Thermisch geregelte Vorspannung geklebter Stahllamellen zur Verstärkung von Plattentragwerken am Beispiel von Stahlbetonbrücken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Mark; Professor Dr.-Ing. Thomas Meurer
• Fachliche Zuordnung: Architektur, Bau- und Konstruktionsgeschichte, Bauforschung, Ressourcenökonomie im Bauwesen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530162299

Das Transferprojekt baut auf dem seit Ende 2021 laufenden Forschungsprojekt „Aktiv geregelte thermische Induktion zur Verstärkung von Stahlbetontragwerken“ (Projektnummer 458161128) auf. Es behandelt die nachträgliche Verstärkung von Plattentragwerken aus Stahlbeton mit angeklebten Stahllamellen, welche mit planmäßiger Temperierung vorgespannt werden. Ziel des Transfers ist es, die grundlegende Methode der geregelten Induktion in die Praxis zu übertragen. Dies erfolgt bis zur prototypischen Anwendung an einer realen Plattenbrücke in Schwerte (NRW). Dazu arbeiten Forscher aus den Bereichen des Massivbaus und dem Digital Process Engineering mit drei Praxispartnern zusammen, nämlich einer Baufirma für die Entwicklung der Applikationstechnik der Stahllamellen, Straßen.NRW als Eigentümer der Brücke und steuernder Experte aus Sicht eines Baulastträger sowie einem Kleberhersteller zur Übertragung der aus dem Karosseriebau bekannten Heißklebetechnik auf die Nutzung an gealterten Betonoberflächen. In Abgrenzung zum Grundlagenprojekt wird die Methode der Biegeverstärkung von eingeschlitzter, interner Stabbewehrung nun auf äußerlich applizierte Stahllamellen übertragen. Zudem wird das Verfahren von Stab- auf Plattentragwerke erweitert. Die Methode wird aus dem Labor hin zur Anwendung unter ambienten Umgebungsbedingungen erweitert und auf reale Bauwerksabmaße hochskaliert. Ziele des Projekts sind die Identifikation geeigneter Klebertypen und -konfigurationen, die Entwicklung und Implementierung einer robusten Temperaturregelung und die Verifikation des Verfahrens unter praxisnahen Bedingungen. Dazu sind experimentelle Untersuchungen und modellbasierte Analysen bei sukzessiver Steigerung der Größenskala sowie der Komplexität zu verknüpfen. Sie münden in der gemeinsamen, prototypischen Umsetzung an der Brücke vor Ort. Besondere Herausforderungen ergeben sich im Applikationsprozess. Dazu sind die interagierenden, teils konkurrierenden, Parameter von Temperaturen, Klebeschichtdicke und Dauer der Wärmebehandlung zu konfigurieren. Zugleich sind Kriechverluste in der Kleberschicht zu quantifizieren, in der Temperaturregelung auszugleichen und zu minimieren. Die realen Randbedingungen, wie degradierte Oberflächen und ambiente Einflüsse aus wechselnden Umgebungstemperaturen oder Feuchte, sind für eine robuste Verstärkung zu berücksichtigen. Zur Endverankerung der Stahllamellen wird die Idee einer Temperaturgradierung über die Lamellenlänge verfolgt. Die Temperatur wird dabei zum Lamellenende planmäßig reduziert, und mit ihr die Schubspannungen zum Beton, so dass kein ungewolltes Betonabplatzen an der äußeren Krafteinleitung auftritt. Gleichzeitig wird volle Vorspannwirkung in Lammellenmitte gehalten. Aus Sicht der Regelung sind geeignete Sensorplatzierungen und Stellen der Wärmeinduktion bzw. additiver Kühlung für die Temperaturregelung zu ermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Bauunternehmung Gebr. Echterhoff GmbH & Co. KG; Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen (Straßen.NRW)
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. David Sanio