Berechnungsmodell zur thermischen Vorspannung nachträglich ergänzter Bewehrung

Abstract

Zentrale technische Einschränkung vieler Verstärkungsmaßnahmen ist, dass diese nicht für das Konstruktionseigengewicht wirksam sind. Zur Lösung wird für statisch bestimmte Tragwerke die gezielte Temperierung von in Schlitzen ergänzten Bewehrungsstäben vorgeschlagen. Ziel ist es, die Stäbe, die in ein Vergussmaterial eingebettet sind, thermisch vorzudehnen und somit an die Dehnung der Initialbewehrung anzugleichen. Die Verbundwirkung mit dem erhärteten Vergussmaterial verhindert nach dem Stoppen der Wärmezufuhr und dem damit verbundenen Abkühlen die Rückverformung der Stäbe. Dadurch entsteht eine Vorspannkraft, die dem Biegemoment aus dem Eigengewicht entgegenwirkt und die Zugzone des Bestandsquerschnitts entlastet. Im Beitrag wird ein analytisches Berechnungsmodell für das Verstärkungsverfahren vorgestellt und hergeleitet. Dieses wird anhand numerischer Berechnungen und in einer ersten experimentellen Umsetzung verifiziert. Die wesentlichen Einflussgrößen auf die Wirksamkeit der Verstärkung werden im Rahmen von Parameterstudien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die thermische Vorspannung von nachträglich ergänzten Bewehrungsstäben effektiv möglich ist und mit dem Berechnungsmodell die daraus resultierende Wirkung, je nach untersuchten Randbedingungen, mit einer Genauigkeit von 80 bis 97 % erfasst werden kann. Die Genauigkeit steigt mit zunehmender Querschnittshöhe, einer geringeren Ausgangstemperatur des Querschnitts sowie einer geringeren Wärmeleitfähigkeit des Betons im Initialquerschnitt.