Brücken aus vorgespanntem Carbonbeton

Bridges made of prestressed carbon concrete

Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) kann auch zur Herstellung von Spanngliedern für vorgespannte Brücken verwendet werden. Solche Zugglieder zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit aus, sie rosten und ermüden nicht und haben ein geringes Gewicht. Beleuchtet werden zu diesem Thema zunächst der Stand der Carbonbetonforschung und der Stand der Technik bei Brücken mit Carbonelementen. Hauptthemen sind jedoch Fragen rund um die Versagensankündigung und der Querschnittsbemessung bei Vorspannung mit Spanngliedern aus Carbon. Des Weiteren wird der Entwurf einer integralen Rahmenbrücke aus Betonfertigteilen mit Carbonvorspannung vorgestellt. In Deutschland hat das Bauen mit Carbonbeton durch das Forschungsprojekt C3 einen wichtigen Schub erfahren, bei dem eine Vielzahl von Aspekten des Carbonbetons erforscht werden. Dazu gehört als wesentlicher Bestandteil die Untersuchung der Vorankündigung eines drohenden Versagens von Bauwerken oder Bauteilen. CFK verhält sich nahezu linear elastisch bis zum Bruchzustand und versagt dann spröde. Im Gegensatz dazu verhält sich Spannstahl duktil. Das Versagen kündigt sich bei duktilen Baustoffen also durch größer werdende Verformungen an, sodass Maßnahmen zur Verhinderung eines Bruches ergriffen werden können. Es wird versucht zu erklären, dass auch bei der Verwendung des spröden Carbonmaterials eine hinreichende Vorankündigung des Versagens des Bauwerks gegeben ist. Nach Meinung der Autoren ist zur Gewährleistung der Vorankündigung kein duktiles Materialverhalten erforderlich. Diese Auffassung wird durch die Ergebnisse von Versuchen der Autoren an der TU Berlin gestützt. Kurz vor dem Erreichen der Höchstlast zeigten sich an den untersuchten Trägern mit Carbonvorspannung ausgeprägte Risse, die man als Vorankündigung werten kann. Allerdings sind dabei die Verformungen geringer als bei Vorspannung mit Spannstahl. Aufgrund der Korrosionsbeständigkeit können bei vollkommen mit Carbon bewehrten Brücken bei der Bemessung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit die Regelungen zur Rissbreitenbeschränkung gelockert werden, was wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. Als Konsequenz daraus wurde für eine relevante Bemessungsrichtlinie von Carbonbeton eine zulässige Rissbreite von 0,5 Millimeter vorgeschlagen, gegenüber der für Stahlbetonbauteile geltenden Rissbreitenbeschränkung auf 0,4 Millimeter. Dargestellt wird auch der Entwurf einer typischen Autobahnüberführung mit dem Ziel, das Potenzial und die Machbarkeit von Carbonspannbeton im Brückenbau zu veranschaulichen. Die Brücke mit 40 Metern Spannweite besteht aus Halbfertigteilen, die mit Carbonspanngliedern ohne Verbund vorgespannt und mit Carbonstäben und -bügeln bewehrt sind. ABSTRACT IN ENGLISH: Tendons made of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) can be used for the prestressing of concrete bridges. Such tendons can be highly tensioned, they do not rust or fatigue, and they are very lightweight. Their application can lead to more sustainability and elegance in bridge construction, as they allow for slimmer cross‐sections and at the same time increase durability. In this paper, first the status of carbon concrete research at the TU Berlin and the state of the art in bridges with carbon elements is presented. The main focus is then shifted to questions of warning to failure and the cross‐sectional design of components with prestressed and non‐prestressed carbon reinforcement. Finally, the design of a prototype integral frame bridge made at the TU Berlin with precast CFRP posttensioned girders is presented. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Schlaich, M
    • Apitz, A
    • Jesse, F
  • Publication Date: 2020-9

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References;
  • Pagination: pp 684-96
  • Serial:

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01774554
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Sep 11 2020 8:13AM