Kurzbeschreibung P09.072

Viele ermüdungsbeanspruchte Stahlkonstruktionen weisen einen enormen Sanierungsbedarf auf. Insbesondere der durchschnittliche Zustand der Eisenbahn- und Straßen-Brückenbauwerke hat sich in den vergangenen Jahren deutlich verschlechtert. Viele ältere Straßenbrücken wurden mit unzureichender Ermüdungsfestigkeit konstruiert und gebaut. Hinzu kommt, dass das Verkehrsaufkommen, der Schwerverkehrsanteil, das Gesamtgewicht und die Achslasten insbesondere von Lastkraftwagen in den vergangenen Jahrzehnten ständig anwuchsen. Dies führt zu erhöhten Beanspruchungen der Brückenkonstruktionen und einem erheblichen Zuwachs an Ermüdungsschäden. Da aus volkswirtschaftlichen und bautechnischen Gründen die Bestandsbauwerke nicht ohne Weiteres durch Neubauten ersetzt werden können, ist die Instandsetzung und Ertüchtigung unumgänglich.

Derzeit werden im Stahlbrückenbau ermüdungsgeschädigte Bauwerke meist durch „Ausfugen und Reparaturschweißen“ saniert und teilweise durch Verstärkungsmaßnahmen lokal ertüchtigt. Der Nachteil dieser Methode ist der infolge des Schweißens entstehende Wärmeeintrag und die sich negativ auswirkenden Eigenspannungen, was oftmals innerhalb kurzer Zeit zu erneuten Ermüdungsrissen führt. Ein weiteres übliches Verfahren ist das lokale Verstärken durch Aufschrauben von Stahlblechen oder -winkeln zur Verhinderung einer Rissausbreitung. Bei dieser Methode kommt es jedoch zu einer zusätzlichen Querschnittsschwächung des Bauteils.

Ein neuartiges Sanierungskonzept hat das Ziel durch die Applikation von Fa-serverbundwerkstoffen und den Einsatz der Klebtechnik die Restnutzungsdauer bestehender Brücken und weiterer ermüdungsbeanspruchter Stahlkonstruktionen zu erhöhen. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zeichnen sich durch ihre hohe Zugfestigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul bei gleichzeitig sehr geringem Eigengewicht aus. Weiterhin sind CFK-Lamellen korrosions- und ermüdungsbeständig. Ein großer Vorteil der Sanierung mit CFK-Lamellen ist die Möglichkeit, diese vorzuspannen. Die Vorspannung der Lamelle verhindert das Wachstum von Ermüdungsrissen durch gezielte, sich überlagernde Druckspannungen. Hierzu ist der Einsatz spezieller Vorspannsysteme notwendig.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, sowohl durch Grundlagenuntersuchungen als auch durch Beispielanwendungen zu zeigen, dass eine Sanierung von geschädigten Stahlbauteilen durch aufgeklebte CFK-Lamellen oder CFK-Sheets eine effiziente Alternative und geeignete Ergänzung zu bisher üblichen Sanierungsmaßnahmen darstellt.

Folgende Arbeitsziele sollen durch das Forschungsprojekt erreicht werden:

• Definition und Kategorisierung bemessungsrelevanter Einwirkungsparameter und ihrer Charakteristika unter besonderer Berücksichtigung des Trag- und Verformungsverhaltens von CFK-Stahl-Klebverbindungen
• Entwicklung und Untersuchung praxisgerechter Vorspanntechniken
• Erfassung des Trag- und Verformungsverhaltens sowie auftretender Versagens-mechanismen der geklebten Verbindung unter statischer und ermüdungswirksamer Beanspruchung
• Erarbeitung und Validierung eines Fertigungskonzeptes für geklebte CFK-Lamellen zur Ertüchtigung von Stahlkonstruktionen