Die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs Holz sind durch eine hohe Tragfähigkeit in Faserrichtung und eine deutlich geringere Querzug- und Schubtragfähigkeit gekennzeichnet. Das Aufkleben von Furniersperrhölzern, das Einleimen von Verstärkungselementen, das Aufkleben von hochfesten Fasern und die Verwendung von selbstschneidenden Holzschrauben dienen der Verstärkung schräg zur Holzfaserrichtung. Im vorliegenden Beitrag wird die Verstärkung von vertikalem Brettschichtholz mittels eingeklebter, flächiger Glasfaserelemente beschrieben.

Vor dem Hintergrund des Ausbaus der europäischen Wasserstraßen wird ein Anwachsen des Binnenschiffsverkehrs erwartet. Dabei nehmen die Größe der Schiffe und der Anteil von Schiffen mit großem Ladevolumen zu. Während der Transport von Massengütern auf dem Wasserweg einerseits ökologische und ökonomische Vorteile bietet, birgt der anwachsende Schiffsverkehr andererseits auch zusätzliche Risiken in sich, insbesondere für die die Wasserstraßen kreuzenden Brücken. Die Mehrzahl der bestehenden Brücken wurde vor mehr als 30 Jahren gebaut und wurde in der Regel nicht für die horizontalen Anpralllasten nach den aktuellen Regelwerken bemessen. Im vorliegenden Beitrag wird neben einem Überblick über die theoretischen Grundlagen von Anprall-Vorgängen auf deren Berechnung mit numerischen Methoden eingegangen. An zwei Beispielen von historischen Brücken über den Main werden die Modellierung und die Vorgehensweise bei der Berechnung vorgestellt und Empfehlungen für die Behandlung vergleichbarer Aufgabenstellungen gegeben.

Reinforcement of historic bridges crossing the river Main considering the ship impact
A change in the ship traffic volume is expected as a result of upgrading of many European waterways. There is a correlation between an improved waterway passage, an increased ship size and higher frequency of larger ships. On the one hand, the ecological and economic advantages of the upgrading process cannot be disputed, but on the other hand, the changed shipping traffic results in additional risks, especially to bridge substructures. Most of the current bridges were built more than 30 years ago and were generally not dimensioned for horizontal forces expected from a ship impact according to modern codes. This paper provides some information on theoretical background of ship impact analysis and challenges associated with numerical modelling. In particular, it also provides two case studies of historical bridges over river Main. A detailed discussion of provided structural solution is provided along with recommendations.

Es wird über die Instandsetzung vorgeschädigter aus Gebäuden entnommener Stahlsteindecken berichtet, die durch betonstahlbewehrte oder stahlfaserbewehrte Ergänzungsschichten aus micro-silica-modifiziertem bzw. kunststoff-modifiziertem Spritzmörtel oder mit geklebten Stahllaschen verstärkt worden waren. Die gemessenen Traglaststeigerungen betrugen i. M. 100 bis 200 %. Es wird ein Rechenverfahren vorgestellt, mit dem das Trag- und Verformungsverhalten verstärkter Stahlsteindecken mit guter Übereinstimmung gemessener und berechneter Größen nachvollzogen werden kann. Die Schubtragfähigkeit ertüchtigter Deckenplatten kann mit Rechenansätzen aus Eurocode 2 zuverlässig vorherbestimmt werden. Zur Vermeidung vorzeitigen Schubversagens muß die zur Verstärkung angeordnete Biegebewehrung bis hinter die Auflager der Decken geführt und dort ausreichend verankert werden.

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Zur Entlastung der Druckzone von 33 m weit gespannten V-förmigen Spannbetonbindern werden in der Druckzone sogennante Druckspannglieder eingebaut.

Neue Entwicklungen und umgesetzte Verstärkungsmaßnahmen zeigen das Potenzial von Carbonbeton für die Ertüchtigung von Brücken im Bestand. Im Jahr 2020 wurden zunächst zwei Brückenbauwerke im Zuge der BAB A 648 mit Carbonbeton verstärkt. Im Jahr 2021 wird das dritte Teilbauwerk ebenfalls mit Carbonbeton verstärkt. Planung und Konzeption der Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton zur Sicherstellung eines ausreichenden Ankündigungsverhaltens bei Spannungsrisskorrosion sind Gegenstand des Beitrags. Aufgrund der besonderen Konstruktionsform des Tragwerks kamen im Hinblick auf die Untersuchung des Ankündigungsverhaltens erweiterte Rechenmethoden zum Einsatz. Das Tragwerk mit kurzen Endfeldern ist repräsentativ für zahlreiche Bauwerke im Bestand. Aufgrund der ungünstigen Stützweitenverhältnisse ergeben sich bei der Anwendung der sog. Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion für Straßenbrücken rechnerische Defizite bzw. Anwendungsgrenzen bei den Verfahren. Für den vorliegenden Fall wurde daher eine Monte-Carlo-Simulation zur Untersuchung des Ankündigungsverhaltens durchgeführt und in Verbindung mit einer Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton auch sichergestellt. Der vorliegende Beitrag fasst die rechnerische Vorgehensweise zusammen und zeigt die planerische Umsetzung der Verstärkungsmaßnahme.

Strengthening of a pre-stressed concrete bridge by using carbon reinforced concrete - extended methods regarding the crack-before-failure-criteria of bridges with pre-stressing steel which is vulnerable to stress corrosion cracking
New developments in the field of carbon reinforcement and realized strengthenings with carbon reinforced concrete have shown the potential of this method for existing bridges. In 2020, two bridge structures on the A 648 highway were initially strengthened with carbon reinforced concrete. In 2021, the third bridge superstructure will be reinforced with carbon reinforced concrete, too. Concept and development of the strengthening with carbon reinforced concrete to ensure the “crack before failure criteria” in case of stress corrosion cracking are the subject of the paper. Due to the special layout of the structure, advanced computational methods were used to investigate the “crack before failure criteria”. The superstructure with short end spans is representative for a lot of existing structures. Regarding unfavorable span conditions, the application of the german guidelines (Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion) for road bridges result in computational deficits or application limits for the methods. For the present case, therefore, a Monte-Carlo simulation of the load bearing behavior was carried out to ensure sufficient “crack before failure behaviour” by means of strengthening with carbon reinforced concrete. This article summarizes the computational procedure and shows the concept of the strengthening with carbon reinforced concrete.

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Bei dem Umbau der Ingenieurschule Zwickau in ein Finanzamt wurde eine über 100 Jahre alte Stahlbetondachkonstruktion mit Textilbeton verstärkt. Im Vergleich mit anderen Verstärkungsmöglichkeiten konnte nur eine Textilbetonverstärkung den Anforderungen des Denkmal- und Brandschutzes, des Architekten sowie des Bauherrn gerecht werden und die statischen Forderung erfüllen. Die Textilbetonschicht, aus Feinbeton und textiler Bewehrung, wurde mit Gesamtdicken von nur 1,0 bis 1,5 cm aufgetragen.

Bei der Verstärkung der West Gate Bridge in Melbourne werden neben angeklebten Kohlefaserlamellen zur Biegezugverstärkung erstmalig in großem Umfang auch Kohlefaserverbundwerkstoffe zur Vergrößerung der Torsionstragfähigkeit eines Spannbeton-Hohlkastenquerschnitts eingesetzt. Nach den Planungen der Straßen- und Brückenbaubehörde sollte die Brücke zunächst mit Hilfe externer Vorspannung und angeklebten Stahllaschen verstärkt werden. Im Rahmen der Ausschreibung zeigte sich jedoch, daß eine Verstärkung mit Kohlefaserverbundwerkstoffen erheblich wirtschaftlicher ist. Die Maßnahme wird mit deutscher Unterstützung realisiert.

Vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung wurde 2005 ein Pilotprojekt zur Anwendung von Stahl-Elastomer-Sandwich-Overlay zur Verstärkung von orthotropen Stahlfahrbahnen gefördert. Mit diesem wurde eine neue Technik getestet, mit der Brückenbauwerke gegen Gefährdungen aus stärker werdendem Verkehr ertüchtigt werden können.
Im folgenden Aufsatz werden das getestete Verfahren sowie Planung und Ausführung des Pilotprojekts an einer Autobahnbrücke der BAB A 57 in Krefeld beschrieben.

Die Brücke über die Sieg bei Menden/St. Augustin (Bonn) wurde 1929 nach Bauweise Melan gebaut. Der Bogen der Hauptöffnung ist oberhalb der Fahrbahn gespannt, die mittels Betonhängern an diesen angebunden ist. Nach diesem Prinzip wurden nur wenige Melan-Bögen ausgeführt, ein weiterer z. B. in Arnau über die Elbe. Im Jahre 2006 sollte die Brücke nach DIN-Fachbericht beurteilt und eingestuft werden. Der Aufsatz beschreibt den Bau und die Geschichte der Brücke sowie die Verstärkungsmaßnahme im Jahre 2007, welche aufgrund einer Überbeanspruchung der Hänger erforderlich wurde. Nur durch deren sofortige Verstärkung der überbeanspruchten Hänger konnte die Nutzung der Brücke durch den öffentlichen Nahverkehr und einen begrenzten Schwerverkehr sichergestellt werden. Zurzeit wird im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsstudie untersucht, ob durch weitere Verstärkungsmaßnahmen die Einschränkungen im Schwerverkehr aufgehoben werden können. Im Juni 2007 wurde die Brücke in die Denkmallisten der Städte St. Augustin und Troisdorf eingetragen. Herr Dr.-Ing. Rüdiger Beutel, der federführend an Nachrechnung und Verstärkung der Brücke beteiligt war, verstarb völlig unerwartet im Juni 2007. Ihm ist dieser Beitrag gewidmet.

Die in den Jahren 1964 bis 1967 erbaute Autobahnbrücke Brunau Süd (Zürich, Schweiz) wurde im Jahr 2000 einer eingehenden Zustandsüberprüfung unterzogen. Bestandteil der Untersuchungen war die Überprüfung der Tragsicherheit des Überbaus. Es zeigte sich, daß Stege und Querträger den normgemäßen Anforderungen nicht genügen, worauf ein Verstärkungsprojekt zu erarbeiten war. Die Brücke wurde in der Folge auf neue Lager gesetzt; hierzu war der Bau von Hammerköpfen erforderlich, die mit Hilfe von Selbstverdichtendem Beton erstellt wurden. Im vorliegenden Beitrag wird über die Ausgangslage, die rechnerische Überprüfung und die Suche nach einer gestalterisch und technisch vertretbaren Verstärkungsmaßnahme berichtet. Die in der Schweiz erstmalige Anwendung von Selbstverdichtendem Beton für hoch beanspruchte Tragwerksteile wird beschrieben, und es werden Besonderheiten hervorgehoben, die im Umgang mit bestehender Bausubstanz zu beachten sind.

Wenn man Vollwand- und Kastenträgerbrücken, die vor der bauaufsichtlichen Einführung des DASt-Ri. 012 gebaut wurden, nach letzterer oder nach DIN 18800 Teil 3 nachrechnet, stellt man fest, daß weite Bereiche dieser Brücken keine ausreichenden Beulsicherheiten mehr aufweisen. Die erste Frage, die sich stellt, ist: Wie kann man die rechnerisch ausgebeulten Stegbleche dieser Brücken ertüchtigen, um die Beulsicherheiten anzuheben? Diese Frage gewinnt zur Zeit immer mehr an Bedeutung, da viele Brücken davon betroffen sind, wie z. B. die Sinntalbrücke im Zuge der A7, die Hasetalbrücke im Spessart und die Donaubrücke Sinzing vor Regensburg im Zuge der A3. In diesem Beitrag werden einige Verstärkungsmaßnahmen vorgestellt. Am Beispiel eines Beulfeldes im Stützbereich einer existierenden Brücke wird mit Wirkung einer geeigneten Verstärkungsmaßnahme aufgezeigt.

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Zwischen der Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen und der Kohlendioxid-Freisetzung, welche für die weltweite Klimaveränderung hauptsächlich verantwortlich ist, besteht ein direkter Zusammenhang. Der jährliche Kohlendioxid-Ausstoßauf Grund der Gebäudebeheizung von 220 Mt/a im vereinten Deutschland kann auf bis zu 60 Mt/a gesenkt werden, wenn es gelingt, den Wärmeschutz und die haustechnischen Anlagen der Gebäude zu verbessern. Wesentlich dabei ist, daß die Verbesserungsmaßnahmen den Altbau erreichen.

Es wird über eine neue Technik zur Verstärkung älterer Betonbrücken durch Zusatzbewehrung berichtet. Dabei werden Schlitze oder Nuten durch Hochdruckwasserstrahl im Bauteil hergestellt und nach dem Einlegen der zusätzlichen Bewehrung durch Spritzbeton bzw. bei waagerecht liegenden Flächen durch einen fließfähigen Feinkornbeton gefüllt. Auslegungskriterien für die Verstärkung werden vorgestellt und Beispiele für die Anwendung gezeigt.

Nachträgliche Verstärkungen wirken nicht für Eigengewichte. Ohne ein Anheben oder Vorspannen bleiben durch sie erzeugte Spannungen im Bestand eingeprägt und lagern sich erst bei erheblicher Rissbildung auf die Verstärkung um. Zur Lösung wird hier eine Temperierung von außen vorgeschlagen (Temperaturinduktion). Sie ist nutzbar für statisch unbestimmte Tragwerke und dient der Verstärkung der Biegetragfähigkeit mit nachträglich eingeschlitzter Bewehrung.
Grundprinzip ist das planmäßige Einbringen von Temperaturgradienten. Damit lassen sich Schnittgrößen beliebig verändern. Die Eigengewichtsmomente werden derart mit induzierten Zwangsspannungen aus der Temperatur überlagert, dass die zu verstärkenden Bereiche entlastet sind. Es folgen Verstärkung und Rückgang der Temperierung. Die Verstärkung ist dann bereits für die Aufnahme des Eigengewichts wirksam. Die Methode wird an einem Zweifeldträger im Labor umgesetzt und für die Verstärkung der Stützbewehrung bei hohen bzw. geringen Eigenlasten demonstriert.

Strengthening of reinforced concrete structures with temperature induction
Subsequent strengthening is not effective for dead loads. Without lifting or pre-stressing, stresses generated by dead loads remain imprinted into the existing member and are not transferred to the additional reinforcement before considerable cracks have formed. Controlled external temperature induction yields a solution to this problem as suggested here. It can be used for statically indeterminate structures and increases the bending resistance due to reinforcement subsequently glued into slots.
The fundamental idea is a systematic induction of temperature gradients. This enables to alter internal forces as required. The bending moments due to dead load are superimposed with stresses induced by temperature constraints so that regions which require strengthening are relieved. Once strengthening is applied the temperature gradient is lowered. This way, strengthening already contributes to carry the dead load. The method is exemplified on two-span girders in the lab. Its potential is demonstrated by strengthening of the reinforcement at the internal support on high and low dead load levels.

Der Aufsatz beschreibt die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen zur Wirkung einer Textilbetonverstärkung an 2 m langen Stützen mit und ohne innen liegender Stahlbewehrung. Die Verstärkung mit textilbewehrtem Beton wurde auf zwei verschiedene Weisen ausgeführt, sowohl als vollständige Umwicklung über die gesamte Länge der Stützen als auch als teilweise Verstärkung über eine Länge von 30 cm in den Lasteinleitungsbereichen. Die einzelnen Anteile am Tragverhalten der verstärkten Stützen wurden untersucht. Ein einfaches Berechnungsmodell wird angegeben.

Strengthening of Columns using Textile Reinforced Concrete (TRC)
In the context of rehabilitation and repair works or in the course of usage changes of existing buildings the planning engineer frequently is confronted with the task of strengthening the loadbearing structure. This can become necessary, for example, if live loads are increased because of changes of use or if the structural safety of a building must be restored after a fire or earthquake. Particularly columns represent important components and elements of the static system for many buildings, whose main task is bearing normal forces.
The results of experimental tests on the effect of a strengthening from textile reinforced concrete at 2 m long columns, both with and without internal steel reinforcement, are described in this article. The strengthening with textile reinforced concrete was made both wrapping round completely along the full height of the columns and partly wrapping round the columns along 300 mm in the load introduction ranges. Related to the unstrengthened reference columns ultimate load increasings by up to 85% could thereby be achieved. The individual components of the load bearing properties are analysed. A simple calculation model is indicated.

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Lamellen aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff (CFK-Lamellen) oder Kohlenstoffaserfolien (CF-Folien) als geklebte äußere Bewehrung für die Bauwerksverstärkung haben gegenüber Stahllaschen wesentliche Vorteile. Diese ergeben sich aus ihrer sehr hohen Kurzzeit- und Ermüdungsfestigkeit bei geringstem Gewicht und dem hervorragenden Widerstand gegen chemische Angriffe. Es wird ein Überblick über die Werkstoffe, ihre Eigenschaften, das Tragverhalten CFK-verstärkter Biegebauteile sowie deren Bemessung gegeben. Probleme des Verbundversagens werden angesprochen und abschließend einige der bisherigen Anwendungen beschrieben.