Verstärkung mit vorgespannten CFK-Lamellen

Description

TES TECHNIFOR verstärkt Stahlbetonkonstruktionen mit vorgespannten CFK-Lamellen. Dieses externe Vorspannverfahren erhöht die Tragfähigkeit von Deckenplatten und Trägern, begrenzt Verformungen und Rissbildung und benötigt dabei nur sehr wenig Bauraum.

Tragwerksverstärkung mit vorgespannten CFK-Lamellen

Die Verstärkung mit vorgespannten CFK-Lamellen ist ein Verfahren zur aktiven Verstärkung bestehender Tragwerke.

Im Gegensatz zu einer lediglich aufgeklebten CFK-Lamelle wird die Lamelle vor ihrer endgültigen Verankerung am Tragwerk unter Spannung gesetzt. Die dadurch eingebrachte Vorspannung erzeugt eine Wirkung, die den Einwirkungen aus Eigengewicht und Nutzlasten entgegenwirkt.

Dadurch wird die Verstärkung sofort aktiviert und die vorhandene Bewehrung entlastet. Gleichzeitig können Verformungen und Rissbreiten begrenzt werden.

Die Vorspannkraft wird über speziell bemessene Verankerungssysteme in das Tragwerk eingeleitet. Die Planung der Verankerungsbereiche und die sichere Übertragung der Kräfte sind daher wesentliche Bestandteile des Verstärkungssystems.

Wie funktioniert die Verstärkung mit vorgespannten CFK-Lamellen?

Die CFK-Lamelle wird mithilfe einer Vorspannvorrichtung unter Spannung gesetzt und anschließend mechanisch am Tragwerk verankert.

Durch das Spannen der Lamelle entsteht ein Biegemoment, das dem durch die vorhandenen Lasten erzeugten Biegemoment entgegenwirkt.

Nach der Übertragung der Vorspannung auf das Tragwerk wirkt die Verstärkung unmittelbar auf dessen Spannungszustand. Dadurch können die Beanspruchungen der vorhandenen Bewehrung reduziert, Verformungen kontrolliert und Rissbreiten begrenzt werden.

CFK zeichnet sich zudem durch eine sehr hohe mechanische Festigkeit bei äußerst geringem Gewicht und Platzbedarf aus. Dies macht den Werkstoff besonders geeignet für die Verstärkung bestehender Tragwerke.

Warum werden CFK-Lamellen vorgespannt?

Eine lediglich aufgeklebte CFK-Lamelle wirkt überwiegend als passive Verstärkung: Sie wird erst beansprucht, wenn sich das Tragwerk nach der Ausführung der Verstärkung zusätzlich verformt.

Diese Eigenschaft kann zum Nachteil werden, wenn das bestehende Tragwerk durch die zum Zeitpunkt der Arbeiten vorhandenen Lasten bereits stark beansprucht ist.

Die Bewehrung kann bereits einer hohen Zugbeanspruchung ausgesetzt sein, während der Beton eine hohe Druckbeanspruchung aufweist. Unter bestimmten Bedingungen reicht die verbleibende Reserve dann nicht mehr aus, um eine passive Verstärkung wirksam zu aktivieren.

Die Vorspannung durch Nachspannung verfolgt einen anderen Ansatz: Die CFK-Lamelle wird unter Spannung gesetzt und leitet gezielt eine Kraft in das bestehende Tragwerk ein.

Dadurch wird der Spannungszustand des verstärkten Bauteils unmittelbar verändert, ohne dass zunächst zusätzliche Lasten aufgebracht werden müssen.

Ein entscheidender Vorteil bei bereits belasteten Tragwerken

Dies ist einer der wesentlichen Vorteile der Verstärkung mit vorgespannten CFK-Lamellen: Das Verfahren kann an einem bereits belasteten und beanspruchten Tragwerk eingesetzt werden, sofern dessen Ausgangszustand überprüft und die Verstärkung entsprechend bemessen wurde.

Bei stark beanspruchten Tragwerken kann der Einsatz einer passiven CFK-Verstärkung an seine Grenzen stoßen. Da diese erst durch zusätzliche Verformungen nach ihrer Montage aktiviert wird, verändert sie den bereits vorhandenen Spannungszustand des Tragwerks nicht unmittelbar.

Eine externe Vorspannung durch Nachspannung ermöglicht es dagegen, bereits während der Verstärkungsarbeiten eine mechanische Wirkung in das Bauwerk einzuleiten.

Das bestehende Tragwerk kann dadurch vor dem Aufbringen zusätzlicher Lasten entlastet werden. Gleichzeitig können Tragreserven geschaffen werden, um eine weitere Erhöhung der Beanspruchungen aufzunehmen.

Diese Eigenschaft macht die Vorspannung besonders interessant für Projekte zur Erhöhung der Tragfähigkeit, für Gebäudeumbauten oder Nutzungsänderungen.

Welche Vorteile bieten vorgespannte CFK-Lamellen?

Abhängig von der Konstruktion und den Bemessungszielen kann dieses Verfahren:

die Tragfähigkeit des verstärkten Bauteils erhöhen;
die vorhandene Bewehrung entlasten;
den Spannungszustand eines bereits belasteten Tragwerks beeinflussen;
Verformungen begrenzen;
Rissbreiten reduzieren oder kontrollieren;
die Gebrauchstauglichkeit des Tragwerks verbessern;
ein Bauwerk bei nur sehr geringer zusätzlicher Gewichtsbelastung verstärken;
den Platzbedarf der Verstärkung auf ein Minimum beschränken.

Wann sollten vorgespannte CFK-Lamellen eingesetzt werden?

Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Sanierungen, Umbauten und Projekte zur Erhöhung der Tragfähigkeit bestehender Tragwerke.

Sein Einsatz kann insbesondere geprüft werden für:

die Verstärkung von Stahlbetondecken;
die Verstärkung von Trägern;
die Verstärkung von Geschossdecken;
die Erhöhung von Nutz- oder Betriebslasten;
die Nutzungsänderung eines Gebäudes;
den Umbau bestehender Tragwerke;
die Verstärkung von Ingenieurbauwerken;
Projekte, die eine leichte und platzsparende Verstärkungslösung erfordern.

Die geringe Dicke der CFK-Lamellen ist besonders vorteilhaft, wenn architektonische, technische oder betriebliche Anforderungen den Einbau größerer Verstärkungskonstruktionen einschränken.

Tragwerksdiagnostik und Bemessung der Verstärkung

Die Ausführung einer externen Vorspannung erfordert genaue Kenntnisse der bestehenden Konstruktion, ihres Spannungszustands und der aufzunehmenden Kräfte.

TES TECHNIFOR kann bereits in der Planungsphase tätig werden, um das Bauwerk zu untersuchen und eine geeignete Verstärkungslösung zu entwickeln.

Je nach Projekt können die Untersuchungen eine Bestandsaufnahme der Konstruktion, die Ortung der Bewehrung, Sondierungen, Kernbohrungen und die Bestimmung der Materialeigenschaften umfassen.

Auf Grundlage der Bemessung werden anschließend die Anordnung der Lamellen, die erforderliche Vorspannkraft und die notwendigen Verankerungssysteme entsprechend dem Tragverhalten des Bauwerks und den angestrebten Leistungsmerkmalen festgelegt.

Ausführung der Verstärkung mit vorgespannten CFK-Lamellen

Die Ausführung umfasst mehrere Arbeitsschritte, deren genaue Gestaltung vom gewählten Verfahren und von der bestehenden Konstruktion abhängt:

Diagnose und Bestandsaufnahme der Konstruktion;
Überprüfung des Ausgangszustands und Bemessung der Verstärkung;
Vorbereitung des Untergrunds;
Herstellung und Montage der Verankerungssysteme;
Positionierung der CFK-Lamellen;
kontrolliertes Spannen der Lamellen;
Übertragung der Vorspannkraft auf das Tragwerk;
Ausführung der erforderlichen Schutzmaßnahmen und Oberflächenarbeiten.

Die Qualität der Untergrundvorbereitung, der Verankerungen, des Spannvorgangs und der Kraftübertragung ist entscheidend für die einwandfreie Funktion der Verstärkung.

Eine besonders geeignete Lösung für bestehende Tragwerke

Mit vorgespannten CFK-Lamellen kann ein Tragwerk verstärkt werden, ohne seine Geometrie wesentlich zu verändern.

Ihr geringes Gewicht und ihr minimaler Platzbedarf sind besonders bei Bestandsgebäuden von Vorteil, wenn der Einbau umfangreicher Stahlkonstruktionen oder eine Vergrößerung der Betonquerschnitte nur schwer umsetzbar wäre.

TES TECHNIFOR arbeitet insbesondere an folgenden Bauwerken:

Industriegebäude;
Büro- und Dienstleistungsgebäude;
Wohngebäude und Wohnungseigentumsanlagen;
Parkhäuser;
öffentlich zugängliche Gebäude;
Ingenieurbauwerke;
Tragwerke, die Arbeiten unter erschwerten Bedingungen erfordern.

Umfassende Fachkompetenz in der Tragwerksverstärkung

Die Besonderheit von TES TECHNIFOR liegt in der Ergänzung seiner verschiedenen Fachbereiche.

Unsere Kompetenzen in Tragwerksdiagnostik, statischer Berechnung und Bemessung, Betonsägen und Kernbohren, CFK-Verstärkung, Stahlverstärkung und Spezialarbeiten ermöglichen es uns, Projekte zur Veränderung und Verstärkung bestehender Tragwerke ganzheitlich zu bearbeiten.

Je nach den Anforderungen des Bauwerks können unterschiedliche Lösungen untersucht werden: geklebte CFK-Lamellen, Kohlefasergewebe, vorgespannte CFK-Lamellen, Stahlverstärkungen oder andere Verfahren der Tragwerksverstärkung.

TES TECHNIFOR ist in der gesamten Region Grand Est tätig, insbesondere in Nancy, Metz, Reims, Straßburg und Colmar, sowie bei technisch anspruchsvollen Projekten im Nordosten Frankreichs.