Grundlagen der Erhöhung der Verbundtragfähigkeit äußerer Klebebewehrung durch selbstinduzierten (passiven) Anpressdruck infolge äußerer Umschließung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Innerhalb des Forschungsvorhabens wurde für durch geklebte CFK-Lamellen und Stahllamellen verstärkte Stahlbetonbauteile die den Verbund verbessernde Wirkung baustellenüblicher Umschließungen aus Stahl oder CF-Gelege untersucht. In Abhängigkeit von der Umschließungsart konnten charakteristische Kennlinien der Umschließung über Ausziehversuche ermittelt werden. Die Kennlinien zeigen den Zusammenhang zwischen der auf die Umschließung wirkenden Zugkraft und der sich dazu einstellenden Rissöffnung w. So wurde die Entwicklung eines selbstinduzierten oder passiven Anpressdrucks FAP in Form von Kraft-Öffnungsbeziehungen charakterisiert. Für die unterschiedlichen Umschließungsarten, Stahl (3 oder 6 mm Dicke) sowie CF-Gelege (1- oder 3-lagig), konnte so eine zu den jeweils untersuchten Parametern spezifische Kurvencharakteristik festgestellt werden, die durch 3 Versuche pro Umschließungsart und Geometrie verifiziert wurde. Die sich einstellende Kurvencharakteristik ist von mehreren Parametern abhängig. Im wesentlichen wird sie beeinflusst von der Verbundbruchkraft Tk,max , der Oberflächenzugfestigkeit des Betons fct , der Steifigkeit der Umschließung sowie den geometrischen Verhältnissen von Bauteil, Lamelle und Umschließung. Um in anschließenden Verbundversuchen den Zusammenhang zwischen der aufbringbaren Verbundkraft der Lamelle und dem durch die Umschließung induzierten Anpressdruck untersuchen zu können, musste zuerst ein Versuchsaufbau entwickelt werden, um die Kennlinien für die einzelnen Umschließungen reproduzierbar abzubilden. Über teilweise vorgespannte Federpakete ist es gelungen die zuvor ermittelten Linien nachzufahren. Für die Verbundversuche wurde ein neuer einschnittiger Versuchsaufbau entwickelt, mit dem es dann möglich war, momentfreie Lamellenbeanspruchungen zu erzeugen. Der selbstinduzierte Anpressdruck FAP bildete sich bei entstehendem Verbundriss durch die vertikale Bewegung der Lamelle auf die Federpakete gemäß der Kennlinien aus. In den Verbundversuchen konnte die traglaststeigernde Wirkung einer Umschließung gezeigt und durch Gegenüberstellung zu Versuchen ohne Anpressdruck qualitativ bewertet werden. Es war möglich einen direkten Zusammenhang zwischen dem Anpressdruck FAP und der Lamellenzugkraft Fl her zu stellen. Die Höhe der Lamellenzugkraft Fl bis zur beginnenden Wirkung des Anpressdrucks FAP wird im wesentlichen durch die Verbundbruchkraft Tk,max (max. Verbundbruchkraft ohne Umschließung) bestimmt. Dabei spielen die Oberflächenzugfestigkeit des Betons fct sowie die Breite bl und Dicke tl der Lamelle eine entscheidende Rolle. Nach Erreichen der Verbundbruchkraft Tk,max wird durch die Rissuferverschiebung w der Anpressdruck FAP aktiviert. Der Anpressdruck FAP führt aufgrund der Rissrauhigkeit zu einer Rissverzahnung der Rissufer im oberflächennahen Beton, die sich traglaststeigernd auswirkt. Mit dem aufgestellten Rechenansatz wird in Abhängigkeit des wirkenden Anpressdrucks FAP die daraus resultierende erhöhte Laschenzugkraft Fl ermittelbar; die durchgeführten Versuche werden analytisch abgebildet. Bei Kenntnis der geometrischen Randbedingungen zwischen Lamelle, Umschließung und Unterzug, der Steifigkeit der Umschließung sowie dem Umschließungsmaterial kann die Rissöffnungsbehinderung auch für alle nicht experimentell untersuchten Parameterkombinationen bestimmt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Increase of the Bond Capacity of Externally Bonded CFRP Plates no RC structures due to Self-induced Contact Pressure”. FRPRCS-8 University of Patras, Patras, Greece, July 16-18, 2007 ISBN 978-960-89691-0-0
Husemann, U.; Budelmann, H.
- „Influence of the external enclousure of RC beams strengthened with CFRP plates”. Proceedings of the 4th International Conference on FRP Composites in Civil Engineeting, CICE2008 July 22-24 Zürich, ISBN 978-3-905594-50-8
Husemann, U. Budelmann, H.
- „Increase of the bond capacity of externally bonded CFRP-plates on RC-structures due to self-induced contact pressure”. FRPRCS-9 University of Sydney, Australia, July 13-15, 2009
Husemann, U. Budelmann, H.
