . . 741 3.5.5.4 Berücksichtigung des Kriechens beim Nachweis nach Theorie II. Ordnung­ . . . . . . . . . . . . . . 742 3.5.5.5 Zum Ansatz des E-Moduls . . . . . . . . . 743 3.5.6 Modellbildung und Querverteilung . . 744 3.6 Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit (GZT) . . . . . . . . . . . 747 3.6.1 Tragwiderstand bei Biegung mit Normalkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747 3.6.2 Mindestbewehrung für ausreichendes ­Ankündigungsverhalten . . . . . . . . . . . 748 3.6.3 Tragwiderstand bei Querkraft . . . . . . . 750 3.6.3.1 Bauteile ohne Querkraftbewehrung . . 750 3.6.3.2 Bauteile mit Querkraftbewehrung . . . 754 3.6.3.3 Mindestbewehrung für Querkraft . . . . 756

XIII

769 769 769 777 777

4

788 791

793 795 795 795 800

Innovationen im Betonbrückenbau . . . . . . . . . . . . . . . . 800

785 785

5

785 785

6 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 816

779 780 780 784 784 784 784 785

I

792 792

4.1 Hochleistungsbeton . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.1 Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.2 Internationale Entwicklungen . . . . . . .

4.1.3 Entwicklungen in Deutschland . . . . . .

4.2 Integrale und semi-integrale Bauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Ergänzungen für Betonbrücken mit internen Spanngliedern ohne Verbund in Längsrichtung . . . . . . . . .

4.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.2 Ergänzende Regeln für die Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.3 Ergänzende Regeln für die bauliche Durchbildung von Brücken mit Kastenquerschnitten . . . . . . . . . . . . . .

4.3.4 Ergänzende Regeln für Brücken mit Platten- oder Plattenbalkenquer­schnitten . . . . . . . . .

778

I

786 786 787

I

767 768

785

800 800 801 802 804

I

761 761 762 764 764 765 766

3.8.3 Konstruktionsregeln für Bauteile . . . .

3.8.3.1 Oberflächenbewehrung bei ­ vorgespannten Bauteilen . . . . . . . . . . .

3.8.3.2 Stahlbetonwände . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.8.3.3 Sonderfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.9 Besonderheiten bei Fertigteilbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.10 Bemessung für Bauzustände . . . . . . . .

3.11 Ergänzung für Betonbrücken mit externen Spanngliedern . . . . . . . . . . .

3.11.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.11.2 Grundsätze für die bauliche ­Durchbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.11.3 Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.12 Lager und Fahrbahnübergänge . . . . . .

3.12.1 Lagerung und Lager . . . . . . . . . . . . . .

3.12.2 Fahrbahnübergänge . . . . . . . . . . . . . . .

809 809 810

I

757 760 761

810 810

Nachrechnung und Verstärkung von Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811

Die Nachrechnung von Betonbrücken – Fortschreibung der Nachrechnungsrichtlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819

I

3.6.4 Tragwiderstand bei Torsion . . . . . . . .

3.6.5 Stabwerkmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.6 Nachweis gegen Ermüdung . . . . . . . .

3.6.6.1 Nachweis gegen Ermüdung nach DIN EN 1992-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.6.2 Wöhlerlinie Betonstahl . . . . . . . . . . . .

3.6.6.3 Wöhlerlinien Spannstahl . . . . . . . . . . .

3.6.6.4 Spannungsschwingbreiten .........

3.6.6.5 Ermittlung der Spannungen . . . . . . . .

3.6.6.6 Vereinfachter Nachweis . . . . . . . . . . .

3.6.6.7 Betriebsfestigkeitsnachweis . . . . . . . .

3.6.6.8 Nachweis der schädigungs­äquivalenten Schwingbreite Δσequ . . .

3.6.7 Nachweis gegen Anprall . . . . . . . . . . .

3.7 Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) . . . .

3.7.1 Allgemeines und Begrenzung der ­Spannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.2 Anforderungen für die Rissbreiten­ begrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.3 Begrenzung der Rissbreiten . . . . . . . .

3.7.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.3.2 Mindestbewehrung für die ­ Begrenzung der Rissbreite . . . . . . . . .

3.7.3.3 Mindestbewehrung im Bereich von Arbeitsfugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.3.4 Begrenzung der Rissbreiten bei ­abgeschlossenem Rissbild . . . . . . . . . .

3.7.3.5 Dicke Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.4 Begrenzung der Schwingungen und dynamische Einflüsse . . . . . . . . . . . . .

3.7.5 Begrenzung der Verformungen . . . . . .

3.8 Allgemeine Bewehrungs- und Konstruktionsregeln . . . . . . . . . . . . . .

3.8.1 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.8.2 Spannstahl und Spannglieder . . . . . . .

3.8.2.1 Vorspannung mit sofortigem ­ Verbund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.8.2.2 Vorspannung mit nachträglichem Verbund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.8.2.3 Verankerung und Kopplung von Spanngliedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.8.2.4 Umlenkstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XXI

I

Inhaltsverzeichnis

4

2

4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Erfahrungen und Fortschreibung auf der Einwirkungsseite . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1 Ermittlung der Schnittgrößen . . . . . . .

4.2.2 Lastmodell für Anprall auf Brücken . .

3

Bauwerksprüfung und Nachrechnung – zur Zustandsbewertung von Brücken . . . . . . . . . . . 822 Überblick zur Nachrechnung von Bestandsbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . 822

Erkenntnisse aus der Nachrechnung von Betonbrücken . . . . 824

824

824 824 825

I

1 Ausgangslage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821

I

Gero Marzahn, Josef Hegger, Reinhard Maurer, Konrad Zilch, Daniel Dunkelberg, Agnieszka Kolodziejczyk, Frederik Teworte

XXII

4.2.3 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.3.9 4.4 5

Inhaltsverzeichnis

Verkehrslastmodell für Verkehr im 4+0-System (4+0-Verkehr) . . . . . . . .

Erfahrungen und Fortschreibung auf der Widerstandsseite . . . . . . . . . . . . . . Überblick zu Nachweisdefiziten . . . . .

Defizite der Querkrafttragfähigkeit . . .

Defizite der Biegetragfähigkeit . . . . . .

Defizite der Torsionslängsbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ermüdungsdefizite in den Koppelfugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Defizite im Bruchankündigungs­verhalten von Spannbetonbrücken . . .

Defizite der Dekompression . . . . . . . .

Defizite der konstruktiven Durchbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kleine Bauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nicht zukunftsfähige Brückentypen . .

826 827 827 827 828 828 828 828 829 829 829 829

Erkenntnisse und Erfahrungen aus bisherigen Nachrechnungen der Stufe 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830

5.1 Bisher angewendete Verfahren . . . . . . 830 5.1.1 Ansatz nach Hegger∕​Görtz . . . . . . . . . 830 5.1.2 Druckbogenmodell . . . . . . . . . . . . . . . 832 5.1.3 Nachweis auf Grundlage der Modified Compression Field Theory . 833 5.1.3.1 Hintergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833 5.1.3.2 Querkraftbemessung nach ­ kanadischer Norm CSA A23.3-04 . . . 834 5.2 Anwendungsbeispiel Brücke Mersmannsstiege . . . . . . . . . . 836 5.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 836 5.2.2 Bauwerksbeschreibung . . . . . . . . . . . . 836 5.2.3 Querkraftnachweis nach Stufe 1 und 2 der Nachrechnungs­richtlinie . . . 837 5.2.4 Ansatz nach Hegger∕​Görtz . . . . . . . . . 838 5.2.5 Druckbogenmodell . . . . . . . . . . . . . . . 838 5.2.6 Nachweis auf Grundlage der Modified Compression Field Theory . 841 5.2.7 Nichtlineare FEM . . . . . . . . . . . . . . . . 842 6

Erweiterte Ansätze zum Nachweis der Querkraft- und Torsions­tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . 844

6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Querkraftnachweis auf Grundlage des Hauptzugspannungskriteriums . . .

6.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.2 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.2.1 Technische Regelwerke . . . . . . . . . . . .

6.2.2.2 Aktuelle Untersuchungen . . . . . . . . . .

6.2.3 Empfehlung für die Nachrechnung . . .

6.3 Querkraftnachweis auf Grundlage des modifizierten Fachwerkmodells mit Rissreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.2 Empfehlung für die Nachrechnung . . .

844

844 844 844 844 845 847 850 850 851

6.4

Nachweis der Querkrafttragfähigkeit unter Ermüdungslasten . . . . . . . . . . . . 852 6.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852 6.4.2 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853 6.4.2.1 Technische Regelwerke . . . . . . . . . . . . 853 6.4.2.2 Aktuelle Untersuchungen . . . . . . . . . . 855 6.4.3 Empfehlung für die Nachrechnung . . . 858 6.4.3.1 Allgemeiner Aufbau . . . . . . . . . . . . . . 858 6.4.3.2 Ansatz unter Vernachlässigung der Querkraftbewehrung . . . . . . . . . . . . . . 858 6.4.3.3 Ansatz unter Berücksichtigung der Querkraftbewehrung . . . . . . . . . . . . . . 861 6.5 Schub zwischen Balkensteg und Gurten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863 6.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863 6.5.2 Entwicklung des Nachweisformats in früheren Normengenerationen . . . . 863 6.5.3 Empfehlungen für die Nachrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 865 6.6 Abminderung der Torsionssteifigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866 6.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866 6.6.2 Erkenntnisse aus Versuchen unter kombinierter Beanspruchung aus Biegung, Querkraft und Torsion . . . . . 867 6.6.3 Abminderung der Torsionssteifigkeit in früheren Regelwerken . . . . . . . . . . . 868 6.6.4 Ansätze zur Ermittlung der Torsionssteifigkeit in der Literatur . . . . . . . . . . 868 6.6.4.1 Ansätze auf Grundlage eines ­ räumlichen Fachwerkmodells . . . . . . . 868 6.6.4.2 Ansätze mit Berücksichtigung der Steifigkeitsanteile von Druck- und Zugzone auf Querschnittsebene . . . . . 868 6.6.5 Auswirkungen aus einer Abminderung der Torsionssteifigkeit . . . . . . 870 6.6.6 Empfehlung für die Nachrechnung . . . 871 6.7 Anrechenbarkeit der Spannglieder auf die Torsionslängsbewehrung . . . . 871 6.7.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871 6.7.2 Empfehlungen für die Nachrechnung .872 6.8 Berücksichtigung von Bügelbewehrung bei nicht eingehaltenen Konstruktions­regeln . . . . . . . . . . . . . . 873 6.8.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873 6.8.2 Auswertung repräsentativer Versuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875 6.8.3 Empfehlungen für die Nachrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876 7

Möglichkeiten zur Beurteilung der Querkraft- und Torsionstragfähigkeit mit wissenschaftlichen Methoden gemäß Nachweisstufe 4 . . . 876

7.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1.2 Auswahl geeigneter Methoden . . . . . .

7.2 Abzubildendes Werkstoffverhalten . . .

7.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

876 876 876 878 878

881 882 882 883 884 884 884 884 884

Stahlbetonbalken mit Bügelbewehrung (BM 100) . . . . . . . .

7.4.3 Spannbetonbalken mit Bügelbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4.4 Bauteile ohne Querkraftbewehrung . .

7.5 Berücksichtigung der Zuverlässigkeits­anforderungen bei der Beurteilung der Tragfähigkeit mit wissenschaftlichen Methoden . . . .

7.5.1 Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.5.2 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.5.3 Untersuchungen für ein angepasstes Sicherheitskonzept . . . . . . . . . . . . . . .

7.6 Abschließende Wertung und Perspektiven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

885 887 890

892 892 892 896 898

Schlussfolgerungen und Ausblick . . . . 899

9 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 900

Normen und Regelwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905

908 908 909 909 909 911 911 912 913 913 914 914 914 914 915 915 915 915 916 916

I

908

I

907

I

2.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Zielsetzungen der Normenserie SIA 269 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Aufbau und Inhalt der Normenserie SIA 269 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Aufbau der Normenserie SIA 269 . . .

2.3.2 Norm SIA 269 „Grundlagen der Erhaltung von Tragwerken“ . . . . . . . .

2.3.2.1 Geltungsbereich und Begriffe . . . . . . .

2.3.2.2 Grundsätze und Anforderungen . . . . .

2.3.2.3 Aktualisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2.4 Tragwerksanalyse und Nachweise . . .

2.3.2.5 Überprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2.6 Erhaltungsmaßnahmen . . . . . . . . . . . .

2.3.3 Norm SIA 269/1 „Erhaltung von Tragwerken – Einwirkungen“ . . . . . . .

2.3.4 Übrige bauweisenspezifische Erhaltungsnormen SIA 269/3-6 . . . . .

2.3.5 SIA 269/7 „Erhaltung von Tragwerken – Geotechnik“ . . . . . . . . .

2.4 Norm SIA 269/2 „Erhaltung von Tragwerken – Betonbau“ . . . . . . . . . .

2.4.1 Abgrenzung zu neuen Betonbauten . .

2.4.2 Fachausdrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3 Grundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3.1 Anforderungen an die Kenntnisse der Planer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3.2 Überprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3.3 Instandsetzungs- und Erhaltungs­ maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.4 Aktualisierung von Baustoffkennwerten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I

Normenreihe SIA 269 „Erhaltung von Tragwerken“ . . . . . . . 907

2.4.4.1 Aktualisierungstiefe . . . . . . . . . . . . . . 916 2.4.4.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 917 2.4.4.3 Spannstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 918 2.4.5 Tragwerksanalyse und Nachweise . . . 918 2.4.5.1 Plastisches Verformungsvermögen . . . 918 2.4.5.2 Überprüfungswerte . . . . . . . . . . . . . . . 919 2.4.5.3 Nachweis der Tragsicherheit . . . . . . . . 920 2.4.5.4 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit . 922 2.4.6 Statische und konstruktive Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 922 2.4.6.1 Kraftfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 922 2.4.6.2 Überprüfungswert der Verbundspannung . . . . . . . . . . . . . . . . 922 2.4.6.3 Bewehrungsverankerung . . . . . . . . . . . 925 2.4.6.4 Bewehrungsstöße . . . . . . . . . . . . . . . . 926 2.4.6.5 Vorgespannte Tragwerke . . . . . . . . . . . 926 2.4.6.6 Balken und Plattenbalken . . . . . . . . . . 926 2.4.6.7 Weitere Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . 927 2.4.6.8 Ermüdungsbeanspruchte Tragwerke . . 927 2.4.7 Zustandserfassung . . . . . . . . . . . . . . . . 927 2.4.7.1 Grundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 927 2.4.7.2 Untersuchungsmethoden . . . . . . . . . . . 927 2.4.8 Zustandsbeurteilung . . . . . . . . . . . . . . 928 2.4.8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928 2.4.8.2 Schädigungen infolge AAR . . . . . . . . 929 2.4.8.3 Schädigungen infolge Korrosion der Bewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 930 2.4.8.4 Prognose der Zustandsentwicklung . . 930 2.4.8.5 Überprüfungsbericht . . . . . . . . . . . . . . 931 2.4.9 Erhaltungsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . 931 2.4.9.1 Grundprinzipien und Verfahren . . . . . 931 2.4.9.2 Verstärkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 932 2.4.9.3 Instandsetzungsverfahren . . . . . . . . . . 933 2.4.9.4 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . 936 2.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . 936

I

Frank Fingerloos, Daia Zwicky, Thomas Vogel, Walter Potucek, Markus Vill

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 907 2

7.4.2

I

XIV

878 878 879 880 881

I

Werkstoffverhalten des Betons . . . . . .

Einaxiale Beanspruchungen . . . . . . . .

Zweiaxiale Beanspruchungen . . . . . . .

Dreiaxiale Beanspruchung . . . . . . . . .

Werkstoffverhalten der Bewehrung . .

Verhalten des Verbundwerkstoffs ­Stahlbeton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3 Tragfähigkeitsermittlung auf Grundlage nichtlinearer FEMBerechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3.1 Materialmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3.2 Modellierung der Verbundwerkstoffe Stahlbeton und Spannbeton . . . . . . . .

7.3.2.1 Geschichtete Flächenelemente . . . . . .

7.3.2.2 Embedded Elements . . . . . . . . . . . . . .

7.3.2.3 Modellierung der Vorspannung . . . . .

7.4 Nachrechnung von Versuchen aus der Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I

7.2.2 7.2.2.1 7.2.2.2 7.2.2.3 7.2.3 7.2.4

XXIII

I

Inhaltsverzeichnis

XXIV 3

Inhaltsverzeichnis Betonbrücken in Österreich – Planung und Konstruktion nach Eurocode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 937

3.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Grundlagen der Berechnung . . . . . . . .

3.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Probabilistisches Sicherheitskonzept, Zuverlässigkeit von Tragwerken . . . . .

3.2.3 Semiprobabilistisches Sicherheitskonzept . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.4 Bemessungssituationen . . . . . . . . . . . .

3.2.5 Einwirkungskombinationen . . . . . . . .

3.2.5.1 Kombinationsbeiwerte . . . . . . . . . . . .

3.2.5.2 Grundkombination . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.5.3 Außergewöhnliche Einwirkungs­ kombinationen und Kombinationen bei Erdbeben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.6 Grenzzustände der Tragfähigkeit . . . .

3.2.7 Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.7.1 Nachweise der Lagesicherheit (EQU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.7.2 Nachweise (STR) gegen Versagen des Tragwerks oder eines seiner Teile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.7.3 Geotechnische Nachweise (GEO) . . . .

3.2.7.4 Bemessung von Lagern und Fahrbahnübergängen . . . . . . . . . . . . . .

3.2.8 Teilsicherheitsbeiwerte des Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.9 Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . .

3.3 Allgemeine Einwirkungen auf Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 Ständige Einwirkungen . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Klimatische Einwirkungen . . . . . . . . .

3.3.2.1 Windlasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2.2 Schneelasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2.3 Temperaturänderungen . . . . . . . . . . . .

3.3.3 Außergewöhnliche Einwirkungen . . . .

3.3.3.1 Außergewöhnliche Einwirkungen aus dem Anprall von Straßenfahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.3.2 Außergewöhnliche Einwirkungen aus dem Anprall von Eisenbahn­ fahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.3.3 Anprall von Eisenbahnfahrzeugen bei Unterwerfungen und in Unterflurtrassen (offene Bauweise) . .

3.3.3.4 Anprall von Binnenschiffen . . . . . . . .

3.3.4 Baulicher Brandschutz . . . . . . . . . . . .

3.3.5 Einwirkungen aus Bauzuständen . . . .

3.3.6 Lastmodell für Hinterfüllungen und Widerlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.7 Erdbeben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.7.1 Bodenbeschleunigung . . . . . . . . . . . . .

3.3.7.2 Beanspruchungen infolge Erdbeben . .

3.3.7.3 Berechnungsverfahren . . . . . . . . . . . .

3.4 Verkehrslasten auf Straßenbrücken . . .

937 938 938

938 939 940 940 940 941 941 942 942 942 943 944 944 945 945 947 947 947 947 949 949 952 952 952 955 955 955 956 956 956 956 956 959 959

3.4.1 3.4.1.1 3.4.1.2 3.4.1.3 3.4.1.4

Vertikale Verkehrslasten . . . . . . . . . . .

Lastmodell 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lastmodell 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lastmodell 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lastmodell 4 (Menschenansammlung) . . . . . . . . . . .

3.4.1.5 Lasten auf Fußwegen und Radwegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4.2 Horizontale Verkehrslasten . . . . . . . . .

3.4.2.1 Lasten aus Bremsen und Anfahren . . .

3.4.2.2 Fliehkräfte und andere Querlasten . . .

3.4.2.3 Lasten auf Geländer . . . . . . . . . . . . . .

3.4.3 Lastmodelle für Ermüdungsberechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4.4 Gebrauchstauglichkeit, Grenzwerte von Verformungen . . . . . . . . . . . . . . .

3.5 Verkehrslasten auf Eisenbahnbrücken . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.1 Vertikale Verkehrslasten . . . . . . . . . . .

3.5.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.1.2 Lastmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.1.3 Dynamische Beiwerte . . . . . . . . . . . . .

3.5.1.4 Längs- und Querverteilung der Lasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.2 Horizontale Verkehrslasten . . . . . . . . .

3.5.3 Betriebslastenzüge . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.4 Schwingungen, dynamische Berechnung bei hohen Geschwindigkeiten . .

3.5.5 Sonstige Verkehrslasten . . . . . . . . . . .

3.5.5.1 Gehsteige ......................

3.5.5.2 Bahnsteige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.5.3 Geländer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.6 Lastkombinationen, Lastgruppen . . . .

3.5.7 Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.8 Gebrauchstauglichkeit, Grenzwerte von Verformungen . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.8.2 Betriebssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.8.3 Reisendenkomfort . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6 Verkehrslasten auf Fußgängerbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.2 Vertikallasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.3 Horizontallasten . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.4 Außergewöhnliche Einwirkungen, Erdbeben, Lasten auf Geländer . . . . . .

3.6.5 Dynamisches Modell für Fußgängerbrücken . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7 Planung und Ausführung von Betonbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.2 Baustoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.2.1 Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.2.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.3 Dauerhaftigkeit und Betondeckung . .

3.7.4 Berechnung der Schnittgrößen . . . . . .

3.7.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.4.2 Fahrbahnplatten . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.4.3 Haupttragwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . .

959 960 960 961 962 962 963 963 963 963 963 964 965 965 965 965 965 967 967 967 968 968 968 968 969 969 970 972 972 972 973 973 973 973 973 974 974 974 974 975 975 975 975 976 976 976 976

Der Eurocode 2 für Betonbrücken in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . 989

Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Konsolidierte Fassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 990 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 990 1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 990 1.1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . 990 1.1.2 Anwendungsbereich des Eurocode 2 Teil 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 990 1.2 Normative Verweisungen . . . . . . . . . . . 990 1.4 Unterscheidung zwischen Prinzipien und Anwendungsregeln . . . . 991 1.5 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 991 1.5.2 Besondere Begriffe und Definitionen (alphabetisch) . . . . . . . . . . 991 1.106 Formelzeichen (Auswahl) . . . . . . . . . . . 992

I I I I I I I

4

2 Grundlagen für die Tragwerksplanung . . . . . . . . . 994 2.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994 2.1.1 Grundlegende Anforderungen . . . . . . . 994 2.3 Basisvariablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994 2.3.1 Einwirkungen und Umgebungseinflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994 2.3.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994 2.3.1.2 Temperaturauswirkungen . . . . . . . . . . . 994 2.3.1.3 Setzungs-/Bewegungsunterschiede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994 2.3.1.4 Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995 2.3.2 Eigenschaften von Baustoffen, Bauprodukten und Bauteilen . . . . . . . . . 995 2.3.2.2 Kriechen und Schwinden . . . . . . . . . . . 995 2.3.3 Verformungseigenschaften des Betons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995 2.4 Nachweisverfahren mit Teilsicherheitsbeiwerten . . . . . . . . . . . . 995 2.4.2 Bemessungswerte . . . . . . . . . . . . . . . . 995 2.4.2.1 Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen aus Schwinden . . . . . . . . 995 2.4.2.2 Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen aus Vorspannung . . . . . . 995 2.4.2.3 Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen beim Nachweis gegen Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . 996 2.4.2.4 Teilsicherheitsbeiwerte für Baustoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996 2.4.3 Kombinationsregeln für Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996 2.7 Anforderungen an Befestigungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . 996 3 Baustoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 997 3.1 Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 997 3.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 997 3.1.2 Festigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 997 3.1.3 Elastische Verformungseigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 999 3.1.4 Kriechen und Schwinden . . . . . . . . . . . 999 3.1.5 Spannungs-Dehnungs-Linie für nichtlineare Verfahren der Schnittgrößenermittlung und für Verformungsberechnungen . . . . . . . . . 1002 3.1.6 Bemessungswert der Betondruck- und Zugfestigkeit . . . . . . 1002 3.1.7 Spannungs-Dehnungs-Linie für die Querschnittsbemessung . . . . . . . . 1002 3.1.8 Biegezugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . 1003 3.1.9 Beton unter mehraxialer Druckbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . 1003 3.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003 3.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003 3.2.2 Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004 3.2.3 Festigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004 3.2.4 Duktilitätsmerkmale . . . . . . . . . . . . . . . 1004 3.2.5 Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004 3.2.6 Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005 3.2.7 Spannungs-Dehnungs-Linie für die Querschnittsbemessung . . . . . . . . 1005

I

3.7.5 Tragwerke aus Spannbeton . . . . . . . . . 977 3.7.5.1 Qualifikation des Personals für Spannarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 977 3.7.5.2 Durchführung der Spannarbeiten . . . . 978 3.7.6 Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 979 3.7.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 979 3.7.6.2 Biegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 979 3.7.6.3 Querkraft, Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . 979 3.7.7 Ermüdungsnachweise . . . . . . . . . . . . . 979 3.7.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 979 3.7.7.2 Ermüdungsfestigkeitsnachweis für den Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 980 3.7.7.3 Ermüdungsfestigkeitsnachweis für den Beton bei Druckbeanspruchung . . 980 3.7.7.4 Ermüdungsfestigkeitsnachweis für den Beton bei Querkraftbeanspruchung . . 980 3.7.8 Nachweise der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 981 3.7.8.1 Begrenzung der Spannungen . . . . . . . 981 3.7.8.2 Begrenzung der Rissbreiten . . . . . . . . 983 3.7.9 Allgemeine Bewehrungsregeln . . . . . . 983 3.7.9.1 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983 3.7.9.2 Spannglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983 3.7.10 Konstruktionsregeln . . . . . . . . . . . . . . 985 3.7.10.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985 3.7.10.2 Mindestabmessungen . . . . . . . . . . . . . 985 3.7.10.3 Konstruktive Durchbildung von Bauteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985 3.7.10.4 Arbeitsfugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985 3.7.11 Ergänzende Regeln zu speziellen Bauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 986 3.7.11.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 986 3.7.11.2 Ergänzende Regeln zu Taktschiebebrücken . . . . . . . . . . . . . . . 986 3.7.11.3 Ergänzende Regeln zu Freivorbaubrücken . . . . . . . . . . . . . . . 987 3.7.11.4 Ergänzende Regeln zu Bogenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 987 3.8 Schlussbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . 988

XXV

I

Inhaltsverzeichnis

XXVI

Inhaltsverzeichnis

3.3 Spannstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006 3.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006 3.3.2 Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1007 3.3.3 Festigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1007 3.3.4 Duktilitätseigenschaften . . . . . . . . . . . 1007 3.3.5 Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1007 3.3.6 Spannungs-Dehnungs-Linie für die Querschnittsbemessung . . . . . . . . 1007 3.3.7 Spannstähle in Hüllrohren . . . . . . . . . . 1008 3.4 Komponenten von Spannsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1008 3.4.1 Verankerungen und Spanngliedkopplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1008 3.4.2 Externe Spannglieder ohne Verbund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1008 3.4.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1008 3.4.2.2 Verankerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1009 4 Dauerhaftigkeit und Betondeckung . . . . . . . . . . . 1009 4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1009 4.2 Umgebungsbedingungen . . . . . . . . . . 1009 4.3 Anforderungen an die Dauerhaftigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012 4.4 Nachweisverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 1012 4.4.1 Betondeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012 4.4.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012 4.4.1.2 Mindestbetondeckung cmin . . . . . . . . . 1012 4.4.1.3 Vorhaltemaß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1014 5 Ermittlung der Schnittgrößen . . . . . . . . . . . . . . . 1015 5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015 5.1.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015 5.1.3 Lastfälle und Kombinationen von Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . 1015 5.1.4 Auswirkungen von Bauteilverformungen (Theorie II. Ordnung) . . 1016 5.2 Imperfektionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016 5.3 Idealisierungen und Vereinfachungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016 5.3.1 Tragwerksmodelle für statische Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016 5.3.2 Geometrische Angaben . . . . . . . . . . . 1017 5.3.2.1 Mitwirkende Plattenbreite (alle Grenzzustände) . . . . . . . . . . . . . . 1017 5.3.2.2 Effektive Stützweite von Balken und Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1018 5.4 Linear-elastische Berechnung . . . . . . 1018 5.5 Linear-elastische Berechnung mit begrenzter Umlagerung . . . . . . . . 1019 5.6 Verfahren nach der Plastizitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . 1019 5.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1019 5.6.4 Stabwerkmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . 1019 5.7 Nichtlineare Verfahren . . . . . . . . . . . . 1020 5.8 Berechnungen der Effekte aus Theorie II. Ordnung mit Normalkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1021 5.8.1 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1021 5.8.2 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1021

5.8.3

Vereinfachte Nachweise für Bauteile unter Normalkraft nach Theorie II. Ordnung . . . . . . . . . . . . . . 1022 5.8.3.1 Grenzwert der Schlankheit für Einzeldruckglieder . . . . . . . . . . . . . . . . 1022 5.8.3.2 Schlankheit und Knicklänge von Einzeldruckgliedern . . . . . . . . . . . . . . . 1023 5.8.4 Kriechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023 5.8.5 Berechnungsverfahren . . . . . . . . . . . . 1023 5.8.6 Allgemeines Verfahren . . . . . . . . . . . . 1023 5.8.8 Verfahren mit Nennkrümmung . . . . . . 1024 5.8.8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024 5.8.8.2 Biegemomente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024 5.8.8.3 Krümmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025 5.9 Seitliches Ausweichen schlanker Träger . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025 5.10 Spannbetontragwerke . . . . . . . . . . . . . 1025 5.10.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025 5.10.2 Vorspannkraft während des Spannvorgangs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026 5.10.2.1 Maximale Vorspannkraft . . . . . . . . . . . 1026 5.10.2.2 Begrenzung der Betondruckspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026 5.10.2.3 Messung der Spannkraft und des zugehörigen Dehnwegs . . . . . . . . 1027 5.10.3 Vorspannkraft nach dem Spannvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1027 5.10.4 Sofortige Spannkraftverluste bei sofortigem Verbund . . . . . . . . . . . . 1027 5.10.5 Sofortige Spannkraftverluste bei nachträglichem Verbund . . . . . . . . 1027 5.10.5.1 Elastische Verformung des Betons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1027 5.10.5.2 Reibungsverluste . . . . . . . . . . . . . . . . 1028 5.10.5.3 Verankerungsschlupf . . . . . . . . . . . . . 1028 5.10.6 Zeitabhängige Spannkraftverluste bei sofortigem und nachträglichem Verbund . . . . . . . . . . . 1028 5.10.7 Berücksichtigung der Vorspannung in der Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . 1029 5.10.8 Grenzzustand der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1029 5.10.9 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit und der Ermüdung . . . . . . 1030 6 Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit (GZT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1030 6.1 Biegung mit oder ohne Normalkraft und Normalkraft allein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1030 6.2 Querkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1032 6.2.1 Nachweisverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 1032 6.2.2 Bauteile ohne rechnerisch erforderliche Querkraftbewehrung . . . 1033 6.2.3 Bauteile mit rechnerisch erforderlicher Querkraftbewehrung . . . . . . . . . . . . . . 1035 6.2.4 Schubkräfte zwischen Balkensteg und Gurten . . . . . . . . . . . . 1037

Inhaltsverzeichnis

I I I I I I I

Biegen von Betonstählen . . . . . . . . . . 1072 Verankerung der Längsbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . 1073 8.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073 8.4.2 Bemessungswert der Verbundfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074 8.4.3 Grundwert der Verankerungslänge . . . . . . . . . . . . . . . 1074 8.4.4 Bemessungswert der Verankerungslänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075 8.5 Verankerung von Bügeln und Querkraftbewehrung . . . . . . . . . . . . . . 1077 8.7 Stöße und mechanische Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1077 8.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1077 8.7.2 Stöße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1077 8.7.3 Übergreifungslänge . . . . . . . . . . . . . . . 1079 8.7.4 Querbewehrung im Bereich der Übergreifungsstöße . . . . . . . . . . . . . . 1079 8.7.4.1 Querbewehrung für Zugstäbe . . . . . . . 1079 8.7.4.2 Querbewehrung für Druckstäbe . . . . . 1080 8.8 Zusätzliche Regeln bei großen Stabdurchmessern . . . . . . . . . . . . . . . 1080 8.9 Stabbündel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1080 8.9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1080 8.9.2 Verankerung von Stabbündeln . . . . . . 1081 8.9.3 Gestoßene Stabbündel . . . . . . . . . . . . 1081 8.10 Spannglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1081 8.10.1 Anordnung von Spanngliedern und Hüllrohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1081 8.10.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1081 8.10.1.2 Spannglieder im sofortigen Verbund . . 1082 8.10.1.3 Hüllrohre für Spannglieder im nachträglichen Verbund . . . . . . . . . . . 1082 8.10.2 Verankerung bei Spanngliedern im sofortigen Verbund . . . . . . . . . . . . . 1083 8.10.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1083 8.8.2.2 Übertragung der Vorspannung . . . . . . 1083 8.10.2.3 Verankerung der Spannglieder in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1084 8.10.3 Verankerungsbereiche bei Spanngliedern im nachträglichen oder ohne Verbund . . . . . . . . . . . . . . . 1085 8.10.4 Verankerungen und Spanngliedkopplungen für Spannglieder . . . . . . . 1086 8.10.5 Umlenkstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1087 9 Konstruktionsregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1087 9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1087 9.2 Balken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1087 9.2.1 Längsbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . 1087 9.2.1.1 Mindestbewehrung und Höchstbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . 1087 9.2.1.2 Weitere Konstruktionsregeln . . . . . . . . 1087 9.2.1.3 Zugkraftdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1088 9.2.1.4 Verankerung der unteren Bewehrung an Endauflagern . . . . . . . 1089 9.2.1.5 Verankerung der unteren Bewehrung an Zwischenauflagern . . . . . . . . . . . . . 1089

I

8.3 8.4

I

6.2.5 Schubkraftübertragung in Fugen . . . . 1038 6.2.106 Querkraft und Querbiegung . . . . . . . . 1040 6.3 Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1040 6.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1040 6.3.2 Nachweisverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 1041 6.3.3 Wölbkrafttorsion . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043 6.4 Durchstanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043 6.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043 6.4.2 Lasteinleitung und Nachweisschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . 1044 6.4.3 Nachweisverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 1046 6.4.4 Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente ohne Durchstanzbewehrung . . . . . . . . . . . . 1048 6.4.5 Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente mit Durchstanzbewehrung . . . . . . . . . . . . 1049 6.5 Stabwerkmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . 1051 6.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1051 6.5.2 Bemessung der Druckstreben . . . . . . 1051 6.5.3 Bemessung der Zugstreben . . . . . . . . 1051 6.5.4 Bemessung der Knoten . . . . . . . . . . . 1052 6.6 Verankerung der Längsbewehrung und Stöße . . . . . . . . . . . . . 1053 6.7 Teilflächenbelastung . . . . . . . . . . . . . . 1054 6.8 Nachweis gegen Ermüdung . . . . . . . . 1054 6.8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054 6.8.2 Innere Kräfte und Spannungen beim Nachweis gegen Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055 6.8.3 Einwirkungskombinationen . . . . . . . . . 1056 6.8.4 Nachweisverfahren für Betonstahl und Spannstahl . . . . . . . . . 1056 6.8.5 Nachweis gegen Ermüdung über schädigungsäquivalente Schwingbreiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1058 6.8.6 Vereinfachte Nachweise . . . . . . . . . . . 1058 6.8.7 Nachweis gegen Ermüdung des Betons unter Druck oder Querkraftbeanspruchung . . . . . . . . . . 1058 7 Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) . . . . . . . . . . . . . . . 1061 7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1061 7.2 Begrenzung der Spannungen . . . . . . . 1061 7.3 Begrenzung der Rissbreiten . . . . . . . . 1061 7.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1061 7.3.2 Mindestbewehrung für die Begrenzung der Rissbreite . . . . . . . . . 1064 7.3.3 Begrenzung der Rissbreite ohne direkte Berechnung . . . . . . . . . . 1067 7.3.4 Berechnung der Rissbreite . . . . . . . . . 1069 7.4 Begrenzung der Verformungen . . . . . . 1070 7.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1070 7.4.3 Nachweis der Begrenzung der Verformungen mit direkter Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1071 8 Allgemeine Bewehrungsregeln . . . . . . . . . . . . . . 1072 8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1072 8.2 Stababstände von Betonstählen . . . . . 1072

XXVII

XXVIII

Inhaltsverzeichnis

9.2.2 Querkraftbewehrung . . . . . . . . . . . . . . 1089 9.2.3 Torsionsbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . 1090 9.2.4 Oberflächenbewehrung . . . . . . . . . . . . 1091 9.2.5 Indirekte Auflager . . . . . . . . . . . . . . . . 1091 9.3 Vollplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1091 9.3.1 Biegebewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1091 9.3.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1091 9.3.1.2 Bewehrung von Platten in Auflagernähe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1091 9.3.1.4 Randbewehrung an freien Rändern von Platten . . . . . . . . . . . . . . 1092 9.3.2 Querkraftbewehrung . . . . . . . . . . . . . . 1092 9.4 Punktgestützte Platten . . . . . . . . . . . . 1092 9.4.3 Durchstanzbewehrung . . . . . . . . . . . . 1092 9.5 Stützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094 9.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094 9.5.2 Längsbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . 1094 9.5.3 Querbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094 9.6 Wände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095 9.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095 9.6.2 Vertikale Bewehrung . . . . . . . . . . . . . . 1095 9.6.3 Horizontale Bewehrung . . . . . . . . . . . . 1095 9.6.4 Querbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095 9.7 Wandartige Träger . . . . . . . . . . . . . . . 1095 9.9 Bereiche mit geometrischen Diskontinuitäten oder konzentrierten Einwirkungen (D-Bereiche) . . . . . . . . . 1096 10 Zusätzliche Regeln für Bauteile und Tragwerke aus Fertigteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096 10.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096 10.1.1 Besondere Begriffe dieses Kapitels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096 10.2 Grundlagen für die Tragwerksplanung, Grundlegende Anforderungen . . . . . . 1097 10.3 Baustoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1097 10.3.1 Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1097 10.3.1.1 Festigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1097 10.3.1.2 Kriechen und Schwinden . . . . . . . . . . 1097 10.3.2 Spannstahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098 10.3.2.1 Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098 10.5 Ermittlung der Schnittgrößen . . . . . . . 1098 10.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098 10.5.2 Spannkraftverluste . . . . . . . . . . . . . . . 1098 10.9 Bemessungs- und Konstruktionsregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098 10.9.4 Verbindungen und Lager für Fertigteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098 10.9.4.2 Konstruktions- und Bemessungsregeln für Verbindungen . . . . . . . . . . . 1098 10.9.4.4 Verbindungen zur QuerkraftÜbertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1099 10.9.4.5 Verbindungen zur Übertragung von Biegemomenten oder Zugkräften . . . . 1099 10.9.5 Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1099

113 Bemessung für Bauzustände . . . . . . . . . . . . . 1099 113.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1099 113.2 Einwirkungen während der Bauausführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1099 113.3 Nachweiskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . 1100 113.3.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit . . . . . 1100 113.3.2 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . 1100 Anhang A (normativ) Modifikation von Teilsicherheitsbeiwerten für Baustoffe . . . . . . . . . 1100 A.2.3 Reduktion auf Grundlage der Bestimmung der Betonfestigkeit im fertigen Tragwerk . . . . . . . . . . . . . . 1100 Anhang B (normativ) Kriechen und Schwinden . . . 1100 B.1 Grundgleichungen zur Ermittlung der Kriechzahl . . . . . . . . . . 1100 B.2 Grundgleichungen zur Ermittlung der Trocknungsschwinddehnung . . . . . . . 1101 B.100 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1102 B.105 Abschätzung der verzögerten Langzeitverformungen . . . . . . . . . . . . 1102 Anhang J (normativ) Konstruktionsregeln für ausgewählte Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103 Anhang NA.NN (normativ) Schädigungsäquivalente Schwingbreite für Nachweise gegen Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1104 Anhang NA.TT (normativ) Ergänzungen für Betonbrücken mit externen Spanngliedern . . . . . 1106 NA.TT.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106 NA.TT.2 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106 NA.TT.3 Grundsätze für die bauliche Durchbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106 NA.TT.3.1 Externe Spannglieder und interne Spannglieder ohne Verbund 1106 NA.TT.3.2 Mischbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106 NA.TT.3.3 Querspannglieder . . . . . . . . . . . . . . 1106 NA.TT.3.4 Maßnahmen zur Verstärkung, Instandsetzung und Zugänglichkeit . 1107 NA.TT.3.5 Anker- und Umlenkelemente . . . . . . . . . . . . . . . 1107 NA.TT.4 Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1108 Anhang NA.UU (normativ) Ergänzungen für Betonbrücken mit internen Spanngliedern ohne Verbund in Längstragrichtung . . . . . . . . . . 1108 NA.UU.1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . 1108 NA.UU.2 Ergänzende Regeln für die Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1109 NA.UU.3 Ergänzende Regeln für die bauliche Durchbildung . . . . . . . . . . . 1109 NA.UU.3.1 Brücken mit Kastenquerschnitt . . . . 1109 NA.UU.3.2 Brücken mit Platten- oder Plattenbalkenquerschnitt . . . . . . . . . 1109 Anhang NA.VV (normativ) Bewehrung von Stahlbetonstützen für den Anprall von Fahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1110

Listen und Verzeichnisse . . . . . . . . . . . . 1111

Technische Baubestimmungen für den Beton- und Stahlbetonbau . . . . . . .

5.2 Bauproduktenverordnung, Muster-Liste der Technischen Bau­ bestimmungen und Bauregellisten . . . .

5.2.1 Bauproduktenverordnung ­ (EU-BauPVO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.2 Muster-Liste der Technischen ­Baubestimmungen (M-LTB) . . . . . . . . .

5.2.3 Bauregellisten (BRL-A, BRL-B, Liste C) . . . . . . . . . .

5.3 Richtlinien des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton e.V. . . . . . .

5.4 Deutscher Beton- und BautechnikVerein E. V. (DBV): Merkblätter und Sachstandberichte . . . . . . . . . . . . .

5.4.1 DBV-Merkblatt: „Besondere Verfahren zur Prüfung von Frischbeton“ (2014-01) . . . . . . . . . . . . .

1111 1129 1129 1132 1133 1134 1134 1134

5.4.2 DBV-Merkblatt: „Betonierbarkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton – Planungs- und Ausführungsempfehlungen für den Betoneinbau“ (2014-01) . . . . . . . . . . . .

5.4.3 DBV-Merkblatt: „Anwendung zerstörungsfreier Prüfverfahren im Bauwesen“ (2014-01) . . . . . . . . . . . . . .

5.4.4 DBV-Merkblatt: „Chemischer Angriff auf Betonbauwerke – Bewertung des Angriffsgrads und geeignete Schutzprinzipien“ (2014-07) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.5 Inhaltsverzeichnis der DBVMerkblattsammlung­ . . . . . . . . . . . . . . .

5.5 Österreichische Bautechnik Vereinigung (ÖBV): Richtlinien, Merkblätter und Sachstandsberichte . . .

1136

I

5.1

1136

1137

I

5

XXIX

1137 1137

6 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1141

I

Inhaltsverzeichnis

I

I

I

I

I

I

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1147

46

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

Bild 10. Räumliche Verbundtragwirkung bei Rippenstahl nach Tepfers [77]

3.5.3 Mindestbetondeckung Nach DIN EN 1992-1-1 [39, 40] muss die Betondeckung am fertigen Bauteil zur Verbundsicherung der verwendeten Rippenstähle mindestens dem Stabdurchmesser entsprechen. Diese Anforderung wurde normativ für glatte und gerippte Stähle erstmals von DIN 1045:1972-01 [62], Tabelle 9, weitgehend erfüllt. Spätestens mit Einführung des Vorhaltemaßes und der gleichzeitigen Erhöhung der Dauerhaftigkeitskriterien in DIN 1045:1988-07 [64], Tabelle 10, war die Einhaltung der Kriterien zur Verbundsicherung regelmäßig gegeben.

Besonders heikel erweisen sich Konstruktionen mit Rippenstahl größerer Durchmesser aus den 1950erund 1960er-Jahren, da die heute geforderte Beton-

Bild 11. Bezeichnungen der Betondeckung (im Sinne von SIA 269-2 [12])

deckung aufgrund fehlender normativer Anforderungen und Angaben in den älteren Zulassungen häufig nicht eingehalten wurde. Ebenso sind Konstruktionen mit großen Stabdurchmessern in Innenräumen kritisch zu bewerten, da dort die geforderten Werte bezüglich der Umweltbedingungen (Expositionsklassen) auch damals schon geringer als bei außenluftberührten Bauteilen waren. Mit Einführung von DIN 1045:1972-01 [62] wurde das Bewusstsein für die erforderliche Betondeckung zur Verbundsicherung deutlich erhöht. Aufgrund fehlender Vorhaltemaße und Unachtsamkeit bei der Herstellung der Lagesicherheit der Betonstähle wird auch bei Bauteilen aus den 1970er- und 1980erJahren eine Überprüfung der Mindestbetondeckung in relevanten Verankerungs- und Übergreifungsbereichen empfohlen. Eine zu geringe Betondeckung vermindert die Verbundtragfähigkeit der Rippenstähle, da sich die Ringzugspannungen nicht mehr ungestört um den Stab ausbilden können (vgl.

Bild 10).

Für Bauteile mit Rippenstählen und verminderten Betondeckungen bietet SIA 269-2 [12] eine praxisnahe Hilfe zur weiteren Berechnung auf Basis von Schenkel [80] an. Für einen Nachweis nach DIN EN 1992-1-1 [39] bei verminderter Betondeckung kann im Sinne der SIA 269-2 [12] der Einflussfaktor α2,

Bild 12. Vergrößerter Einfluss­faktor α2 nach Gl. (5)

(d. h. für supd < 6ϕ); cupd tatsächlich vorhandene Betondeckung (vgl. Bild 11) supd tatsächlich vorhandener Stabachsabstand zwischen zu verankernden randfernen ­Stäben Eine grafische Auswertung der Gl. (5) enthält Bild 12.

Anhand dieser Modifikation können für gerippte Stähle mit nicht ausreichender Betondeckung zutreffende Bemessungswerte der Verankerungslänge im Grenzzustand der Tragfähigkeit ermittelt werden.

Ebenfalls in SIA 269-2 [12] ist der Fall einer geringen seitlichen Betondeckung bei oberflächennaher gerippter Bewehrung in einer Bauteilecke geregelt (vgl. Bild 11). Falls die seitliche Deckung clat,upd < 3cupd ist, sollte der zugehörige Einflussfaktor α2 wie folgt berechnet werden: 2ϕ 4 + ​ ___ ​ ​c​ upd​ ​ ​ 2​ = ________ α ​ ​ ≥ 1, 0​ ϕ + ​ c​ lat,upd​ ______ 2 + ​

​ ​c​ upd​

(7)

mit cupd

tatsächlich vorhandene Betondeckung

clat,upd tatsächlich vorhandene seitliche Beton­ deckung Wenn beide vorgenannten Betondeckungen die erforderlichen Werte unterschreiten, gilt:

Ältere Vorschriften sahen diesbezüglich deutlich geringere Anforderungen vor, da auf Grundlage ausgewerteter Versuche, vgl. Bach [81] und Scheit [82], vorrangig Haft- und Reibungsverbund in Ansatz gebracht und die Haken aufgrund der fehlenden Zuverlässigkeit oft nur als zusätzliche Sicherheit betrachtet wurden. In der Pionierzeit des Stahlbetonbaus wurden Zugeiseneinlagen deshalb häufig noch mit geraden Stabenden anhand von Nachweisen der Haftspannung verankert, vgl. u. a. Mörsch [83]. Diese Praxis änderte sich erst mit der Forderung in den Bestimmungen von 1916 [56], § 9 (3), dass Zugeiseneinlagen an ihren Enden mit runden oder spitzwinkligen Haken zu versehen w ­ aren. Jedoch sind

2ϕ 4 + ​ ___ ​ c ​ ​ upd​ 1 1 ​α​ 2​ = __ ​ ⋅ ​ ________ ​ ​ ​ ⋅ ​__________

​ ≥ 1, 0​ (8) η s,upd ϕ + ​c ​lat,upd​ ​c​ upd​ ______ ___

​ 0, 5 ⋅ ​ 1 + ​ ​ ​ 2 + ​ ϕ ) ( ​c​ upd​

I II

Aufgrund des gegenüber Rippenstählen völlig anderen Verbundverhaltens bei Glattstählen und der Verankerung nach dem Prinzip der Seilreibung ist die Betondeckung zur Verbundsicherung im Grenzzustand der Tragfähigkeit bei glatten Stählen hauptsächlich im Bereich des örtlich am Auflager zu verankernden Hakens von Bedeutung. Dabei spielt die Betondeckung in der Biegeebene eine untergeordnete Rolle, da infolge des Kraftverlaufs von der Stabkrümmung in das Innere des Betonquerschnitts gerichtete Pressungen entstehen, die wiederum seitlich gerichtete Spaltzugspannungen im Beton auslösen und damit besonders die Zugfestigkeit der seitlichen Betondeckung stark beanspruchen (vgl.

Bild 7). Nach u. a. Bauer [73] resultiert hieraus insbesondere bei großen Stabdurchmessern, kleinen Biegerollendurchmessern, hoher Ausnutzung der Stahlspannungen und vor allem unter Vernachlässigung von Gleitwiderstand und Querbewehrung im Hakenbereich das Erfordernis einer sehr großen seitlichen Betondeckung. Diese wird in Bestandsbauteilen selten angetroffen, da für den Fall der Endverankerung mit Haken hierzu keine besonderen Regeln vorgegeben waren und die seitliche Betondeckung bis in die 1970er-Jahre in der Regel lediglich zwischen 1 und 2 Zentimetern betrug.

I

(6)

I

​s​ upd​ − ϕ > 0 ​η​ s,upd​ = ​ _____ ​ ​

​ ​

( 5ϕ )≤ 1

I

mit

I

ϕ )

I

(

Nachdem die Leitsätze von 1904 [53] für Glattstähle eine Betondeckung von ≥ 1 cm forderten, die bei Stabdurchmessern < 1 cm und gleichzeitigem Putzauftrag sogar auf 0,5 cm reduziert werden durfte, erfolgte mit den Bestimmungen von 1916 [56] eine Erhöhung, die bis in die 1970er-Jahre unverändert blieb. Fortan waren an Plattenunterseiten Betondeckungen ≥ 1 cm und an Bügeln von Rippen und Stützen ≥ 1,5 cm gefordert. Ergänzend galt bei Außenbauteilen aus Dauer­ haftigkeitsgründen eine Mindestbetondeckung ≥ 2 cm.

I

der nach [39] die Betondeckung bei der Bemessung der Verankerungslänge berücksichtigt, wie folgt vergrößert werden: 1 1 ​α​ 2​ = __ ​ ≥ 1, 0​ (5) ​ ​ ​ ⋅ ​__________

η s,upd ​c ​upd​ 0, 5 ⋅ ​ 1 + ​___ ​ ​

47

I

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke

48

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

Vorschriften berücksichtigt werden (vgl. Abschn.

3.5.6).

Bild 13. Freiliegende Biegebewehrung in einer Stahl­ betonrippendecke (aus [48])

dort, ebenso wie in den nachfolgenden DIN-Normen, keine näheren Regelungen für Hakenverankerungen enthalten. Aus heutiger Sicht zufriedenstellende Regeln für die Endverankerung der Haken wurden erst mit DIN 1045:​1978-12 [63] eingeführt (vgl. Abschn. 3.5.5).

Da die seitliche Betondeckung bei auf Zug beanspruchten Bauteilen mit glatten Stählen vorrangig bei Stabtragwerken und weniger bei Flächentragwerken zur Geltung kommt, waren insbesondere bei Rippen und Unterzügen entsprechende Mängel in der Bemessung der Endverankerung vorhanden, die auch Leonhardt [84] erkannte.

Der Nachweis ausreichender seitlicher Betondeckung älterer Verankerungen mit Haken von u. a.

Balken im Grenzzustand der Tragfähigkeit kann ohne Berücksichtigung des unzuverlässigen Haftund Reibungsverbunds unter Beachtung tatsächlich vorhandener Biegerollendurchmesser, Bügelbewehrungen und Betondeckungen nach Bauer [73] geführt werden. Sollte der Nachweis nicht zu erbringen sein, ist eine Kompensation erforderlich, z. B. durch eine örtliche Verbolzung mit Gewindestangen inkl. Stahlplatten als Bügelersatz oder durch von außen aufgebrachte Querpressungen (z. B. Quervorspannung).

Anzumerken ist, dass zur Entfaltung der vollen Tragwirkung von mit Haken örtlich verankerten Glattstählen im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) die vollständige Überwindung des Reibungsverbunds erforderlich ist, was gegenüber kontinuierlich verankerten Betonrippenstählen zu deutlich größeren Verschiebungen und damit zu breiteren Rissen führt. Zur Minderung dieses Problems können bei Nachweisen im Grenzzustand der ­Gebrauchstauglichkeit zusätzlich Verbundspannungen aus Reibung für Glattstähle auf Basis älterer

Im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit muss insbesondere bei Außenbauteilen, deren Bemessung auf einer Ausgabe der DIN 1045 vor 1988 basiert, die Betondeckung zur Sicherstellung des Korrosionsschutzes der Stahleinlagen kritisch beurteilt werden.

Seit der Normausgabe von 1925 [57] wurden zum Schutz gegen chemischen Angriff besondere Maßnahmen gefordert. Dazu gehörten neben der Verwendung eines besonders dichten und wasserundurchlässigen Betons auch besondere Verkleidungen, Zementputze, Schutzanstriche sowie bei fehlenden Schutzschichten eine Erhöhung der Betondeckung bis auf 4 cm. Somit besteht im Fall einer Nutzungsänderung die Möglichkeit, dass historische Bauteile die geforderten aktuellen Dauerhaftigkeitskriterien trotzdem erfüllen können, was im Einzelfall zu überprüfen ist.

Der Tragwerksplaner ist angehalten, Bauherrn und Objektplaner auf mögliche Veränderungen und Defizite bei der Dauerhaftigkeit von älteren Stahlbetonkonstruktionen hinzuweisen und im Rahmen der Bestandsanalyse entsprechende Überprüfungen bzw. Instandsetzungen auf Basis der DAfStb-Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ [85] zu empfehlen.

Des Weiteren ist im Hinblick auf eine ausreichende Betondeckung der konstruktive Brandschutz zu beachten, der in Abschnitt 8 behandelt wird.

3.5.4 Stababstände von Betonstählen

Gemäß DIN EN 1992-1-1 [39, 40], Abschnitt 8.2, darf der lichte Stababstand zwischen parallelen Einzelstäben zur Sicherstellung eines ausreichenden Verbundes nicht unter einem Stabdurchmesser liegen und muss mindestens 20 mm betragen. Zur Sicherstellung der Betonierbarkeit soll der Stababstand weiterhin bei einem Größtkorn dg > 16 mm größer als das Größtkorn zuzüglich 5 mm sein. Mindeststababstände zur Sicherstellung eines lunkerfreien Betons wurden schon in den Bestimmungen von 1916 [56] verankert, die bereits mindestens 20 mm bzw. einen Stabdurchmesser forderten. Wie in [47] und [48] berichtet wird, zeigt sich im Bestand jedoch vor allem an den bis Anfang der 1970er-Jahre errichteten Tragwerken, dass diesen normativen Vorgaben häufig nicht die notwendige Beachtung geschenkt wurde. Die Folge sind Fehlstellen im Betongefüge und zu geringe Abstände, um ausreichenden Verbund sicherstellen zu können.

Die bis in die 1960er-Jahre weit verbreiteten Rippendecken sind ein typisches Beispiel für eine Konstruktionsform, bei der die geforderten Stababstände untereinander sowie die Betondeckung vielfach nicht eingehalten wurden und angesichts der verwendeten Schalform auch nicht eingehalten werden

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke

49

Tabelle 4. Mindestwerte der Biegerollendurchmesser Dmin für Haken, Schlaufen, Bügel (nach [48])

2 ϕ

Norm Richtlinie

[mm]

6

I 220/340 glatt

I 220/340 gerippt

II

III BSt 420/500

IV1) BSt 500/550 B500

–

–

–

2,5ϕ 5)

–

–

–

2,5ϕ 6)

–

2,5ϕ 4)

2,5ϕ

–

5ϕ 7)

5ϕ 7)

–

4ϕ

6ϕ

7ϕ

4ϕ

1932 (DIN 1045)

–

6

1937 (DIN 1045)

–

7

1943 (DIN 1045)

8

1959 (DIN 1045)

9

1954 (Zulassung) 8)

–

9)

2,5ϕ

– > 10

5ϕ

≤ 10

12

< 20

2,5ϕ

13 1972 (DIN 1045)

20–28

5ϕ

7ϕ

14

> 28

–

10ϕ

17 18

1978 (DIN 1045) 1988 (DIN 1045)

< 20

2,5ϕ

20–28

5ϕ

< 20 ≥ 20

19 2001 (DIN 1045-1) < 20 20 2011 (DIN EN 1992) ≥ 20 1)

–

8ϕ

5ϕ 5ϕ

4ϕ

7ϕ

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

ie in Ansatz gebrachten zulässigen Spannungen der D historischen Bestimmungen sind nicht direkt mit den heutigen Rechenwerten vergleichbar.

2) „Die Eiseneinlagen sind möglichst so zu gestalten, dass die Verschiebung gegen den Beton schon durch ihre Form verhindert wird. Soweit dies nicht geschieht, ist die Haftspannung rechnerisch nachzuweisen.“ [54] 3) „Die Eiseneinlagen sind möglichst so zu gestalten, dass die Verschiebung gegen den Beton schon durch ihre Form verhindert wird. Die Haftspannung ist stets nachzuweisen.“ [55] 4) Anhand der Streckgrenze dem Betonstahl I bzw. II zugeordnet.

5) St 48.

6) St 52.

II

5

4)

I

–

I

1925 (DIN 1045)

– 3)

I

4

–

4ϕ 7ϕ 4ϕ 7ϕ –

4ϕ

I

3

1916 (DAfEb)

16

7

7ϕ

ei geeigneten Betonformstählen bis ϕ 26 mm (mit B allgemeiner baupolizeilicher Zulassung) sind Zugeinlagen von Platten ohne Endhaken möglich und der Endhaken darf bei Balken und Plattenbalken mit 2,5ϕ gebogen werden.

8) Betonrippenstahl (Quergerippter Betonformstahl) – Vorläufige Richtlinie für Zulassung und Anwendung von Stäben mit Nenndurchmessern bis zu 26 mm (Fassung Oktober 1954).

9) Betonrippenstahl (Quergerippter Betonformstahl) – Vorläufige Richtlinie für Zulassung und Anwendung von Stäben mit Nenndurchmessern bis zu 26 mm (Fassung März 1960).

7)

I

1907 (Preußen)

15

1)

I

2

1960 (Zulassung)

5

I

1904 (Preußen)

11

4

– 2)

1

10

3

I

1

50

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

Tabelle 5. Mindestwerte der Biegerollendurchmesser Dmin für Schrägstäbe oder andere gebogene Stäbe (nach [48]) 1

2

4

6

7

Norm

Betondeckung rechtwinklig zur Biege­ ebene

I 220/340

III BSt 420/500

IV BSt 500/550 B500

–

20ϕ–30ϕ

–

–

–

10ϕ

–

–

15ϕ 1)

–

–

1

1916 (DAfEb)

2

1925 (DIN 1045)

3

1932 (DIN 1045)

4

1937 (DIN 1045)

5

1943 (DIN 1045)

≧ 2ϕ + 20 mm

6

1959 (DIN 1045) 4)

< 2ϕ + 20 mm

7 8 9 10 11 12 13

1972 (DIN 1045) 1978 (DIN 1045) 1988 (DIN 1045)

2001 (DIN 1045-1) 14 2011 (DIN EN 1992/NA)

15

> 3ϕ und > 50 mm

10ϕ

15ϕ

≤ 3ϕ und ≤ 50 mm

15ϕ

20ϕ

> 3ϕ und > 50 mm

10ϕ

15ϕ 2)

≤ 3ϕ und ≤ 50 mm

15ϕ

20ϕ

> 3ϕ und > 50 mm ≤ 3ϕ und ≤ 50 mm

–

15ϕ 3) 20ϕ 10ϕ

> 7ϕ und > 100 mm > 3ϕ und > 50 mm ≤ 3ϕ oder ≤ 50 mm

–

–

15ϕ 20ϕ

1) 2)

Gilt stets für Stabdurchmesser > 40 mm.

Der Biegerollendurchmesser darf auf 10ϕ vermindert werden, wenn die Betondeckung rechtwinklig zur Krümmungsebene und der Achsabstand der Stäbe mindestens 100 mm und mindestens 7ϕ betragen.

3) Der Biegerollendurchmesser darf bei vorwiegend ruhender Beanspruchung auf 10ϕ vermindert

werden, wenn die Betondeckung rechtwinklig zur Krümmungsebene und der Achsabstand der Stäbe mindestens 100 mm und mindestens 7ϕ betragen.

4) Gilt auch für Betonrippenstahl (Quergerippter Betonformstahl) – Vorläufige Richtlinien für Zulassung und Anwendung von Stäben mit Nenndurchmessern bis zu 26 mm (Fassungen Oktober 1954 und März 1960).

konnten (vgl. Bild 13). Bezüglich der Tragfähigkeit von Stahlbetonrippendecken lehren neben theoretischen Überlegungen auch die bei Belastungsversuchen gemachten Erfahrungen, dass die in der Regel zum Auflager hin aufgebogene Biegezugbewehrung grundsätzlich auch ohne kontinuierliche Verbundwirkung über die Druckbogen-Zugband-Wirkung (vgl. Bild 8), eine beachtliche Tragfähigkeit entfaltet, weshalb sich eine nähere Untersuchung solcher Konstruktionen oftmals lohnt [47].

bei Rippenstählen auf die Regeln für Stabbündel in DIN EN 1992-1-1 [39, 40], Abschnitt 8.9, zurückgreifen, während bei Glattstählen aufgrund der punktuellen Verankerung und der Anwendung des Zugband-Druckbogen-Modells insbesondere eine Überprüfung der seitlichen Betondeckung angezeigt ist.

Hinsichtlich verminderter Verbundwirkung bei zu geringer Betondeckung wird auf die Ausführungen in Abschnitt 3.5.2 und 3.5.3 verwiesen. Bei fehlenden Zwischenabständen kann der Tragwerksplaner

3.5.5 Biegerollendurchmesser Die heute geforderten Mindestbiegerollendurchmesser entsprechen weitestgehend den Regeln in DIN 1045:1978-12 [63] bzw. DIN 1045:1972-01 [62]. Somit bestehen normative Abweichungen nur bei älteren Bauwerken, während bereits ab Mitte der

Dies führte mit Einführung von DIN 1045:1972-01 [62] zu einer Staffelung der Biegerollendurchmesser in Abhängigkeit von Bewehrungsdurchmesser und Stahlgüte. Der Biegerollendurchmesser von Aufbiegungen und anderen gekrümmten Stäben wurde für die Stahlsorten BSt 420∕500 (III) und BSt 500∕550 (IV) im Vergleich mit der Vorgängernorm bzw. den Zulassungen für Betonrippenstähle vergrößert, ebenso für Bügel, Haken und Schlaufen mit einem Stabdurchmesser > 20 mm. Zusätzlich wurden die Regeln hinsichtlich der seitlichen Betonüberdeckung umformuliert und die Festlegung der Mindestbiegerollendurchmesser für Haken,

Zu Beginn des Stahlbetonbaus wurden glatte Stähle noch häufig mit geraden Stabenden verankert, wie u. a. Mörsch [83] 1902 zu entnehmen ist. Der statische Nachweis erfolgte durch den Vergleich von tatsächlichen mit zulässigen Adhäsionsspannungen, die später auch Haftspannungen genannt wurden.

Dieser Nachweis war auch in den Leitsätzen von 1904 [53] und den Bestimmungen von 1907 [55] enthalten. Anfangs durfte eine zulässige Adhäsionsspannung von 7,5 kg∕cm2 angesetzt werden. Bereits 1907 erfolgte eine deutliche Reduktion auf 4,5 kg∕cm2. Unter Berücksichtigung der heutigen Forderung, dass Haft- bzw. Reibungsverbund bei glatten Stählen nur bei planmäßig vorhandenen Querpressungen angesetzt werden darf, ist der Tragwerksplaner im Falle von Lasterhöhungen zu einem entsprechenden Nachweis der Verankerung verpflichtet, was z. B. durch den Ansatz vorhandener Querpressungen bei direkter Lagerung und genügend großem Auflagerdruck erfolgen kann. Andernfalls sind entsprechende Ertüchtigungsmaßnahmen vorzusehen, wie z. B. das nachträgliche Aufbringen von Querpressungen mittels vorgespannter Gewindestangen.

Ab den Bestimmungen von 1916 [56] wurde die Verankerung glatter Betonstähle im Wesentlichen auf Basis der Versuche von Bach und Graf [81] aus dem Jahr 1911 abgeleitet. Die Versuche zur „Bestimmung des Einflusses der Hakenform der Eiseneinlagen“ an balkenartigen Versuchskörpern mit Stahleinlagen ϕ 25 mm bestätigten damals, dass Eiseneinlagen mit Walzhaut und Endverankerungen mittels spitzwink-

II I

Da glatte Betonstähle ab Mitte der 1950er-Jahre in Deutschland zugunsten von Rippenstählen stetig an Bedeutung verloren und Bewehrungsregeln für glatte Betonstähle letztmals in DIN 1045:1978-12 [63] angegeben wurden, kann ihre Verankerung nicht ohne Ingenieursachverstand mit den ausschließlich für Rippenstahl geltenden heutigen Forderungen [39, 40] verglichen werden.

I

Verankerung zugbeanspruchter ­glatter Betonstähle

I

3.5.6.1

I

Für abgebogene Stäbe wurde bereits mit DIN 1045:1943-03 [59] ein Mindestbiegerollendurchmesser in Abhängigkeit der Betondeckung rechtwinklig zur Biegeebene gefordert, da nach Kersten [86] Schäden im Bereich von Aufbiegungen der Biegezugbewehrung in Form von Betonabplatzungen bei zu geringer Betondeckung aufgetreten waren. Doch auch diese Maßnahmen waren nicht ausreichend, da es mit Einführung der Rippenstähle und höheren Stahlfestigkeiten weiterhin zu Schäden kam.

Aufgrund des in Abschnitt 3.5.2 geschilderten völlig unterschiedlichen Verbundverhaltens von Glattund Rippenstählen sowie den damit verbundenen unterschiedlichen Verankerungsprinzipien werden die historischen Verankerungsregeln nachfolgend getrennt mit den aktuellen Vorschriften verglichen.

I

Bereits in den Bestimmungen von 1916 [56] wurde zwischen Aufbiegungen von Längsbewehrung und Zugeiseneinlagen mit runden oder spitzwinkligen Haken als Verankerungselement unterschieden. Bei Verankerungselementen mit kleinen Biegerollendurchmessern, wie Haken und Bügeln, ist die Begrenzung der beim Biegen des Stahls auftretenden Dehnung an der Krümmungsaußenseite des Stabes maßgebend. Die Mindestwerte sollen dabei Anrisse an der Krümmungsaußenseite während des Biegens vermeiden, da sich die beim Biegeprozess eingeprägten Stahlspannungen später mit Spannungen aus Last überlagern und so schon bei verhältnismäßig niedrigen Einwirkungen örtlich sehr hohe Beanspruchungen auftreten können. Insbesondere unter nicht vorwiegend ruhender Belastung kann dies zu Anrissen und Sprödbrüchen des Stahls führen. Für Schrägstäbe oder andere aufgebogene Stäbe stellen die Umlenkkräfte im Beton die bemessungsrelevante Größe dar, woraus deutlich größere Biegerollendurchmesser resultieren.

3.5.6 Verankerung zugbeanspruchter ­Längsbewehrung

I

Die Biegerollendurchmesser von Betonstählen wurden erstmals in den Bestimmungen von 1916 [56] geregelt. Im Laufe der Zeit erfolgte vor dem Hintergrund steigender Streckgrenzen von 220 N∕mm2 bis zu 500 N∕mm2 eine normative Anpassung. Höhere Stahlspannungen bedingen größere Biegerollendurchmesser, da die Betonpressungen mit steigender Umlenkkraft zunehmen und die Gefahr seitlicher Betonabplatzungen somit steigt (vgl. Abschn.

3.5.3).

Winkelhaken und Schlaufen erfolgte anhand von Rückbiegeversuchen an Betonrippenstählen nach DIN 488:1972-04, Blatt 3 [107]. Diese Regeln sind bis heute für Betonrippenstähle B500 nach DIN EN 1992-1-1 [39, 40] unverändert gültig.

I

1970er-Jahre Biegerollendurchmesser analog zu DIN EN 1992-1-1 [39, 40] erwartet werden dürfen (vgl. Tabellen 4 und 5).

51

I

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke

52

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

liger oder halbrunder Haken bis an die Streckgrenze belastet werden konnten.

gültig ist. Die unterschiedlichen Hakengeometrien sind in Bild 14 dargestellt.

Auf dieser Grundlage durften bis in die 1970erJahre Glattstähle aller Sorten bis ϕ 25 mm bzw. ab DIN 1045:1943-03 [59] bis ϕ 26 mm mit den geforderten Haken ohne weitere Nachweise verankert werden. Lediglich für Stäbe mit ϕ > 25 mm bzw. ϕ > 26 mm wurde ergänzend ein Nachweis der Haftspannungen gefordert. In diesen Fällen musste nachgewiesen werden, dass die vorhandene Haftspannung τ1 gemäß den Gln. (9) und (10) unter der maximal zulässigen Haftspannung τ1zul liegt.

Verankerungen von Glattstählen mit Haken können nicht direkt mit dem aktuellen Regelwerk bemessen werden. Bei unveränderter Beanspruchung sowie unversehrten Endhaken kann trotzdem von einer ausreichenden Tragfähigkeit ausgegangen werden.

Bei Lasterhöhungen können statische Nachweise für derartige Verankerungen nach dem Bemessungsmodell von Bauer [73] erstellt werden. Eine alleinige Verankerung nach dem Prinzip der Seilreibung ist allerdings mit der Forderung nach einer ausreichend dicken seitlichen Betondeckung oder nachzuweisender Bügel- bzw. Querbewehrung verbunden. Des Weiteren sind die Aspekte der Gebrauchstauglichkeit gesondert zu behandeln.

mit

τ1 = Q∕(u ⋅ z) ≤ τ1zul für Bügel (9) τ1 = Q∕(2 ⋅ u ⋅ z) ≤ τ1zul für Längsstäbe (10)

Q abzutragende Querkraft des Querschnittes u Umfang der geraden, in der Zugzone verbleibenden Bewehrungsstäbe z Hebelarm der inneren Kräfte Die zulässigen Haftspannungen für glatte Rundstähle betrugen unabhängig von der Betongüte τ1zul = 4,5 kg∕cm2 (Bestimmungen von 1916) und wurden mit der Normausgabe von 1925 auf τ1zul = 5,0 kg∕cm2 erhöht. Erst mit Herausgabe von DIN 1045:1943-03 [59] wurden sie abhängig von der Betongüte ermittelt. Die Entwicklung der zuläs­ sigen Haft- bzw. Verbundspannungen enthält Tabelle 6.

Endhaken durften vor der Normausgabe von 1943 [59] sowohl halbkreisförmig als auch spitzwinklig ausgeführt werden. Anschließend waren bis Anfang der 1970er-Jahre nur noch halbkreisförmige Haken zulässig, was sich mit Herausgabe von DIN 1045:1972-01 [62] wieder umkehrte und bis heute

Die Herausgabe von DIN 1045:1972-01 [62] veränderte im Rahmen der Neuregelung der Bewehrungsregeln den Nachweis der Verankerung von zugbeanspruchten glatten und erstmals auch gerippten Stählen vollständig. Für glatte und gerippte Stäbe wurde das Grundmaß der Verankerungslänge a0 wie folgt ermittelt: ​d​ e​ ⋅ ​β​ s​ ​Z​ s​ = ​ _________ (11) ​a​ 0​ = ​_________

​ ​ ν ⋅ u ⋅ zul ​τ​ 1​ ν ⋅ 4 ⋅ zul ​τ​ 1​ mit

Zs Zugkraft im Bewehrungsstab bei σe = βs

βs ν

Streckgrenze des Betonstahls nach DIN 1045:1972-01 [62], Tabelle 6

globaler Sicherheitsbeiwert ν = 1,75

u

Umfang des Bewehrungsstabs

de

Durchmesser (ϕ) des Bewehrungsstabs

zul τ1 zulässiger Rechenwert der Verbund­spannung nach [62], Tabelle 20 Erstmals wurde zwischen zwei Verbundlagen unterschieden (A und B).

Dieses Grundmaß a0 durfte im Verhältnis von rechnerisch erforderlicher zu vorhandener Bewehrung auf die erforderliche Verankerungslänge a reduziert werden, wobei eine Mindestlänge von 1∕3a0 bzw.

10ϕ gefordert wurde.

Glattstähle wurden fortan mit spitzwinkligen Haken verankert. Außerdem durfte der sogenannte Hakenabzug a0′ von der Verankerungslänge a abgezogen werden:

−− a0′ = 30ϕ für Haken bei glatten und ­profilierten Stäben, −− a0′ = 20ϕ für Haken und Winkelhaken bei gerippten Stäben.

Dies führte zu der „ergänzenden Verankerungslänge“ a1: Bild 14. Hakengeometrien zur Endverankerung [74]

a1 = a – a0′ ≥ dB∕2 + de

(12)

53

gebracht werden durfte. Bei ansonsten unveränderten Randbedingungen ergab sich nach DIN 1045:1978-12 [63] für den Glattstahl I mit ϕ = 16 mm und Haken die Verankerungslänge l1 nunmehr zu:

I

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke

1, 6 ⋅ 2200 ​l​ 1​ = ​_________

​⋅ 0, 7 = 50, 3 cm 1, 75 ⋅ 4 ⋅ 7, 0

Beispielhaft errechnete sich für einen Glattstahl I G (BSt 22∕34 GU) mit ϕ = 16 mm und spitzwinkligem Haken (Dmin = 2,5ϕ) bei voller Ausnutzung der Stahlspannungen (a = a0) sowie Beton Bn 250 und guten Verbundbedingungen (Lage B) die Verankerungslänge a1 zu: 1, 6 ⋅ 2200 ​a​ 1​ = ​_________

​− 30 ⋅ 1, 6 = 23, 8 cm 1, 75 ⋅ 4 ⋅ 7, 0 ≈ 15ϕ ​(> 2,5 ⋅ 1,6∕2 + 1,6 = 3,6 cm)​

Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit wurden diese Regeln bereits in der folgenden Normausgabe DIN 1045:1978-12 [63] deutlich korrigiert. Bei gegenüber DIN 1045:1972-01 [62] unveränderter Ermittlung des Grundmaßes der Verankerungslänge l0 (vorher a0) und der Verankerungslänge l1 (vorher a1) wurde insbesondere der Hakenabzug stark reduziert. Es erfolgte nun eine pauschale Berücksichtigung der Haken der Glattstahlbewehrung durch Abminderung mit dem Formbeiwert α1, der für Haken, im Falle ausreichender seitlicher Betondeckung (c ≥ 3ϕ), pauschal mit α1 = 0,7 in Ansatz

3.5.6.2

Verankerung zugbeanspruchter ­gerippter Betonstähle

In Deutschland gewannen die Rippenstähle ab den 1950er-Jahren stetig an Bedeutung. Bis zu ihrer Normeinführung 1972 [62] wurden sie ab 1952 in Verbindung mit der vorläufigen DAfStb-Richtlinie [68] über allgemeine baupolizeiliche Zulassungen geregelt. Da das Tragverhalten älterer Rippenstähle grundsätzlich dem der heute verwendeten Betonstähle B500 entspricht und der kontinuierliche Verbund durch den zuverlässigen Scherverbund gesichert wird, können Nachweise für ältere Betonrippenstähle grundsätzlich auf Basis aktueller Vorschriften geführt werden. Wie bereits in den Abschnitten 3.5.2 und 3.5.3 erläutert, können dazu sowohl von aktuell genormtem Betonstahl B500 abweichende Staboberflächen älterer Rippenstähle als auch nach DIN EN 1992-1-1 [39, 40] nicht ausreichende Betondeckungen zur Verbundsicherung mithilfe modifizierter Bemessungswerte auf Grundlage von SIA 269-2 [12] für die Verbundfestigkeit fbd,upd bei der Nachweisführung berücksichtigt werden.

I I I I

Auf Basis dieser Berechnungen ergaben sich sehr geringe Verankerungslängen (vgl. Bild 15).

I

dB Biegerollendurchmesser Haken (Dmin) gemäß Tabelle 4

I

mit

I

Bild 15. Erforderliche Verankerungslängen für verschiedene Verankerungselemente nach DIN 1045:1972-01 [62] (a – grau) und DIN 1045:1978-12 [63] (l1 – schwarz) aus [47, 48]

Das Rechenbeispiel zeigt die Probleme bei der Ermittlung der Verankerungslängen nach DIN 1045:1972-01 [62] deutlich auf. Tragwerksplaner sollten bei der Nachrechnung im Bestand berücksichtigen, dass die Regeln für Glattstahl insbesondere aufgrund einer Erhöhung der Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit im Jahr 1978 verschärft wurden. Nach DAfStb-Heft 300 [70] wurde vor allem zur Verminderung des Schlupfs und damit zur Reduzierung der Rissbreiten eine den Einfluss von Haft- und Reibungsverbund erhöhende, größere Vorlänge eingeführt. Die historischen Regeln zur Verankerung glatter Stähle BSt I (22∕34) mit Haken sind in Tabelle 6 im Überblick dargestellt. Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit können, unter Beachtung der seitlichen Betondeckung, auch für die ab 1972 nach DIN 1045:1972-01 [62] ermittelten Verankerungslängen nach Abschnitt 3.5.3 geführt werden. Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit können ingenieurmäßig auf Basis der in älteren Vorschriften angegebenen Verbundspannungen erstellt werden. Abweichungen zu aktuellen Anforderungen sind mit Bauherrn und Objektplaner zu kommunizieren.

II

≈ 31ϕ ​(>> ​a​ 1​ = 23, 8 cm)​

54

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

Gegenüber heutigen Forderungen wurde in den Zulassungen der 1950er- und 1960er-Jahre die Tragwirkung des Betonrippenstahls mit geraden Stabenden im Verankerungsbereich deutlich überschätzt, vgl. [47, 48]. Quergerippte Stähle mit geraden Stabenden mussten z. B. nach DAfStb-Richtlinie [68], Abschnitt 7.1, bei gutem Verbund (vgl. Abschnitt 3.5.6) und unter Ausnutzung der zulässigen Spannungen unabhängig von der Betongüte (ab B 160) und der Streckgrenze (bis 500 N∕mm2) pauschal um 6ϕ über den rechnerischen Endpunkt des Stabs oder die Mitte des Auflagers hinausreichen.

Ohne Nachweis der Haftspannung musste mindestens 1∕3 der Feldbewehrung über das Auflager durchgeführt werden. Zum Vergleich dazu sind heute für B500 bei gutem Verbund und Beton C20∕25 im GZT zur Ausnutzung der Stahlstreckgrenze Verankerungslängen lbd ≈ 47ϕ (Feld, Endauflager indirekt) bzw. lbd,dir ≈ 32ϕ (Endauflager, direkt) erforderlich. Allerdings werden die Verankerungen seit 1978 ab Vorderkante Auflager gemessen, was dort den direkten Vergleich mit früheren Werten unmöglich macht. Gleichwohl waren ältere Rippenstähle nach Zulassungen häufig nicht ausreichend verankert, was in jedem Einzelfall rechnerisch zu überprüfen ist.

Mit normativer Einführung der Rippenstähle in DIN 488:1972-04 [107] wurden diese Defizite korrigiert. Die Verankerungslänge a1 wurde nun analog zu der von Glattstählen nach den Gln. (11) und (12) berechnet. Dazu wurden in DIN 1045:1972-01[62], Tabelle 20, für Rippenstähle Verbundspannungen in Abhängigkeit von Betongüte und Verbundbereich tabelliert. Nun ergab sich z. B. für Rippenstahl ϕ = 16 mm, BSt 42∕50, mit geraden Stabenden (kein Hakenabzug) und bei Ausnutzung der Streckgrenze (a = a0) sowie Beton Bn 250 und guter Verbundlage (Lage B) die Verankerungslänge a1 zu: 1, 6 ⋅ 4200 ​a​ 1​ = ​__________

​= 53, 3 cm ≈ 33ϕ​ 1, 75 ⋅ 4 ⋅ 18, 0 (Zum Vergleich: Mit BSt 50∕55 (1972 nur für Stahlmatten enthalten) wird a1 = 63,5 cm ≈ 40ϕ).

Die Berechnung der Verankerung von Rippenstahl mit geraden Stabenden wurde in DIN 1045:1978-12 [63] mit anderen Bezeichnungen, aber unveränderten Parametern und Werten übernommen, während sich im Vergleich zu DIN 1045:1972-01 [62] analog zur Glattstahlverankerung bei der Anrechenbarkeit der Verankerungselemente Haken und Winkelhaken ein erheblicher Unterschied ergab. Wie bei Glattstählen wurde auch bei Rippenstählen mit Haken bzw. Winkelhaken bei gegenüber [62] unveränderter Ermittlung des Grundmaßes der Verankerungslänge l0 (vorher a0) und der Verankerungslänge l1 (vorher a1) der zu große Hakenabzug nach Gl. (12) gestrichen und durch eine pauschale Abminderung mit dem Formbeiwert α1 = 0,7 für die

Art der Verankerung ersetzt. Eine Regel, die für Rippenstahl bis heute gilt, vgl. DIN EN 1992-1-1 [39], Tabelle 8.2. Nach DIN 1045:1978-12 [63] ergibt sich für Rippenstahl ϕ = 16 mm, BSt 42∕50, mit Winkelhaken und Beton B 25 und Verbundbereich I die Verankerungslänge l1 zu: 1, 6 ⋅ 4200

​l​ 1​ = ​__________ ​⋅ 0, 7 = 37, 3 cm ≈ 23ϕ​ 1, 75 ⋅ 4 ⋅ 18, 0 während nach DIN 1045:1972-01 [62] die Verankerungslänge a1 noch ermittelt wurde zu: 1, 6 ⋅ 4200

​a​ 1​ = ​__________ ​− 20 ⋅ 1, 6 = 21, 3 cm 1, 75 ⋅ 4 ⋅ 18, 0 ≈ 13ϕ​

Entsprechend diesem Beispiel und der zusammenfassenden Darstellung in Bild 15 ist die Anrechenbarkeit der Verankerungselemente mit DIN 1045:​ 1978-12 [63] deutlich reduziert worden und damit die erforderliche Verankerungslänge gestiegen.

Beim Nachweis der Verankerung nach DIN EN 1992-1-1 [39, 40] können demnach bei vor 1978 erstellten Bauteilen Unsicherheiten bestehen.

Für Nachrechnungen im Bestand empfiehlt sich deshalb eine genaue Betrachtung der Bewehrungsführung, um z. B. über den Quotienten von vorhandener zu rechnerisch erforderlicher Querschnittsfläche der Bewehrung, dem Ansatz von Querbewehrung oder planmäßig vorhandener Querpressungen, die erforderliche Verankerungslänge möglicherweise aufgrund von Reserven nachweisen zu können. Historische Regeln zur Verankerung gerippter Stähle BSt IV (50∕55) mit geraden Stabenden sind in Tabelle 7 zusammengestellt.

3.5.6.3

Verbundspannungen

Nach den festen Werten in älteren Vorschriften wurden erstmals in DIN 1045:1943-03 [59] zulässige Haftspannungen in Abhängigkeit der Güteklasse des Betons tabelliert. Die Unterscheidung in zwei Verbundbereiche wurde erstmals 1954 in der vorläufigen Richtlinie [69] zu den Zulassungen für Betonrippenstähle eingeführt. Mit Ausgabe von DIN 1045:1972-01 [62] erfolgte die Einführung zulässiger Verbundspannungen in Abhängigkeit der Festigkeitsklasse des Betons, der Betonstahloberflächenstruktur (glatt, profiliert, gerippt) und der Lage des Bewehrungsstabes im Bauteilquerschnitt. Die darin enthaltenen Werte sind nicht unmittelbar mit den Angaben der Vorgängernormen vergleichbar, wie auch ein Blick in die Tabellen 6 und 7 zeigt.

In den Normausgaben von 1978 und 1988 blieben die Rechenwerte der Verbundspannungen im Vergleich zur DIN 1045:1972-01 [62] unverändert. In DIN 1045:1978-12 [63] änderte sich lediglich die Bezeichnung der Verbundlage A und B in Verbundbereich I und II und in DIN 1045:1988-07 [64] wur-

55

Bild 16. Vergleich bezogener Verankerungslängen lb/ϕ nach DIN 1045:1978-12 und 1988-07 (mit DAfStb-Richtlinie hochfester Beton 1995-08) und DIN EN 1992-1-1:2011-01 (Grundmaß lb, vollausgenutzter gerader gerippter Stab mit Durchmesser ϕ)

3.5.7 Übergreifungsstöße zugbeanspruchter Längsbewehrung Aufgrund der infolge des Verbundverhaltens unterschiedlichen Verankerungsprinzipien von Glatt- und Rippenstählen werden die historischen Regeln zu Übergreifungsstößen nachfolgend ebenfalls getrennt nach glatten und gerippten Betonstählen mit den aktuellen Vorschriften verglichen.

In DIN 1045:1932-04 [58] wurde ergänzend hochwertiger Stahl St 52 eingeführt. Während die Überdeckungen von Handelseisen unverändert blieben, wurden für hochwertige Glattstähle pauschal 50ϕ

I I

Während bis einschließlich der Bestimmungen von 1916 [56] keine Vorschriften zur Ausbildung von Stoßverbindungen innerhalb der Regelungen vorhanden waren, wurden in der Erstausgabe der DIN 1045:1925-09 [57] neben Stößen mit Spannschlössern oder durch Schweißungen seinerzeit als „Überdeckungsstöße“ bezeichnete Stoßverbindungen von Zugeiseneinlagen beschrieben. Generell sollten Stöße möglichst vermieden werden. In Zuggliedern war kein und in Balken unabhängig von der Stabanzahl maximal ein Überdeckungsstoß mit Zugeisen ϕ ≤ 20 mm erlaubt. Für Stähle aus Handelseisen mit einer Zugfestigkeit von 3700 kg∕cm2 (St 37) wurden an den zu stoßenden Stabenden Rundhaken und pauschale Über­ deckungslängen von 40ϕ gefordert. Die ausreichende Dimensionierung der Stöße und die besondere Eignung der Rundhaken, die nach Mörsch [87] von Considere im Jahr 1906 entwickelt wurden, bestätigten die 1914 durchgeführten Versuche von Scheit [82]. Während Haken an Enden von Zugeiseneinlagen außerhalb des Stoßbereichs lediglich Biegerollendurchmesser ≥ 2,5ϕ besitzen mussten (vgl. Bild 14), wiesen Rundhaken gemäß Bild 17 Biegerollendurchmesser ≥ 5ϕ auf.

I

Mit Einführung von DIN 1045-1:2001-07 [66] wurden die zulässigen Verbundspannungen in Abhängigkeit der Lage beim Betonieren modifiziert und die Bezeichnung der Verbundbereiche I und II auf „guter Verbund“ und „mäßiger Verbund“ umgestellt. In Bild 16 wird die bezogene Verankerungslänge der DIN-1045-Ausgaben von 1978 [63] bzw.

1988 [64] in Verbindung mit [65] der DIN EN 1992-1-1 von 2011 [39, 40] gegenübergestellt.

Wie Bild 16 entnommen werden kann, ist mit aktueller Fortschreibung des Regelwerks eine Reduktion der zulässigen Verbundspannung für guten Verbund und eine Erhöhung der zulässigen Verbundspannung bei mäßigem Verbund einhergegangen.

Bei Zweifeln an der Güte des Verbundes empfiehlt sich die punktuelle Entnahme von Bohrkernen, um die Dichtheit des den Stahl umgebenden Betongefüges beurteilen zu können.

Übergreifungsstöße zugbeanspruchter glatter Betonstähle

I

3.5.7.1

I

den die Werte für glatte und profilierte Stähle komplett entfernt.

I

I

II

I

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke

56

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

Bild 17. Warm gebogene Rundhaken nach Considere (aus [82])

verlangt. Für Balken war fortan nur ein Stoß mit Zugeisen ϕ ≤ 25 mm erlaubt.

Ab DIN 1045:1943-03 [59] erfolgte die Bestimmung der Übergreifungslänge in Abhängigkeit von Stabdurchmesser und zulässiger Stahl- sowie Haftspannung unter Einbeziehung der Betonfestigkeit. Überdeckungsstöße waren in Zuggliedern weiterhin nicht und in Balken nur für Zugeisen ϕ ≤ 26 mm erlaubt. In Balken sollte es nur einen Stoß geben.

Weiterhin durfte von jeweils fünf Stäben maximal einer ohne Versatz gestoßen werden, was den Stoßanteil auf ≤ 20 % begrenzte. Vergleichsberechnungen in [88] zeigen, dass DIN 1045:1943-03 [59] für Glattstahl I (fyk ≤ 2200 kg∕cm2) ϕ = 10 mm mit Rundhaken bei Ausnutzung der Streckgrenze für Beton B 300 eine Überdeckung α2 = 29 cm, für B 225 α2 = 39 cm und B 160 α2 = 47 cm forderte, während die Vorgängernorm unabhängig vom Beton α2 = 40 cm auswies.

Mit Veröffentlichung von DIN 1045:1972-01 [62] folgte eine vollständige Überarbeitung der Bewehrungsregeln. Erstmals waren gleichzeitig Vorschriften für glatte und gerippte Betonstähle unterschiedlicher Materialgüten enthalten. Die Stöße wurden fortan als Übergreifungsstöße bezeichnet und glatte Rundstähle durften nur mit spitzwinkligen Haken übergreifen. Die Übergreifungslänge wurde in Abhängigkeit von der ebenfalls nach neuen Regeln zu

berechnenden Verankerungslänge a1 (inkl. Hakenabzug und Verbundlage, vgl. Abschn. 3.5.6) sowie dem Anteil gestoßener Bewehrung und neuerdings unter Beachtung des lichten Stababstands ermittelt.

Für Glattstahl war in [62] zum einzigen Mal bei vorwiegend ruhender Belastung, Durchmesser ϕ ≤ 14 mm und Spannungsausnutzungen im Stoßbereich ≤ 50 % ein Vollstoß möglich. Berechnungen in [88] ermitteln für Glattstahl I, ϕ = 10 mm, mit Haken bei lichtem Stababstand < 10ϕ und Stoßanteil ≤ 20 % für Beton Bn 250 in guter Verbundlage B eine mit den Forderungen von 1943 [59] (α2 = 29 cm) vergleichbare Übergreifungslänge von lü = 33 cm. Allerdings ergaben sich vor allem durch die Anwendung des Hakenabzugs viele widersprüchliche Übergreifungslängen, die im Bestand aufgrund der Komplexität der Vorschriften von 1972 jeweils im Einzelfall zu bewerten sind (vgl. hierzu Abschn.

3.5.6).

Aufgrund dieser Widersprüche (vgl. [70]) wurden die Vorschriften bereits mit Ausgabe der Norm von 1978 [63] komplett überarbeitet. Die Regeln für Übergreifungsstöße mit glatten Betonstählen wurden gestrafft und der Einfluss der Haken durch eine Erhöhung der Vorlängen vermindert. Der Hakenabzug wurde im Fall ausreichender seitlicher Betondeckung (c ≥ 3ϕ) durch den pauschalen Formbeiwert α1 = 0,7 ersetzt und der maximale Stoßanteil wurde für Glattstahl auf 33 % festgeschrieben. Des Weiteren wurde zwischen dicken Stäben ϕ ≥ 16 mm und dünnen Stäben ϕ < 16 mm unterschieden. Die Glattstähle waren baupraktisch nur noch von untergeordneter Bedeutung (vgl. [84]).

Die Tragwirkung von Übergreifungsstößen mit glatten Rundstählen und Rundhaken basiert analog zur Verankerung im GZT ausschließlich auf dem Prinzip der Seilreibung. Dabei wird die zu übertragende Last punktuell über die beiden gegenüberliegenden Rundhaken in den Beton eingeleitet und über eine breite diagonal verlaufende Druckstrebe übertragen (vgl. Bild 18). Besonderes Augenmerk galt trotz der günstigen Biegerollendurchmesser der Rundhaken auch hier der seitlichen Betondeckung, die bei randnahen Stößen von entscheidender Bedeutung ist (vgl. Abschn. 3.5.3).

Bei ausreichender Betondeckung der Bewehrungsstäbe kann auch älteren Überdeckungsstößen eine

Bild 18. Lastübertragungsmodell glatter Stähle mit Rundhaken im GZT, ohne Ansatz des Reibungs­ verbunds auf der geraden Vorlänge nach Schnell und Angnes [88]

57

Übergreifungsstöße zugbeanspruchter gerippter Betonstähle

Übergreifungsstöße gerippter Stähle besitzen aufgrund der in Bild 20 dargestellten kontinuierlichen Lastübertragung durch den zuverlässigen Scherverbund gegenüber Glattstahlstößen den Vorteil, dass sie ohne Haken mit geraden Stabenden ausgeführt werden können, was bereits bei ihrer Einführung in den fünfziger Jahren auf Basis von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen in Deutschland praktiziert wurde. Die Überdeckungslängen für quergerippte Betonformstähle mit geraden Stabenden waren in den Richtlinien [68, 69] in Abhängigkeit von der Betongüte tabelliert. Allerdings zeigt ein Vergleich der dort angegebenen Überdeckungslängen mit den heutigen Vorschriften, dass die Tragwirkung der Stöße anfangs überschätzt wurde. Beispielsweise wurde nach DAfStbRichtlinie [69] für quergerippte Betonstähle St IVa (fyk = 500 N∕mm2), ϕ = 16 mm, bei B 300 in guter

Für Rippenstähle wurde mit DIN 1045:1972-01 [62] gegenüber den Zulassungen bzw. DIN 1045:1943-03 [59] der zulässige Stoßanteil deutlich angehoben. Stöße aus Rippenstählen mit ϕ ≥ 16 mm durften zu 50 % und mit ϕ < 16 mm sogar zu 100 % in einem Schnitt gestoßen werden. Ab 1978 durften dann bei einlagiger Bewehrung 100 % aller gerippten Stähle gestoßen werden. Gleichzeitig veränderten sich in DIN 1045:1978-12 [63] die Beiwerte αü abweichend zu [62] bei Stäben mit ϕ ≥ 16 mm deutlich gegenüber Stäben mit ϕ < 16 mm.

Nun ergaben sich für Stöße mit gerade Stabenden

I I I

Ebenso ergeben Vergleichsberechnungen nach den beiden älteren DIN-1045-Normen von 1972 [62] und 1978 [63] im direkten Vergleich zu den Stößen nach Zulassung bei gleichen Bedingungen, Stababstand < 10ϕ und Stoßanteil in Balken ≤ 20 %, jeweils Stoßlängen von lü = 89 cm. Dabei ist die Diskrepanz von lü = 89 cm nach den Normen der siebziger Jahre zu l0 = 105 cm nach DIN EN 1992-11∕NA [40] auf den Ansatz ungleicher Stoßanteile zurückzuführen. Rechnet man für alle drei Normen mit einen Stoßanteil von 33 %, wird die Stoßlänge nach DIN 1045:1972-01 [62] bzw. DIN 1045:197812 [63] lü = 114 cm und liegt sogar über l0 = 105 cm nach DIN EN 1992-1-1∕NA [40].

I

3.5.7.2

Verbundlage eine Überdeckungslänge a7 = 30ϕ + 10 cm = 58 cm gefordert. Diese war gleichzusetzen mit a3 aus DIN 1045:1943-03 [59] §14, 1c, der gleichzeitig die maximalen Stoßanteile regelte.

Zum Vergleich erhält man nach DIN EN 1992-11∕NA [40] für B500, ϕ ≥ 16 mm, mit lichtem Stab­ abstand ≤ 8ϕ bei Beton C20∕25 und guten Verbundbedingungen sowie einem Stoßanteil ≤ 33 % (20 % nicht in DIN EN 1992-1-1∕NA [40] enthalten) immerhin eine Übergreifungslänge l0 = 105 cm.

I

ausreichende Tragfähigkeit im GZT unterstellt werden. Dies setzt allerdings eine fachgerechte Ausführung voraus, die nicht immer gegeben ist, wie Bild 19 belegt.

Nachweise im GZG dürfen demgegenüber zur Beschränkung des Schlupfs unter Berücksichtigung des Reibungsverbunds auf der geraden Vorlänge geführt werden. Da dieser analog zum Scherverbund kontinuierlich wirkt, ergibt sich eine Kombination der Lastübertragungsmodelle für glatte Stäbe mit Haken (vgl. Bild 18) und für Stäbe mit kontinuierlichem Verbund (vgl. Bild 20). Ergänzend sind die Ausführungen in den Abschnitten 3.5.2, 3.5.3 und 3.5.6 zu beachten.

In Tabelle 6 werden für historische Übergreifungsstöße zugbeanspruchter Glattstähle BSt I mit Haken die Bemessungsregeln und Randbedingungen aller einschlägigen Normengenerationen zusammenfassend dargestellt.

Bild 20. Lastübertragungsmodell bei kontinuierlichem Verbund von z. B. gerippten Stählen mit geraden Stabenden (lichter Stababstand ≤ 4ϕ) nach Leonhardt und Mönning [84] (aus [88])

I

Bild 19. Beispiel für fehlerhaft ausgeführten Über­ greifungsstoß mit Rundhaken (aus [48])

I

II

I

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke

in Balken und Zug­ gliedern max. ein Stoß, höchstens von je 5 ­Stäben einer (≤ 20 %)

5ϕ (Rundhaken)

DIN 1045: 1943-03 1952-07 1959-11

B 15 B 25 B 35 B 45 B 55

5ϕ (für 20 mm < ϕ ≤ 28 mm)

25 % 1) (für ϕ > 14 mm)

33 % 2,5ϕ (für ϕ ≤ 20 mm)

5ϕ (für 20 mm < ϕ ≤ 28 mm)

Bn 150 Bn 250 Bn 350 Bn 450 Bn 600

2,5ϕ 50 % 1) (für ϕ ≤ 20 mm) (für ϕ ≤ 14 mm)

B120 B160 B225 B300

6,0 3) 7,0 3) 8,0 3) 9,0 3) 10,0 3)

3,0 2) 3,5 2) 4,0 2) 4,5 2) 5,0 2)

4,0 5,0 6,0 8,0

Bei 50 % Ausnutzung der Stahlstreckgrenze ist der Stoßanteil doppelt so hoch zulässig, bei nicht vorwiegend ruhender Belastung ist eine Halbierung des Ausnutzungsgrads erf. Fe∕vorh. Fe erforderlich.

2) Werte gelten für Verbundlage A (mäßig). Für Verbundlage B (gut) darf zul τ1 verdoppelt werden.

3) Werte gelten für Verbundbereich I (gut). Für Verbundbereich II (mäßig) ist zul τ1 zu halbieren. zul τ1 aus 1972 unverändert.

1)

DIN 1045: 1978-12

DIN 1045: 1972-01

in Balken und Zug­ gliedern maximal ein Stoß

5ϕ (Rundhaken)

DIN 1045: 1925-09 1932-05 1937-05 ohne Einfluss

Verbund­spannung zul τ1 [kg∕cm²]

Stoßanteil maximal

Dmin Haken

Norm

4

3

2

1

1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

1,2 1,4 1,6

1,4 1,8 2,2

αü5,6) ϕ ≥ 16

1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

k ≥ 10ϕ

≥ Dmin∕2 + ϕ

= ​0, 7 ⋅ ​

​ 7 ⋅ zul​τ​ 1​ fyk = 2200 kp/cm²

ϕ ⋅ ​f​ yk​ ______

l1 4) = α17) ⋅ l0

fyk = 2200 kp/cm²

a1 4) = a – 30ϕ ϕ ⋅ ​f​ yk​ ______

= ​

​ − 30ϕ​ 7 ⋅ zul​τ​ 1​

≥ Dmin∕2 + ϕ

ohne Einfluss

ohne Einfluss

Verankerungslänge

6

lü = αü ⋅ l1 ≥ 1,5Dmin ≥ 20 cm

lü = k ⋅ a – 30ϕ ≥ 15ϕ ≥ 20 cm

ϕ ⋅ ​σ​ e zul​

​ ​α​ 2​ = ​ ______ 6 ⋅ ​τ​ 1​ σe,zul = 1400 kg/cm²

40 ϕ

Übergreifungs­ länge

7

Werte gelten bei voller Ausnutzung der Stahlspannungen, ansonsten ­Abminderung mit erf. As∕vorh. As (Mindestwerte für a ≥ 1/3 a0 bzw. ≥ 10 ϕ beachten).

5) Werte gelten für Verbundbereich I (gut). Für Verbundbereich II (mäßig) αü = 75 % der Werte für Verbundbereich I. 6) Werte gelten für Stababstand < 10ϕ bzw. Randabstand < 5ϕ. Falls die Abstände größer sind, dürfen Werte mit 0,7 multipliziert werden.

7) Wert α1 = 0,7 nur bei seitlicher Betondeckung ≥ 3ϕ. Ansonsten gilt α1 = 1,0.

4)

≤ 20 % ≤ 50 % > 50 %

Stoß­anteil αü5,6) ϕ < 16

≤ 20 % ≤ 25 % ≤ 33 % ≤ 50 % > 50 %

Stoß­anteil k < 10ϕ

ohne Einfluss

ohne Einfluss

Beiwerte k∕αü

5

Tabelle 6. Historische Übergreifungsstöße zugbeanspruchter Glattstähle mit Haken BSt IG (22/34)

58 Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

I

I

100 % (einlagig)

100 % (einlagig)

I

I

I

≥ 10ϕ

I

7 ⋅ zul ​τ​ 1​

ϕ ⋅ ​f​ ​

I

II

lü = αü ⋅ l1

≥ 15ϕ ≥ 20 cm (αü ≥ 1,0) yk = α1 ⋅ l0 = ​1, 0 ⋅ ______ ​ ​

fyk = 500 N/mm²

l1

3)

fyk = 500 N/mm²

I

110ϕ 70ϕ 60ϕ 40ϕ 30ϕ

lü = k ⋅ a

≥ 15ϕ

≥ 20 cm

α6 VB Rest

α6 VB Gut 55ϕ 35ϕ 30ϕ 20ϕ 15ϕ

Beton B160 B225 B300 B450 B600

Übergreifungslänge α7 = α6 + 10 cm ≥ 20 cm

6

lü = αü ⋅ l1 ϕ ⋅ ​f​ yk​ ≥ 15ϕ l1 3) = α1 ⋅ l0 = ​1, 0 ⋅ ______ ​ ​ 7 ⋅ zul ​τ​ 1​

≥ 20 cm ≥ 10ϕ

fyk 8) = 500 N/mm²

ϕ ⋅ ​f​ yk​ a 3) = ______ ​ ​ ≥ 10ϕ ≥ 1/3a0 7 ⋅ zul ​τ​ 1​

≥ 6 ϕ 2) (VB Gut) ≥ 12 ϕ 2) (VB Rest) oder Nachweis Haftspannung: τ1 = Q∕(u ⋅ z) ≤ zul τ1 zul τ1 s. Sp. 3

Verankerungslänge

5

Werte gelten für Verbundbereich I (gut). Für Verbundbereich II (mäßig) αü = 75 % der Werte für Verbundbereich I. Werte gelten für Stababstand < 10ϕ / Randabstand < 5ϕ. Falls die Abstände größer sind, dürfen Werte mit 0,7 multipliziert werden.

7) In DIN 1045:1972-01, Tabelle 6, ist BSt IV (50/55) nur als Betonstahlmatte enthalten. Als Betonstabstahl ist neben BSt I nur gerippter BSt III (42/50) mit fyk ≥ 420 N∕mm2 tabelliert.

6)

5)

1,4 1,8 2,2

1,2 1,4 1,6

≤ 20 % ≤ 50 % > 50 %

0,7 0,9 1,1 1,3 1,5

1,4 1,8 2,2 2,6 3,0

B 15 B 25 B 35 B 45 B 55

αü 5,6) ϕ ≥ 16

αü 5,6) ϕ < 16

Stoß­ anteil

1,4 1,8 2,2

1,2 1,4 1,6

≤ 20 % ≤ 50 % > 50 % VB II

αü 5,6) ϕ ≥ 16

αü 5,6) ϕ < 16

Stoß­ anteil

VB I

1,4 4) 1,8 4) 2,2 4) 2,6 4) 3,0 4)

Beton

B 15 B 25 B 35 B 45 B 55

In den vorherigen Zulassungen bzw. in der Richtlinie von 1952 sind noch keine Verbundbereiche definiert.

2) Diese Verankerungslänge gilt gemäß Zulassungen/Richtlinie ab dem rechnerischen Endpunkt des Stabes bzw. der Auflagermitte.

3) Werte gelten bei voller Ausnutzung der Stahlspannungen, ansonsten Abminderung mit erf. As∕vorh. As. 4) Werte gelten für Verbundbereich I (gut). Für Verbundbereich II (mäßig) ist zul τ1 zu halbieren. zul τ1 aus 1972 unverändert.

1)

DIN 1045: 1988-07

DIN 1045: 1978-12

50 % (für ϕ > 14 mm)

1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

1,4 1,8 2,2 2,6 3,0

0,7 0,9 1,1 1,3 1,5

Bn 150 Bn 250 Bn 350 Bn 450 Bn 550

100 % (für ϕ ≤ 14 mm) 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

≤ 20 % ≤ 25 % ≤ 33 % ≤ 50 % > 50 %

B

A

Beton

DIN 1045: 1972-01 7) k ≥ 10ϕ

Stoß­ anteil

0,6 0,8 1,1 1,6 2,1

1,1 1,6 2,1 3,2 4,2

B160 B225 B300 B450 B600 k < 10ϕ

ohne Einfluss

Rest

Gut

Beton

Betonrippenstahl nach DIN 1045: nach Richtlinie 1954 1) und Zulas- 1943, § 14 sung

Beiwerte k/αü

Verbundspannung zul τ1 [N/mm²]

Stoßanteil maximal

Norm Regelwerk

4

3

2

1

Tabelle 7. Historische Übergreifungsstöße zugbeanspruchter Rippenstähle mit geraden Enden BSt IV (50/55)

Besonderheiten bei der Bewertung bestehender Tragwerke 59

60

Tragwerksplanung im Bestand – Bewertung bestehender Tragwerke

bei dünnen Stäben um ca. 25 % geringere Längen als zuvor, während die Stoßlängen bei dicken Stäben mit geraden Stabenden unverändert blieben (vgl. [70].

Für gerippte Stähle mit Haken bzw. Winkelhaken sind wiederum abweichende historische Regeln zu beachten. Während nach den Zulassungen gemäß [68] und [69] von Rippenstählen der 1950er-Jahre für mindestens rechtwinklig abgebogene Stabenden die zu günstige Übergreifungslänge nochmals um 1∕3 reduziert werden durfte, konnte bei Rippenstählen nach DIN 1045:1972-01 [62] der Hakenabzug aus der Berechnung der Verankerungslänge auf die Länge des Übergreifungsstoßes angerechnet werden. Dieser ebenfalls häufig zu günstige Ansatz wurde in der DIN 1045:1978-12 [63] zugunsten des pauschalen Beiwerts α1 = 0,7 verändert, der nur bei seitlichen Betondeckungen ≥ 3ϕ im Krümmungsbereich des Hakens angesetzt werden durfte (vgl. hierzu Abschn. 3.5.6).

Außerdem war nach [63], zur Berücksichtigung des gegenüber Verankerungen günstigeren Tragverhaltens von Übergreifungsstößen, ab 1978 im schlechteren Verbundbereich II eine Abminderung der Beiwerte αü auf 75 % der Werte des guten Verbundbereichs I möglich (vgl. Tabelle 7).

Ergänzend zu den aufgezeigten normativen Abweichungen zum heutigen Stand der Technik sind Korrekturen aufgrund abweichender bezogener Rippenflächen nach Abschnitt 3.5.2 und zu geringer Betondeckung nach Abschnitt 3.5.3 in den Bestandsanalysen zu berücksichtigen.

bzw. -zugfestigkeit festgestellt werden, um etwaige Tragreserven aktivieren zu können.

In Tabelle 7 werden für historische Übergreifungsstöße zugbeanspruchter Rippenstähle BSt IV mit geraden Stabenden die von 1954 bis zur Einführung von DIN 1045-1:2001-07 [66] geltenden Bemessungsregeln und Randbedingungen der jeweiligen Richtlinie bzw. Normgeneration zusammenfassend dargestellt.

4

Historische Normen und Zulassungen des Beton- und Stahlbetonbaus

Die ersten Eisenbetonvorschriften in Deutschland wurden vom Verband Deutscher Architekten- und Ingenieur-Vereine und dem Deutschen Betonverein am 26.03.1904 als Vorläufige Leitsätze für die Vorbereitung, Ausführung und Prüfung von Eisenbetonbauten [53] veröffentlicht. Diese sind im Herbst 1904 allen deutschen Bundesstaaten mit der Bitte um Einführung vorgelegt worden. Preußen hatte parallel dazu schon am 16. April 1904 die Bestimmungen für die Ausführung von Kon­struktionen aus Eisenbeton bei Hochbauten [54] erlassen, die in einzelnen Punkten von den Leitsätzen abweichen. Da die „Preußischen Bestimmungen“ [54] und deren Fassung von 1907 [55] nur in Preußen galten, blieben die „Vorläufigen Leitsätze“ [53] bis zum Erscheinen der ersten Bestimmungen des Deutschen Ausschusses für Eisenbeton (DAfEb) [56] im Jahre 1916 in großen Teilen Deutschlands die maßgebende Grundlage für die Bemessung und Ausführung von Eisenbetonbauwerken [89].

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Regeln für Übergreifungsstöße gerippter Stähle mit geraden Stabenden seit den 1970er-Jahren trotz geringer Verschiebungen aufgrund geänderter Regelungen zu Stoßanteilen, Stabdurchmessern und Verbundbereichen den heutigen Anforderungen entsprechen und bei Bestandsanalysen vor allem Schwierigkeiten bei Stößen von gerippten Stählen mit und ohne Endhaken der 1950er- und 1960er-Jahre mit Zulassung zu erwarten sind. Ebenso können infolge des zu günstigen Hakenabzugs Übergreifungsstöße mit Haken bzw. Winkelhaken der 1970er-Jahre nach DIN 1045:1972-01 [62] problematisch sein. Übergreifungsstöße nach Normen ab 1978 sind als unkritisch einzuschätzen.

Die Bestimmungen für Ausführungen von Bauwerken aus Beton und Eisenbeton [56] von 1916 wurden nahezu ohne Veränderung von allen deutschen Bundesstaaten eingeführt [90]. Die nachfolgenden Bestimmungen des DAfEb erschienen ab 1925 auch mit DIN-Nummern. Sie sind unterteilt für die Bemessung und Ausführung von Bauwerken aus Eisenbeton (DIN 1045:1925-09 [57]), von Stahlsteindecken (DIN 1046 [91]) und von Bauwerken aus Beton (DIN 1047 [92]). Diese drei Geltungsbereiche sind ab der Fassung der DIN 1045 von 1972 [62] wieder unter einer Normnummer zusammengefasst.

Festgestellte Abweichungen sind in jedem Einzelfall gesondert zu bewerten. Zunächst wird empfohlen, den vorhandenen Ausnutzungsgrad des Übergreifungsstoßes mit den tatsächlich im Stoßschwerpunkt vorhandenen Schnittgrößen unter Berücksichtigung aktuell verfügbarer Rechenmethoden zu ermitteln. Dabei kann die Anwendung modifizierter Teilsicherheitsbeiwerte (vgl. Abschn. 6) weiterhelfen. Ergänzend sollte im Rahmen der Bauzustandsanalyse in jedem Fall die tatsächliche Betondruck-

Die Fassungen der DIN 1045 [59], DIN 1046 [93] und DIN 1047 [94] von 1943 galten zunächst auch in der 1949 gegründeten Deutschen Demokra­ tischen Republik. Sie wurden ab 1963 durch die Fachbereichsstandards TGL 0-1045 [95], TGL 0-1046 [96] und TGL 0-1047 [97] ersetzt, weshalb in der nachfolgenden Tabelle 8 für den Zeitraum von 1963 bis 1990 die TGL-Standards im Geltungsbereich der ehemaligen DDR parallel angegeben sind. Mit der Einführung des Ein­

Tabelle 8 gibt einen Überblick über die wichtigsten Vorschriften zur Bemessung von Bauteilen des Beton- und Stahlbetonbaus in einzelnen Zeitperioden.

Des Weiteren sind die dazugehörigen Festlegungen zur Prüfung der Materialeigenschaften und -güte von Beton und Betonstahl für die jeweiligen Zeiträume angegeben.

Tabelle 8. Übersicht der Vorschriften des Beton- und Stahlbetonbaus sowie die dazugehörigen ­Festlegungen zur Prüfung der Materialeigenschaften und -güte von Beton und Betonstahl von 1904 bis heute 1

2

3

4

Zeitraum

Bemessung

Betoneigenschaften

Betonstahleigenschaften

1904 – 1907 Vorläufige Leitsätze 1904 [53] Preußische Bestim­ mungen 1904 [54]

–

–

2

1907 – 1916 Vorläufige Leitsätze 1904 [53] Preußische Bestim­ mungen 1907 [55]

Bestimmungen des DAfEb für Bauten aus Stampfbeton.

Normen für vergleichende Druckversuche mit Stampf­ beton 1908 [99]

Vorschriften des Vereins ­deutscher Eisenhüttenleute von 1911 [100]

3

1916 – 1925 Bestimmungen des ­DAfEb 1916 [56]

Anhang der Bestimmungen des DAfEb 1916 [56]

Vorschriften des Vereins ­deutscher Eisenhüttenleute von 1911 [100] DIN 488:1923-07

4

1925 – 1932 Bestimmungen des ­DAfEb 1925 → DIN 1045:1925-09 DIN 1046:1925-09 DIN 1047:1925-09

DIN 1048:1925-09

DIN 488:1923-07 DIN 1000:1923-10, 1930-07 DIN 1602:1924-06; 1927-04; 1929-08 DIN 1605:1924-06; 1929-07 DIN 1612:1924-09

5

1932 – 1937 Bestimmungen des ­DAfEb 1932 → DIN 1045:1932-04 DIN 1046:1932-04 DIN 1047:1932-04

DIN 1048:1932-04

DIN 488:1932-05 DIN 1000:1930-06 DIN 1602:1929-08; 1936-03 DIN 1605:1929-07 DIN 1612:1932-01

6

1937 – 1943 DIN 1045:1937-05 DIN 1046:1937-05 DIN 1047:1937-05

DIN 1048:1937-10

DIN 488:1932-05, 1939-03 DIN 1000:1930-06 DIN 1602:1936-03 DIN 1605 Blatt 1+2:1936-02 DIN 1612:1932-01

7

1943 – 1959 DIN 1045:1943-03; Ä:1943-12; Ä:1944-06; Ä:1952-07 DIN 1046:1943-08; 1957-03 DIN 1047:1944-04 DIN 4223:1951-03 DIN 4225:1943-12; 1951-02; 1953-08 DIN 4229:1943-01 DIN 4231:1949-07

DIN 1048:1944-04

DIN 488:1939-03 DIN 1602:1944-02 DIN 1605 Blatt 1+2:1936-02 DIN 1612:1943-03 DIN 50144:1944-10 DIN 50145:1952-06 DIN 50146:1951-05 Betonrippenstahl Richtlinie 1952/54 [68], [69]

I

I

I

I

I

I

I

1

I

heitlichen Technischen Vorschriftenwerks des Betonbaus (ETV Beton) lag bereits 1981 in der DDR ein Vorschriftenwerk auf Basis des semiprobabilistischen Sicherheitskonzepts vor, das jedoch wie auch alle anderen DDR-Standards mit der deutschen Wiedervereinigung im Jahr 1990 durch entsprechende DIN-Normen abgelöst wurde.

61

II

Historische Normen und Zulassungen des Beton- und Stahlbetonbaus

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Stand: November 2014 (homepage_Probekapitel)