Verstärkungen älterer Beton- und Spannbetonbrücken

288 Pages·2016·13.08 MB·German

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Dokumentation 2016
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Impressum
Auftraggeber
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Abteilung Sraßenbau
vertreten durch
Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Brüderstraße 53
51427 Bergisch Gladbach
Erstellt von
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martina Schnellenbach-Held
Dr.-Ing. Torsten Welsch
Dipl.-Ing. Silvia Fickler
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger
Dipl.-Ing. Karin Reißen
Bildnachweis
Straßenbauverwaltungen der Länder
Satz und Gestaltung/Druck
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Referat Z 32, Druckvorstufe/Hausdruckerei
Titelfotos
links oben und unten = © René Legrand, Rhün
rechts oben und unten = Straßenbauverwaltungen den Länder
Stand
Januar 2016
Verstärkungen älterer Beton-
und Spannbetonbrücken

Erfahrungssammlung
Dokumentation 2016

Auftraggeber: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Abteilung Straßenbau

vertreten durch

Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Brüderstraße 53
51427 Bergisch Gladbach

Projekt-Nr. BASt: FE 15.0570/2012/NRB

Erstellt von: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martina Schnellenbach-Held
Dr.-Ing. Torsten Welsch
Dipl.-Ing. Silvia Fickler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger
Dipl.-Ing. Karin Reißen

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Inhalt 2.6.1  Technik / Ausführung ................................. 25 
2.6.2  Anwendungsbereiche ................................ 26 
Abkürzungsverzeichnis ...................................... 7  2.6.3  Randbedingungen und
1  Einleitung ................................................... 9  Anwendungsgrenzen ................................. 27 
1.1  Veranlassung .............................................. 9  2.6.4  Bemessungsvorgaben, -regeln und
1.2  Zielsetzung und Vorgehen .......................... 9  Zulassungen .............................................. 27 
2  Stand der Kenntnisse 2.6.5  Vor- und Nachteile ..................................... 27 
Verstärkungstechniken .......................... 10  2.7  Sonderlösungen ......................................... 27 
2.0  Allgemeines ............................................... 10  2.7.1  Vorgespannte CFK-Lamellen..................... 27 
2.1  Zusätzliche Vorspannung .......................... 10  2.7.2  Aufgeklebte Stahllaschen .......................... 28 
2.1.1  Technik und Ausführung ........................... 10  2.7.3  Querschnittsergänzungen durch
2.1.2  Anwendungsbereiche ................................ 13  Spritzbeton mit zusätzlicher
Betonstahlbewehrung ................................ 30 
2.1.3  Randbedingungen und
Anwendungsgrenzen................................. 14  2.7.4  Querschnittsergänzungen mit Beton und
zusätzlicher Betonstahlbewehrung ............ 32 
2.1.4  Bemessungsvorgaben, -regeln und
Zulassungen .............................................. 15  2.7.5  Verstärkung mit Stahlkonstruktionen ......... 33 
2.1.5  Vor- und Nachteile ..................................... 15  3  Erfahrungssammlung
Brückenverstärkungen ............................ 35 
2.2  Querkraftverstärkung mit
3.0  Allgemeines ............................................... 35 
Stabspanngliedern oder Schublaschen
aus Stahl ................................................... 17  3.1  Zusätzliche Vorspannung .......................... 36 
2.2.1  Technik und Ausführung ........................... 17  3.1.1  Bestandsaufnahme: Beispiele
2.2.2  Anwendungsbereiche ................................ 18  Brückenverstärkungen ............................... 36 
2.2.3  Randbedingungen und 3.1.2  Gründe für die Verstärkungsmaßnahme ... 37 
Anwendungsgrenzen................................. 18  3.1.3  Ausführungsdetails .................................... 38 
2.2.4  Bemessungsvorgaben, -regeln und 3.1.4  Nutzungseinschränkungen ........................ 39 
Zulassungen .............................................. 18  3.1.5  Veränderung der Brückenklassen ............. 41 
2.2.5  Vor- und Nachteile ..................................... 19  3.1.6  Wirtschaftlichkeit ........................................ 42 
2.3  Aufbeton mit Verdübelung ......................... 19  3.2  Querkraftverstärkung mit
2.3.1  Technik / Ausführung ................................ 19  Stabspanngliedern oder Schublaschen
2.3.2  Randbedingungen und aus Stahl .................................................... 44 
Anwendungsgrenzen................................. 20  3.2.1  Bestandsaufnahme: Beispiele
2.3.3  Bemessungsvorgaben, -regeln und Brückenverstärkungen ............................... 44 
Zulassungen .............................................. 21  3.2.2  Gründe für die Verstärkungsmaßnahme ... 45 
2.3.4  Vor- und Nachteile ..................................... 21  3.2.3  Ausführungsdetails .................................... 45 
2.4  Zusätzliche Bewehrung in Nuten .............. 21  3.2.4  Nutzungseinschränkungen ........................ 46 
2.4.1  Technik / Ausführung ................................ 21  3.2.5  Veränderung der Brückenklassen ............. 47 
2.4.2  Anwendungsbereiche ................................ 22  3.2.6  Wirtschaftlichkeit ........................................ 48 
2.4.3  Randbedingungen und 3.3  Aufbeton mit Verdübelung ......................... 48 
Anwendungsgrenzen................................. 22  3.3.1  Bestandsaufnahme: Beispiele
2.4.4  Bemessungsvorgaben, -regeln und Brückenverstärkungen ............................... 48 
Zulassungen .............................................. 22  3.3.2  Gründe für die Verstärkungsmaßnahme ... 49 
2.4.5  Vor- und Nachteile ..................................... 22  3.3.3  Ausführungsdetails .................................... 49 
2.5  Aufgeklebte CFK-Lamellen ....................... 23  3.3.4  Nutzungseinschränkungen ........................ 50 
2.5.1  Technik / Ausführung ................................ 23  3.3.5  Veränderung der Brückenklassen ............. 50 
2.5.2  Anwendungsbereiche ................................ 23  3.3.6  Wirtschaftlichkeit ........................................ 51 
2.5.3  Randbedingungen und 3.4  Zusätzliche Bewehrung in Nuten ............... 51 
Anwendungsgrenzen................................. 24  3.4.1  Bestandsaufnahme: Beispiele
2.5.4  Bemessungsvorgaben, -regeln und Brückenverstärkungen ............................... 51 
Zulassungen .............................................. 25  3.4.2  Gründe für die Verstärkungsmaßnahme ... 52 
2.5.5  Vor- und Nachteile ..................................... 25  3.4.3  Ausführungsdetails .................................... 52 
2.6  In Schlitze eingeklebte CFK-Lamellen ..... 25  3.4.4  Nutzungseinschränkungen ........................ 53
6
3.4.5  Veränderung der Brückenklassen ............. 53 
3.4.6  Wirtschaftlichkeit........................................ 53 
3.5  Aufgeklebte CFK-Lamellen ....................... 53 
3.5.1  Bestandsaufnahme: Beispiele
Brückenverstärkungen .............................. 53 
3.5.2  Gründe für die Verstärkungsmaßnahme ... 54 
3.5.3  Nutzungseinschränkungen ........................ 54 
3.5.4  Veränderung der Brückenklassen ............. 55 
3.5.5  Wirtschaftlichkeit........................................ 55 
3.6  In Schlitze eingeklebte CFK-Lamellen ...... 56 
3.6.1  Bestandsaufnahme: Beispiele
Brückenverstärkungen .............................. 56 
3.6.2  Gründe für die Verstärkungsmaßnahme ... 56 
3.6.3  Ausführungsdetails .................................... 57 
3.6.4  Nutzungseinschränkungen ........................ 57 
3.6.5  Veränderung der Brückenklassen ............. 57 
3.6.6  Wirtschaftlichkeit........................................ 58 
Literatur .............................................................. 59 
Anhang: Erfahrungssammlung „Verstärkung
von Betonbrücken“
7
Abkürzungsverzeichnis

abZ OS-B, -C, -D
Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Oberflächenschutzsysteme nach ZTV-ING – Teil 3
Massivbau – Abschnitt 4 Schutz und Instandset-

zung von Betonbauteilen
BAB

Bundesautobahn
PCC-Mörtel

Zementmörtel/Beton mit Kunststoffzusatz
BASt

Bundesanstalt für Straßenwesen
PC-Mörtel

Reaktionsharzmörtel/Reaktionsharzbeton
BK 30, BK 30/30, BK 60, BK 60/30

Brückenklassen nach DIN 1072
SMA

Splittmastixasphalt
BW

Bauwerk
SLW

Schwerlastwagen
CFK-Lamelle

Kohlefaserlamelle
SPCC-Mörtel

Spritzmörtel/-beton mit Kunststoffzusatz
GA

Gussasphalt
SV-Beton

Selbstverdichtender Beton
HDW(S)

Höchstdruckwasserstrahlen
TBW

Teilbauwerk
Lkw

Lastkraftwagen
ZiE

Zustimmung im Einzelfall
LM 1

Lastmodell 1 nach DIN-Fachbericht 101

LSA

Lichtsignalanlage
8
9
1 Einleitung der Ertüchtigung (Erhöhung der Brückenklasse)
vermehrt verstärkt werden müssen.
1.1 Veranlassung
he Bundesautobahn
Die Anforderungen an Brückenbauwerke im Be- äc 30 Bundesstraße
nfl
stand haben sich in den vergangenen Jahren in- e
folge der steigenden Verkehrszahlen, vor allem im ück%]20
Bereich des Güterverkehrs, deutlich erhöht und Br[
werden laut aktuellen Studien in den nächsten an 10
Jahren weiter steigen (NAUMANN, 2011; BMVBS, nteil
2013). Vor allem die Beförderungsleistung auf A 0
Bundesfernstraßen hat in den vergangenen Jahr-
zehnten stark zugenommen (Bild 1). Dabei ist für
Brücken insbesondere die damit einhergehende Jahr
Zunahme des Schwerlastverkehrs entscheidend Bild 3: Altersstruktur der Brücken an Bundesfernstraßen be-
(NAUMANN, 2011), die sich auch in der Steige- zogen auf die Brückenfläche des Bundesfernstra-
rung des zulässigen Gesamtgewichts für Einzel- ßennetzes [%] (BMVBS, 2013)
und Sattelfahrzeuge von 22,5 Tonnen (t) im Jahr Darüber hinaus wurden die Bemessungsgrundla-
1950 auf aktuell 44 t (im kombinierten Verkehr) wi- gen und -ansätze der Einwirkungs- und Bemes-
derspiegelt (Bild 2). sungsnormen an neue Erkenntnisse angepasst.
So wurden in älteren Normengenerationen z.B. die
800 Beanspruchungen durch Temperatur oder die be-
g Prognosevon 2007 675,6
n sonderen konstruktiven Randbedingungen im Be-
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sleistkm]600 441,9 rcehiecnhd vboenr üKckospicphetlifgutg. eAnu fngircuhntd oddeerr enrhicöhht teanu sVreeri--
ungd. t400 346,3 kehrsbelastung, des schlechten Zustands und der
erMr
rd[200 169,9 unzureichenden normativen Grundlagen im Ent-
ö
ef 41,9 80 stehungszeitraum weist eine Vielzahl von Brücken
B 7,1 23,3
Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsdefizite
0
1950 ´60 ´70 ´80 ´90 2000 ´10 ´25 auf. Für die Bewertung der Defizite wurde die
Jahr Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken
im Bestand (BMVBS, 2011) erarbeitet. Da ein Er-
Bild 1: Entwicklung der Beförderungsleistung im Straßengü-
terverkehr (BMVBS, 2013) satzneubau der betreffenden Brücken in vielen
Fällen nicht möglich bzw. sinnvoll ist, gewinnt die
ht [t]50 *) für kombinierten V3e8rke4h0r 40 44*) 44 44 Ablnicakl ysaeu f mLöegislitcuhnegrs fVäehrigsktäerikt uunngds teWchirntsickheanf tilnic hHkieni-t
c40
wi 35 32,5 zunehmend an Bedeutung.
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g30
mt 22,5 24
sa20 1.2 Zielsetzung und Vorgehen
e
G
ul. 10 SLW60 SLW60/30 LM1 Ziel des Forschungsvorhabens ist zum einen die
z
0 Sammlung und Bewertung ausgewählter Verstär-
1950´51 ´56 ´60 ´65 ´87 ´92 ´94 ´03 ´12 kungsmaßnahmen, die bei der Instandsetzung und
Gültig ab Jahr Ertüchtigung von Betonbrücken durchgeführt wur-
Bild 2: Entwicklung des zulässigen Gesamtgewichts für den. Die Bewertung von Anwendbarkeit, Leis-
Einzel- oder Sattelfahrzeuge (BMVBS, 2013) tungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Verstär-
kungstechniken im Rahmen der Erfahrungssamm-
Durch die erhöhte Beanspruchung sowie durch
lung soll dazu beitragen, zukünftige Verstärkungen
verschobene Erhaltungsinvestitionen aus der Ver-
effektiver und wirtschaftlicher planen und umset-
gangenheit hat sich der anhand von Zustandsno-
zen zu können. Hierzu wird in Kapitel 2 zunächst
ten bewertete Zustand vieler Brücken in den letz-
der Stand der Kenntnisse der Verstärkungstechni-
ten Jahren deutlich verschlechtert (BMVBS, 2013).
ken vorgestellt. Kapitel 3 gibt einen Überblick über
Zudem treten aufgrund der Altersstruktur der Brü-
die von den Straßenbauverwaltungen und Ingeni-
cken vornehmlich in den alten Bundesländern ver-
eurbüros zur Verfügung gestellten repräsentativen
stärkt Schäden auf (Bild 3), sodass in Zukunft be-
Anwendungsfälle. Anschließend werden ausge-
stehende Betonbrücken im Rahmen der Instand-
wählte erfolgreiche Verstärkungsmaßnahmen (Po-
setzung (Beibehaltung der Brückenklasse) bzw.
10
sitivbeispiele) im Rahmen der Erfahrungssamm- Im Folgenden werden einzelne Aspekte zur Tech-
lung „Verstärkung von Betonbrücken“ vorgestellt. nik und Ausführung, wie die Eigenschaften der
Spannglieder und der Spanngliedführung sowie
2 Stand der Kenntnisse Besonderheiten bei der Herstellung von Veranke-
rungskonstruktionen, erläutert.
Verstärkungstechniken
Eigenschaften der Spannglieder
2.0 Allgemeines
Da die Herstellung eines kontinuierlichen Verbun-
des zwischen Brückenüberbau und Spannglied in
Im Folgenden werden wesentliche Aspekte und
der Regel zu kostenintensiv ist, wird bis auf wenige
Erkenntnisse zu den einzelnen Verstärkungstech-
Ausnahmen die ausführungstechnisch sicherere
niken vorgestellt. Neben Angaben zur Technik und
und einfachere sowie wirtschaftlichere Lösung der
Ausführung sowie der Anwendungsbereiche und
Vorspannung ohne Verbund gewählt (HAVE-
Leistungsfähigkeit werden jeweils die notwendigen
RESCH, 2000; SCHNELLENBACH-HELD, 2010).
Randbedingungen und Anwendungsgrenzen sowie
Als Spannglieder eignen sich hierbei alle dauerkor-
Vor- und Nachteile vorgestellt. Wesentliche Grund-
rosionsgeschützten Systeme, wobei hauptsächlich
lage der Literaturrecherche bilden der Schlussbe-
siebendrähtige Spannlitzen oder Drähte zum Ein-
richt des Forschungsvorhabens „Analyse mögli-
satz kommen, die durch Hüllrohre aus PE (Po-
cher Verstärkungsverfahren (Modul II)“ (HEGGER,
lyethylen) oder HDPE (High Density Polyethylen)
2013b) und der „Sachstandsbericht Verstärkungs-
geschützt werden (Bild 4). Innerhalb des Hüllroh-
verfahren“ (SCHNELLENBACH-HELD, 2010). Be-
res werden die Litzen zusätzlich durch Verpress-
züglich der Beschreibung der Defizite, die eine
material geschützt, wobei verschiedene Materialien
Verstärkung erforderlich machen, wird auf
(Zementmörtel, Wachse, Epoxidharze, Polyurethan
(SCHNELLENBACH-HELD, 2010) verwiesen.
und Fette) zum Einsatz kommen (HEGGER,
2013b). Somit weisen externe Spannglieder immer
2.1 Zusätzliche Vorspannung
einen mindestens doppelten (Hüllrohr und Ver-
pressmaterial), in der Regel sogar mehrfachen
2.1.1 Technik und Ausführung
Korrosionsschutz auf, da bei Verwendung von Mo-
nolitzen innerhalb eines Spanngliedes diese ihrer-
Ziel der nachträglichen Einleitung von Druck-
seits bereits über einen doppelten Korrosions-
spannungen in Brückenlängsrichtung ist es zum
schutz verfügen (WICKE, 2001).
einen, den Übergang vom ungerissenen (Zu-
stand I) in den gerissenen Zustand (Zustand II) so
zu verschieben, dass das Dekompressionsmoment
des Querschnitts gesteigert wird (Gebrauchstaug-
lichkeit). Zum anderen wird durch die zusätzlichen
Druckspannungen die Tragfähigkeit gesteigert, so-
dass höhere Beanspruchungen aufgenommen
werden können.
Für die Planung von Verstärkungen mit zusätzli-
chen Spanngliedern gelten grundsätzlich die für
Neubauten erstellten Vorgaben von
DIN EN 1992-2 und der Zulassungen für Spann-
glieder und Spannverfahren. Weitere Planungs-
grundsätze können den Erläuterungen zur „Richtli-
nie für Betonbrücken mit externen Spanngliedern“
entnommen werden, die zwar ebenfalls für Neu-
bauten konzipiert wurde, nach STANDFUSS
(1998b) aber auch bei Verstärkungen mit externen
Spanngliedern (z.B. bei der Konstruktion von Um-
lenkelementen) genutzt werden kann. Da eine
Verstärkungsmaßnahme Bauen im Bestand dar-
stellt, sind nach PONZEL (2005) Abweichungen
Bild 4: Aufbau externer Spannglieder nach ROMBACH
von der gültigen Norm eventuell sinnvoll. Die Ab-
(2001)
weichungen erfolgen in Abstimmung mit der zu-
Der Einbau der Spannglieder im Inneren des Hohl-
ständigen Straßenbauverwaltung.
kastens oder neben den Stegen von Plattenbalken