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Vorspannen - nicht kleben! Eine Keilverankerung erschliesst die Reserven der CFK-Lamellen

Burtscher, Stefam Lothar

Bei der nachträglichen Festigkeitserhöhung von Tragwerken kann durch Vorspannen der CFK-Lamellen, die bisher schlaff aufgeklebt wurden, der Materialbedarf um bis zu 80 % reduziert werden. Zur einfachen Vorspannung der Lamellen wurde an der TU Wien ein zum Patent angemeldetes Vorspannsystem entwickelt. CFK-Lamellen werden in Dicken von 1.2, 1.4 und 1.8 mm sowie Breiten zwischen 50 und 100 mm angeboten. Zur nachträglichen Tragwerksverstärkung (z.B. bei Brücken) werden die Lamellen schlaff an das Bauwerk angeklebt. Diese Art der Anbringung nutzt die Zugspannungsreserven der CFK-Faser jedoch nur zu ca. 8 % aus. Durch Vorspannung der Lamellen erreicht man gegenüber einer schlaffen Bewehrung Materialeinsparungen zwischen 50 und 80 %. Das bisher übliche Vorspannverfahren verwendete eine einfache Keilverankerung aus Stahlkeilen im Ankerkörper. Diese Keile verursachen durch ein Maximum des Anpressdruckverlaufs an der Keilspitze einen hohen Querdruck im CFK. CFK ist stark querdruckempfindlich. Die Lamelle wird dann bereits bei einer niedrigen Zugbelastung zerstört. Die neu entwickelte Keilverbindung benutzt Keile, die aus zwei Schichten mit unterschiedlichen Dicken und unterschiedlichen Elastizitätsmodulen aufgebaut sind. Die gleichmäßige oder ansteigende Verteilung des Anpressdrucks wird durch Variation der Elastizitätsmodule und des Schichtdickenverhältnisses von lastnahem und lastfernem Ende der Keile erreicht. In Versuchen wurden bei Lamellen mit 1.5 mm Dicke Wirkungsgrade bis 100 % (Verhältnis der rechnerischen Bruchlast (2100 N/mm² zur Bruchlast im Versuch (Bruchstelle im freien Teil der CFK-Lamelle)) erreicht. Bei 2,5 mm dicken Lamellen wurden 84 % erreicht. Die bisher entwickelte Verankerung (bestehend aus Keilen, Ankerkörper und Befestigungsschrauben) ist zur nachträglichen Verstärkung von Brücken vorgesehen. Weitere Einsatzgebiete werden bei Fels- und Erdankern und bei der Verstärkung dünnwandiger Betonteile gesehen.