Tragverhalten von Verbundfugen zwischen normalfestem Beton und ultrahochfestem Aufbeton unter Ermüdungsbeanspruchung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Vincent Oettel
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575543319

Viele Stahlbeton- und Spannbetonbrücken müssen aufgrund des stetig steigenden Verkehrsaufkommens und des hohen Schwerverkehrsanteils langfristig ersetzt oder verstärkt werden. Ein Erhalt bestehender Brücken durch geeignete Verstärkungsmaßnahmen stellt fast immer die nachhaltigste, wirtschaftlichste und schnellste Lösung dar. Eine vielversprechende Verstärkungsmaßnahme ist dabei die nachträgliche Aufbetonergänzung aus stahlfaserbewehrtem Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC). Aufgrund der sehr hohen Festigkeiten und der hohen Widerstandsfähigkeit kann eine dünne UHPC-Ergänzung als direkt befahrene Fahrbahnplatte eingesetzt werden. Durch den Verzicht auf einen Fahrbahnbelag wird das Eigengewicht des Überbaus (nahezu) nicht erhöht, sodass keine höheren Beanspruchungen im Überbau, in den Unterbauten und im Baugrund auftreten. Unter der Voraussetzung eines starren Verbundes zwischen dem normalfesten Altbeton (NSC) und dem UHPC-Aufbeton stellt sich ein monolithisches Bauteilverhalten ein und der Querschnitt kann entsprechend bemessen werden. Die schubfeste Verbindung kann durch Haftverbund und Reibung sowie durch eine ggf. angeordnete Verbundbewehrung gewährleistet werden. Da UHPC eine hohe Haftzugfestigkeit aufweist, ist eine aufwendig herzustellende Verbundbewehrung aus statischer Sicht häufig nicht erforderlich, was den Zeit- und Kostenaufwand für die Verstärkungsmaßnahme erheblich reduziert. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass Brücken hohen Ermüdungsbeanspruchungen ausgesetzt sind, sodass der Ermüdungswiderstand der Verbundfugen zwischen NSC und UHPC von entscheidender Bedeutung für die Wirksamkeit der Verstärkungsmaßnahme ist. Da hierzu bisher nur sehr wenige Untersuchungen vorliegen, ist zurzeit unklar, inwieweit sich zyklische Beanspruchungen auf das Verbundverhalten zwischen NSC und UHPC auswirken. Das Degradationsverhalten von UHPC-NSC-Verbundfugen unter zyklischer Beanspruchung ist derzeit nicht einmal ansatzweise verstanden. Im Rahmen des Vorhabens werden daher grundlegende Untersuchungen zu den Schädigungsprozessen und -mechanismen von UHPC-NSC-Verbundfugen (ohne Verbundbewehrung) unter Ermüdungsbeanspruchung durchgeführt. Hierzu erfolgen systematisch abgestufte experimentelle Untersuchungen an klein- und großformatigen Probekörpern, die Zug-, Schub- und Balkenversuche unter zyklischer Beanspruchung umfassen. Die Dokumentation der Versuche erfolgt durch mechanische Messverfahren und bildgebende Verfahren, die anschließend ausgewertet und analysiert werden. Diese Ergebnisse werden durch numerische Untersuchungen (FEM) ergänzt. Auf Grundlage der gewonnenen Ergebnisse sowie der in der Literatur verfügbaren Ergebnisse soll ein Ansatz für den Ermüdungswiderstand von UHPC-NSC-Verbundfugen abgeleitet werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das Schädigungsverhalten von UHPC-NSC-Verbundfugen unter zyklischer Beanspruchung zu erfassen, zu verstehen, zu beschreiben und zu prognostizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen