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.

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.

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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.

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.

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.

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.

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.

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.

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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.

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

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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.

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.

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.

Oberflächig geklebte Kohlefaserlamellen (CFK) werden seit vielen Jahren zur Bauteilverstärkung eingesetzt. Die hohe Festigkeit dieser Lamellen kann aufgrund der begrenzten Zugkapazität des Betons nicht zur Gänze ausgenutzt werden. Eingeschlitzte CFK Lamellen hingegen bieten wesentliche Vorteile, die zusammen mit Vorspannung noch weiter optimiert werden können. Für den Vorspannvorgang wurde eine spezielle Verankerung, auf Basis der Composite Wedge Technik, entwickelt, die einfaches und rasches Vorspannen erlaubt. Die Verankerung ist zudem nur 8 kg schwer, was besonders vorteilhaft beim Hantieren an der Tragwerksunterseite ist. Nach dem Vorspannen wird die Verankerung entfernt, die permanente Verankerung der Lamellenenden wird durch nachträgliches Verkleben gewährleistet. Es verbleiben keine Stahlteile im oder am Bauwerk. So zeichnet sich die Konstruktion durch geringen Wartungsaufwand und hohe Dauerhaftigkeit aus. Die Effizienz der entwickelten Systeme wurde an vorgespannten Plattenstreifen experimentell untersucht. In den Untersuchungen konnte die Funktionsfähigkeit nachgewiesen werden.

Strengthening using Prestressed Near Surface Mounted Strips
Exernally bonded carbon fiber reinforced plastic (CFRP) strips are used since several years for strengthening of structures. The high strength of the strips cannot be exploited in most applications. Near surface mounted strips offer several advantages, which allow for further optimization together with prestressing. For the prestressing action a special anchoring device, based on the Composite Wedge Principle, was developed, which allows a simple and quick prestressing procedure. Additionally the anchorage weighs only 8 kg, which is especially beneficial when manipulations on the lower surface of the structure are necessary. The anchorage will be removed after prestressing and the permanent anchorage of the ends of the strips will be established by bond. No steel parts remain in the structure, after completing the strengthening. This results in low maintenance and a high durability. The efficiency of the developed systems and the prestressed plate strips was examined experimentally. In these investigations a perfect functionality could be demonstrated.

Reine Stahlbrückentragwerke mit orthotroper Fahrbahnplatte für schlanke sowie weitgespannte Tragwerke wurden im deutschsprachigen Raum sehr häufig in den 60er und 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts errichtet. Bei der konstruktiven Auslegung stand die reine Tragsicherheit im Vordergrund, ohne rechnerische Nachweise der Ermüdungsfestigkeit des Fahrbahndecks. Der dramatische Zuwachs des Schwerverkehrs im europäischen Straßennetz in Hinblick Achslasthöhe und Schwerverkehrsfrequenz bedeutet, dass aktuell - nach etwa 50 Betriebsjahren - mitunter die rechnerische Restlebensdauer bereits erschöpft ist. Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse eines Forschungsprojekts dargestellt, mit dem herausfordernden Ziel, die bituminösen Fahrbahnbeläge durch eine Platte aus Hochleistungsbeton zu ersetzen, so dass zumindest weitere 50 Betriebsjahre möglich werden.

Strengthening of orthotropic steel decks using UHPC-concrete for additional at least 50 years in service.
Steel orthotropic bridge decks for slender and long spanned girder bridges were frequently built in the 60ties and 70ties of the last century in the German-speaking countries. In the design of such bridge decks only the ultimate load carrying capacity was considered, without fatigue aspects. Due to the dramatic increase of heavy traffic in the European road network, sometimes the calculated remaining fatigue life is exhausted, after only 50 years of service life. In the paper the relevant results of a research project are presented, with the challenging aim to increase the service life of such orthotropic bridge decks to at least 50 years after strengthening.

Bestehende turmartige Bauwerken, wie Industrieschornsteine, Maste, Funktürme und alte, oft stillgelegte Schornsteine, die im Zeitalter des Mobilfunks z.B. als Antennenträger dienen, erfordern oftmals Verstärkungen. Der Beitrag beschreibt einige Verstärkungsmethoden von Betontürmen, Mauerwerktürmen und Betonmasten. Die dargestellten Verstärkungsmaßnahmen beziehen sich auf Standorte im Mobilfunk- und im reinen Industriebau.

Die Instandsetzung der Hängebrücke über die Saar in Mettlach sollte nach der bereits 2013 erfolgten Fahrbahntafelerneuerung mit dem Ersatz der seitlich angebauten Gehwege und der Ergänzung um einen Radweg sowie einem Korrosionsschutz für die Brückentafel in 2013/14 abgeschlossen werden. Diese Arbeiten wurden, wie die erste Maßnahme, mit der Vorgabe, den öffentlichen Verkehr im Brückenbereich aufrechtzuerhalten, ausgeführt. Während der Instandsetzungsarbeiten wurden jedoch gravierende Schäden an den Hauptträgern festgestellt. Der Bericht beschreibt die damit verbundenen Umstände und die Lösungsansätze, die bei der Brückeninstandsetzung just in time entwickelt werden mussten. Dabei stand alles unter der Prämisse, den Verkehr auf und unter der innerstädtischen Brücke ohne größere Beeinträchtigungen aufrecht zu erhalten.

Strengthening and restoration of the suspension bridge in Mettlach, Germany - Bridge renovation under continuous traffic.
It was planned to finish the 2013/14 renovation of the suspension bridge Mettlach after the installation of lateral mounted pedestrian walkways, extended by a bicycle path and after the completion of painting works of the bridge deck. These works had to be executed while public traffic was still on the bridge, same as the first measure in 2013. While processing the renovation serious damages at the main beams were detected. This report describes the circumstances of the handling and the solutions that have been developed to solve the task of repair. All this had to be done just in time under the premise to maintain the traffic of the urban bridge without major impairments.

Bei der Verstärkung von Betonstützen mit Spritzbeton wurde bisher davon ausgegangen, daß sich der neue Beton voll am Mittragen beteiligt. Dies wird im vorliegenden Bericht in Frage gestellt. Bei den Ableitungen musste mit relativ groben Näherungen gearbeitet werden. Aber bei den grossen Streuungen des Einflusses von Hydratationswärme, des Schwindens und der Relaxation des jungen Betons mit entsprechend unvermeidbaren Unsicherheiten, hat es keinen Sinn "genaue" Rechenverfahren anzustreben.

Diese Untersuchung hatte zum Ziel, das Trag- und Verformungsverhalten von Verbundträgern aus Brettschichtholz und kohlenstoffaserverstärkten Kunststoff(CFK)-Lamellen zu untersuchen, die durch vertikale Anordnung eine günstigere Übertragung von Scherspannungen ermöglichen bzw. durch eine Abreißfolie eine optimierte Oberflächenbeschaffenheit besitzen. Die CFK-Lamelle mit Abreißfolie muß auf der Folienseite nicht angerauht werden und benötigt keine Reinigung vor der Applikation und kann somit effizienter appliziert werden. Es wurde die Lamelle Carboplus (R) 160/2800, Fa. Bilfinger Berger Aktiengesellschaft in zwei Ausführungsvarianten für diese Untersuchung verwendet.

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Während der Nutzungsdauer von Fachwerksystemen ist es häufig notwendig, deren Tragfähigkeit zu erhöhen; die Konstruktion muß verstärkt werden. In zahlreichen Fällen empfiehlt es sich, die Sicherheit solcher Konstruktionen - genauer als bisher - auf der Grundlage der Überlebenswahrscheinlichkeit sog. minimaler kritischer Mengen von Konstruktionselementen zu berechnen, wobei deren Tragfähigkeit mit Hilfe der Methode des Knotengrenzgleichgewichts bestimmt wird. Das größere Datenangebot über die bereits bestehende Konstruktion kann gesondert berücksichtigt werden. Ein Rechenbeispiel zeigt die Vorgehensweise.

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