Carbon Concrete Composite e.V.
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V4.2 Vorgespannter Carbonbeton für Straßenbrücken und Flächentragwerke




Die Erfolgsgeschichte des Spannbetons basiert auf der Verwendung hochfesten Spannstahls, der es ermöglicht, dauerhaft hohe Vorspannkräfte in den Beton einzuleiten. Flächentragwerke aus Stahlbeton benötigen oft zur Gewährleistung des Korrosionsschutzes der Stahlbewehrung Bauteildicken, die statisch nicht erforderlich wären. Bei der Verwendung von CFK können Bauteildicken minimiert werden und durch ein zusätzliches Vorspannen einer flächigen Netzbewehrung aus Carbon sehr leichte Flächentragwerke durch eine hohe Steifigkeit realisiert werden. Der Übergang vom Spannstahl zum festeren, leichteren und korrosionsbeständigen Carbon stellt eine maßgebliche Verbesserung dieser leistungsfähigen Bauweise dar. Die Vorspannung mit Carbon führt zu schlankeren und dadurch wirtschaftlicheren und eleganten Querschnitten, die dauerhaft und robust sind.

Carbonbeton ist eine Weiterentwicklung des Stahlbetons, in dem der korrosionsgefährdete Bewehrungs- und Spannstahl durch den festeren und nicht korrodierenden Werkstoff Carbon in Form von Gelegen, geraden Stäben, gekrümmten Bügeln und Spanngliedern ersetzt wird. Mit Carbonbewehrung lässt sich die Dauerhaftigkeit von Betonkonstruktionen maßgeblich steigern, insbesondere wenn diese aggressiven Medien wie Taumitteln und/oder zyklischen Belastungen ausgesetzt sind. Hochfester Carbonbeton kann sehr dünnwandig und damit ressourceneffizient ausgebildet werden, da die Betondeckung nur dem Verbund dient und nicht als Korrosionsschutz fungiert. Die somit sehr oberflächennahe Anordnung der Carbonbewehrung führt zu einem größerem inneren Hebelarm und verbessert die Tragfähigkeit. Die Vorspannung verringert die Verformung der schlanken Carbonbetonbauteile und sorgt durch kleinere Rissbreiten für einen besseren Widerstand gegenüber eindringenden Medien. Zudem erlaubt ein gleichzeitiger Einsatz hochfester Betone eine konzentrierte Einleitung besonders hoher Vorspannkräfte. Durch die Kombination von Carbonbewehrung, Vorspannung und hochfestem Beton entsteht ein hocheffizienter und nachhaltiger Verbundwerkstoff.
Vorgespannter Carbonbeton wird derzeit in diesem Projekt C³-V 4.2 erforscht. Zum einen werden integrale Brückensysteme für den Straßenverkehr mit vorgespannten Carbonlitzen untersucht, zum anderen dünnwandige Flächentragwerke mit vorgespannten Carbongelegen. Eine integrale Rahmenbrücke aus Carbonbeton wurde entworfen und darauf aufbauend ein vorgespannter Carbonbetonträger mit einer Spannweite von 20 m als Demonstrator hergestellt. Der Träger wurde mit vorgespannten Carbonlitzen ohne Verbund konzipiert und wird zurzeit an der TU Berlin untersucht.

Hierbei sind das Trag- und Verformungsverhalten des Trägers und vor allem die Langzeitwirkung von Belastungen zu analysieren. Bei dünnen Flächentragwerken ist eine Vorspannung mit Carbongelegen im Vergleich zu der mit Carbonspanngliedern vorteilhaft, da hier in die schlanke flächige Struktur eine gleichmäßige Vorspannung – auch zweiaxial – eingebracht werden kann. Carbongelege eignen sich durch ihre flächige Struktur nur für eine Vorspannung mit sofortigem Verbund. Dadurch sind gerade bzw. ebene Spannelemente in einem Spannbett gut zu realisieren. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden bereits einfach- und doppeltgekrümmte dünnwandige Flächentragwerke sowie Faltwerke hergestellt und experimentell geprüft. Die Ergebnisse der bisher ausgeführten Versuche sind plausibel und können mit den entwickelten Berechnungsmodellen gut nachgerechnet werden. Zurzeit wird eine Umsetzung in die Praxis der entwickelten Bauteile studiert.

Verbundkoordinator
Technische Univeristät Berlin, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Massivbau

Vorhabenleiter
Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich

Ansprechpartner
Dr. Alexander Hückler
+49 30 314 72136
Alexander.Hueckler@tu-berlin.de 1

Beteiligte C³-Partner

  1. DYWIDAG-Systems International GmbH

  2. GINKGO Projektentwicklung GmbH

  3. Hentschke Bau GmbH

  4. Kordes + Ziegenhorn Partner

  5. schlaich bergermann partner

  6. SGL Carbon GmbH

  7. Solidian GmbH

  8. Technische Univeristät Berlin, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Massivbau

  9. Technische Universität Dresden – Institut für Massivbau



Laufzeit: 01.05.2016 - 30.10.2019
Excerpt: Tragwerke aus Carbonbeton sind insbesondere dann werkstoffgerecht entworfen und konstruiert, wenn die Carbonbewehrung vorgespannt wird. Die Erfolgsgeschichte des Spannbetons begann...
Links:
  1. mailto:Alexander.Hueckler@tu-berlin.de
Post date: 2019-10-16 13:06:23
Post date GMT: 2019-10-16 11:06:23

Post modified date: 2019-10-17 16:09:05
Post modified date GMT: 2019-10-17 14:09:05

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