EP2997197B1 - Verfahren zum vorspannen eines stahl-bauwerkes, sowie damit vorgespanntes stahl-bauwerk - Google Patents

Verfahren zum vorspannen eines stahl-bauwerkes, sowie damit vorgespanntes stahl-bauwerk Download PDF

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EP2997197B1
EP2997197B1 EP14722518.9A EP14722518A EP2997197B1 EP 2997197 B1 EP2997197 B1 EP 2997197B1 EP 14722518 A EP14722518 A EP 14722518A EP 2997197 B1 EP2997197 B1 EP 2997197B1
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EP
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reinforced
steel
carbon fibre
steel structure
length
Prior art date
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Masoud MOTAVALLI
Elyas GHAFOORI
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S&P Clever Reinforcement Co AG
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S&P Clever Reinforcement Co AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01D6/00—Truss-type bridges
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
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    • E04C3/10—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal prestressed
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
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    • E04C5/085—Tensile members made of fiber reinforced plastics
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    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D2101/00—Material constitution of bridges
    • E01D2101/30—Metal
    • E01D2101/32—Metal prestressed

Definitions

  • This invention relates to a method for prestressing a steel structure, both on a new construction and preferably on an existing steel structure, especially on bridge structures.
  • the European railway Administrations confirm that there are approximately 220,000 railway bridges in Europe alone and that they are located in a wide variety of climatic areas.
  • About 22% of these are metal or steel structures, which are often referred to as iron bridges.
  • 3% are cast iron bridges, 25% are welded steel structures, and 53% are made of steel, and approx.
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Polymers
  • the object of this invention is to provide a method for prestressing a steel structure and also a steel structure prestressed therewith. This prestressing is intended to prevent the formation of cracks on a new or existing steel structure, or to crack existing cracks or to stop or at least slow their further growth.
  • FIG 1 a steel structure in the form of an iron bridge 1 with sub-struts 2 is shown, with the lowest horizontal steel beam 3 Train is loaded.
  • iron bridges there are always steel girders that are under pressure and those that are under tension. Bending moments also have an effect, especially if the bridge is temporarily loaded, for example if a train is rolling over it. Every axle load causes vibrations and this contributes to the fatigue of the material, so that over the years cracks can appear in the steel beams, which weaken the steel beams more and more.
  • the aim is to stop this process or at least slow it down.
  • CFRP tapes carbon fiber reinforced polymer tapes
  • CFRP tapes are exceptionally strong under tensile stress and are also not subject to corrosion, they are ideal for reinforcing steel beams under tensile stress.
  • the most efficient way would be to pre-tension steel girders with tensile loads using such belts.
  • Proposals have become known for subsequently reinforcing concrete structures with prestressed bands in order to improve their tensile strength.
  • the strips are strongly pre-tensioned using a special device and, in this pre-tensioned state, moved up to the concrete structure and laminated onto the concrete using epoxy resin adhesives. After the adhesive has cured, the device that created and maintained the tension is removed, after which the pre-tensioned CFRP tape permanently applies its tension to the structure.
  • the bridge behind Figure 1 has a sub-strut 2, that is to say the lowest horizontal strut 3 is loaded with tension, and it can be reinforced by means of CFRP bands 4, for which the procedure is as follows.
  • a CFRP band 4 is at its two end regions over a section or over the whole Length of a structural part that is subjected to tension is connected to the same in a traction-locking manner.
  • a CFRP band 4 is stretched over the entire length of the underside of the horizontal lower steel beam 3, the end anchorages 5 being fastened on both sides in the vicinity of the ends of the steel beam 3.
  • the band 4 is stretched slack.
  • a lifting element 7 is installed between the steel beam 3 and the CFRP band 4 in the middle of the CFRP band 4, that is to say over half the length.
  • This lifting element 7 can be a hydraulically, pneumatically, electrically or mechanically actuated lifting element 7, which offers such a translation that high lifting forces can be generated, for example a few 10k Newtons. Short reaction paths are now generated with comparatively long action paths.
  • CFRP tape 4 not only a single CFRP tape 4 has to be attached, but a whole set of CFRP tapes 4 can be installed over the width of the bridge, or also sections of the length of the bridge several CFRP tapes 4 in succession or CFRP tapes 4 which overlap in length can be attached, which are positioned next to one another and run parallel to one another, or even overlap in height, that is to say they can lie one above the other or can cross.
  • the strips 4 are not laid on the steel girders exactly in the direction of travel, but at a slightly oblique angle to them, so that the strips 4 intersect.
  • FIG 2 you can see the steel structure Figure 1 after insertion a lifting element 7. It was mounted under the slackly attached CFRP band 4, for example by means of a mechanical connection to the steel beam 3, by welding or screwing.
  • This lifting element 7 can be constructed in the manner of a jack, so that it can be raised hydraulically by means of an external hydraulic pump by temporarily connecting a hydraulic line to the lifting element 7. Sufficiently large forces can be generated with an appropriate translation.
  • the lifting is then secured by means of a mechanical jack or by means of mechanical documents. Such mechanical documents are installed after the working stroke of the lifting element 7, which in this case is raised somewhat above the ultimate tensile stress, next to the same between the band 4 and the steel beam 3 to be reinforced.
  • the lifting element 7 is relieved again somewhat, so that the target tension is reached and the supporting force is then absorbed by the documents.
  • the lifting element 7 can also be operated pneumatically. Then a compressor hose can be coupled, and the extension of the lifting element 7 takes place due to pneumatic pressure with a sufficient ratio.
  • an electrical variant of a lifting element 7 is also conceivable in that an EL motor inside generates a sufficiently large lifting force by means of a short translation, for example by means of spindles and levers. In this case, only an electrical line needs to lead to the lifting element 7, and it can be easily adjusted if necessary.
  • the Figure 3 shows the steel structure Figure 1 after the insertion of two lifting elements 7. If two lifting elements 7 are used, they are advantageously extended at the same time, so that the tension builds up uniformly over the length of the belt. As an alternative, the one lifting element 7 can be extended a little, then the second a similarly small distance, then again the first, then again the second, etc., so that the tractive force gradually alternates to a certain extent by the two lifting elements 7 is produced.
  • the Figure 4 shows a steel structure in the form of an iron bridge with upper struts 6 with a slack CFRP band 4 connected to it.
  • the attached CFRP band 4 runs along the lowest horizontal steel girder, in practice, of course, there are several such steel girders, the longitudinal the bridge, and each is equipped with at least one CFRP band 4, each with two end anchors 5, which at the ends of the band 4 connect this to the structure or the said steel girder.
  • the Figure 5 shows this steel structure Figure 4 after the insertion of three lifting elements 7, which are arranged distributed over the length of each CFRP band 4 and are again extended at the same time, or else the two outer ones are extended a little and then the middle is slightly further, so that a uniform tension over the entire length of the CFRP tape 4 is generated.
  • the Figure 6 finally shows a steel structure in the form of an iron bridge with an arched sub-strut 2.
  • a tensile force acts on the arched longitudinal beams 8 at the lower end of the bridge.
  • CFRP bands 4 can be laid and attached along these curved beam supports 8.
  • a single CFRP band 4 runs over the entire length of the bridge along the lower support arch 8 and is firmly attached to the steel support 8 at both end regions of the anchoring elements 5 attached there Bridge 1 connected.
  • Five lifting elements 7 are used here distributed over the belt length. These are all raised uniformly in order to generate a voltage build-up in the CFRP band 4 that is as uniform or homogeneous as possible. This tensioning force is then introduced into the structure 1 via the anchoring elements 5.
  • Such reinforcements can in some cases close cracks or gaps in steel structures, i.e. in the elements that are subject to tension. In other cases, further growth of these cracks and crevices can be prevented, or at least the weakening process can be slowed down considerably, and overall the structures can be decisively strengthened and stabilized so that their lifespan is extended or, if necessary, the load capacity is increased.

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes, und das sowohl an einer Neukonstruktion sowie vorzugsweise an einem bestehenden Stahl-Bauwerk, vorallem an Brückenkonstruktionen. Gemäss einer Studie von Bien J. Elfgren L. und Olofsson J. mit dem Titel Sustainable Bridges, Assessment for Future Traffic Demands and Longer Lives, Wroclaw, Dolnoslaskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2007, bestätigen die Europäischen Eisenbahnverwaltungen, dass es in Europa alleine ca. 220'000 Eisenbahnbrücken gibt, und sich diese in verschiedensten klimatischen Gebieten befinden. Etwa 22% davon sind Metall- bzw. Stahlkonstruktionen, die oft auch als Eisenbrücken bezeichnet werden. 3% sind Gusseiserne Brücken, 25% sind geschweisste Stahlkonstruktionen, und 53% sind in Stahl gefertigt, und ca. 20% aus einem nicht eindeutig identifizierbaren Material. 28% dieser Metallkonstruktionen sind mehr als 100 Jahre alt und fast 70% der Brücken sind mehr als 50 Jahre alt. Weil heute Eisenbahnzüge immer länger, schwerer und schneller werden, steigt die Belastung dieser Brücken stark an. Jede Achslast erzeugt Vibrationen, und so entstehen mit der Zeit kleine Risse und Spalten in den Bauwerken, und die Ermüdung der Träger schreitet immer rascher voran. Die EP 1 396 582 A2 und die US 2012/180407 A1 offenbaren, ein Stahlbauwerk mit einem Zugband und über die Verwendung von Hubelementen vorzuspannen.
  • Versuche an der EMPA in CH-Dübendorf zeigten, dass sich mit der Applikation von Kohlefaser-verstärkten Polymeren (CFRP = Carbon Fiber Reinforced Polymers) die Stahlträger im Grundsatz verstärken lassen. Diese CFRP werden mittels Klebestoffen an den Stahlträgern befestigt und vermögen eine Zugbelastung aufzunehmen, was die Rissbildung verlangsamt oder sogar stoppt. Klebstoffe eignen sich allerdings vielerorts nur bedingt, denn Stahl wird durch die Sonneneinstrahlung stark erhitzt und das kann den Klebstoff an seine Glastransformationsgrenze bringen. Zu beachten sind in diesem Zusammenhang die Publikationen Engineering Structures 45 (2012) 270-283 sowie international Journal of Fatigue 44 (2012) 303-315 im Elsevier Journal (www.elsevier.com ) .
  • Ein weiterer Problemkreis bildet die galvanische Korrosion. Obwohl CFRP nicht korrosiv sind, bilden sie in Verbindung mit Stahl galvanische Zellen. Dann gibt es viele genietete Eisenbrücken. Bei diesen besteht das Problem darin, wie man die flachen CFRP Bänder am bestens an den Eisenträgern befestigt. Und schliesslich muss oft auch auf den Denkmalschutz Rücksicht genommen werden, indem etwa gefordert wird, dass historisch bedeutsame Bauwerke bei Bedarf wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden können müssen, was mit aufgeklebten CFRP Bändern kaum realisierbar ist. Und schliesslich wäre es erwünscht, die Bauwerke nicht nur zu verstärken, sondern unter eine Vorspannung zu setzen, um damit bereits bestehende Risse und Spalten völlig zu verschliessen und ein Weiterwachsen dieser Risse und Spalten dauerhaft zu unterbinden. Eines der wichtigsten Aufgaben eines Verstärkungssystems ist daher die sachdienliche Wahl des mechanischen Verankerungssystems, sodass dieses genügend Klemmkraft entwickelt, einer minimalen Korrosion unterworfen ist, möglichst keine direkte Berührung der CFRP Bänder mit dem Stahl bedingt, und die Stress-Einleitung in das Verankerungssystem graduell erfolgt.
  • Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes anzugeben, sowie auch ein damit vorgespanntes Stahl-Bauwerk. Dabei soll mittels dieser Vorspannung die Rissbildung an einem neuen oder bestehenden Stahl-Bauwerk verhindert werden, oder schon vorhandene Risse sollen geschlossen werden oder deren weiteres Wachsen soll gestoppt oder mindestens verlangsamt werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren gemäss den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Die Aufgabe wird weiter gelöst von einem Stahlbauwerk gemäss den Merkmalen des Anspruchs 9.
  • In den Figuren wird die Erfindung schematisch dargestellt und anhand dieser beispielsweisen Figuren nachfolgend beschrieben und die Funktion des Verfahrens wie auch des damit verstärkten Bauwerks wird beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1:
    Ein Stahlbauwerk in Form einer Eisenbrücke mit Unterverstrebungen mit einem schlaff mit ihrer auf Zug belasteten Unterseite verbundenen CFRP-Band;
    Figur 2:
    Das Stahlbauwerk nach Figur 1 nach dem Einsetzen eines Hubelementes;
    Figur 3:
    Das Stahlbauwerk nach Figur 1 nach dem Einsetzen von zwei Hubelementen;
    Figur 4:
    Ein Stahlbauwerk in Form einer Eisenbrücke mit Oberverstrebungen mit einem schlaff mit ihrer auf Zug belasteten Unterseite verbundenen CFRP-Band;
    Figur 5:
    Das Stahlbauwerk nach Figur 4 nach dem Einsetzen von drei Hubelementen;
    Figur 6:
    Ein Stahlbauwerk in Form einer Eisenbrücke mit bogenförmiger Unterverstrebung mit einem applizierten CFRP-Band und mehreren Hubelementen für dessen Vorspannung.
  • In Figur 1 ist ein Stahlbauwerk in Form einer Eisenbrücke 1 mit Unterverstrebungen 2 dargestellt, wobei der unterste horizontale Stahlträger 3 auf Zug belastet ist. Bei solchen Eisenbrücken gibt es stets Stahlträger, die auf Druck beansprucht sind, und solche, die auf Zug beansprucht sind. Es wirken ausserdem Biegemomente, besonders wenn die Brücke temporär belastet wird, wenn etwa ein Eisenbahnzug darüber rollt. Jede Achslast verursacht Schwingungen und diese tragen zur Ermüdung des Materials bei, sodass über die Jahre in den Stahlträgern Risse auftreten können, welche die Stahlträger mehr und mehr schwächen. Es gilt, diesen Prozess zu stoppen oder mindestens zu verlangsamen. Weil Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymerbänder (CFRP-Bänder) aussergewöhnlich stark auf Zug belastbar sind und ausserdem keiner Korrosion unterliegen, bieten sie sich an, auf Zug belastete Stahlträger zu verstärken. Am effizientesten wäre es, mittels solcher Bänder auf Zug belastete Stahlträger vorzuspannen. Es sind Vorschläge bekanntgeworden, um Betonbauwerke nachträglich mit vorgespannten Bändern zu bewehren, um ihre Zugfestigkeit zu verbessern. Die Bänder werden in diesem Fall mittels einer speziellen Vorrichtung stark vorgespannt und in diesem vorgespannten Zustand an das Betonbauwerk herangefahren und mittels Epoxyharz-Klebern auf den Beton aufkaschiert. Nach dem Aushärten des Klebstoffes wird die Vorrichtung, welche die Spannung erzeugte und aufrechterhielt, entfernt, wonach das vorgespannte CFRP-Band seine Spannung dauerhaft in das Bauwerk einleitet. Eine solche Methode lässt sich jedoch an Stahlkonstruktionen nicht einsetzen. Erstens weisen diese in aller Regel keine glatten Oberflächen auf, und zweitens erweist sich der Einsatz von Klebstoffen bei Stahlträgern als wenig geeignet, weil sich Stahlkonstruktionen unter intensiver Sonneneinstrahlung stark erwärmen und somit den Klebstoff an seine Grenzen heranführen. Ausserdem ist das Heranführen einer schweren Vorrichtung zum Vorspannen der Bänder in vielen Fällen aufgrund der örtlichen Bedingungen oder aus Platzgründen nicht durchführbar. Gerade wenn sich eine Brücke in grosser Höhe über eine grosse Weite erstreckt, ist diese Methode nicht einsetzbar.
  • Die Brücke nach Figur 1 weist eine Unterverstrebung 2 auf, das heisst die unterste horizontale Strebe 3 ist auf Zug belastet, und sie kann mittels CFRP-Bändern 4 verstärkt werden, wozu wie folgt vorgegangen wird. Ein CFRP-Band 4 wird an seinen beiden Endbereichen über einen Abschnitt oder über die ganze Länge eines auf Zug beanspruchten Bauwerkteils zugkraftschlüssig mit demselben verbunden. Hierzu gibt es aus dem Stand der Technik geeignete Endverankerungen 5, zum Beispiel in Form von Klemmschuhen, mittels derer die Bänder 4 mechanisch dauerhaft und hoch zugkraftschlüssig mit dem Stahlträger 3 verbindbar sind. Im gezeigten Beispiel ist ein CFRP-Band 4 über die ganze Länge der Unterseite des horizontalen unteren Stahlträgers 3 gespannt, wobei die Endverankerungen 5 beidseits in der Nähe der Enden des Stahlträgers 3 befestigt sind. Das Band 4 ist dabei schlaff gespannt. Weiter ist im gezeigten Beispiel in der Mitte des CFRP-Bandes 4, das heisst auf halber Länge, ein Hubelement 7 zwischen dem Stahlträger 3 und dem CFRP-Band 4 eingebaut. Dieses Hubelement 7 kann ein hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mechanisch betätigbares Hubelement 7 sein, welches eine derartige Übersetzung bietet, dass hohe Hubkräfte generierbar sind, zum Beispiel einige 10k Newton. Es werden nun mit vergleichsweisen langen Aktionswegen kurze Reaktionswege erzeugt. Wenn eine derartige Hubkraft im Wesentlichen senkrecht auf das an seinen Endbereichen eingespannte CFRP-Band 4 wirkt und es vom Stahlträger 3 abhebt, so entstehen übersetzt weit stärkere Zugkräfte auf das CFRP-Band 4 selbst, und diese werden dann über die Endverankerungen 5 in das Bauwerk 1 eingeleitet. Ein solcherart vorgespannter Stahlträger 3 erfährt dadurch eine sehr wesentliche Verstärkung. Wenn er bereits Mikrorisse oder gar ernsthafte Risse aufweist, so lassen sich diese in vielen Fällen mittels einer solchen Vorspannung schliessen oder mindestens lässt sich erreichen, dass diese Risse nicht weiter wachsen. Es versteht sich, dass nicht bloss ein einzelnes CFRP-Band 4 angebracht werden muss, sondern eine ganze Schar von CFRP-Bändern 4 über die Breite der Brücke verbaut werden kann, oder auch abschnittsweise über die Länge der Brücke mehrere CFRP-Bänder 4 nacheinander oder einander in der Länge überlappende CFRP Bänder 4 angebracht werden können, die nebeneinander positioniert sind und parallel zueinander verlaufen, oder sich gar in der Höhe überlappen, also übereinander liegen oder sich kreuzen können. In diesem Fall sind die Bänder 4 nicht genau in der Verlaufrichtung der Stahlträger auf denselben verlegt, sondern leicht schiefwinklig dazu, sodass Kreuzungen der Bänder 4 entstehen.
  • In Figur 2 sieht man das Stahlbauwerk nach Figur 1 nach dem Einsetzen eines Hubelementes 7. Es wurde unter das schlaff gespannt angebrachte CFRP-Band 4 montiert, zum Beispiel mittels einer mechanischen Verbindung mit dem Stahlträger 3, durch Anschweissen oder Anschrauben. Dieses Hubelement 7 kann nach Art eines Wagenhebers konstruiert sein, sodass es mittels einer externen Hydraulikpumpe hydraulisch anhebbar ist, indem eine Hydraulikleitung temporär an das Hubelement 7 angeschlossen wird. Mit einer entsprechenden Übersetzung lassen sich hinreichend grosse Kräfte generieren. Die Anhebung wird dann mittels einer mechanischen Klinke oder mittels mechanischer Unterlagen gesichert. Solche mechanische Unterlagen werden nach erfolgtem Arbeitshub des Hubelementes 7, welches in diesem Fall etwas über die endgültig zu erreichende Zugspannung hinaus gehoben wird, neben demselben zwischen das Band 4 und dem zu verstärkenden Stahlträger 3 eingebaut. Dann wird das Hubelement 7 wieder etwas entlastet, sodass die Zielspannung erreicht wird und die Stützkraft dann von den Unterlagen aufgefangen wird. Als Alternative kann das Hubelement 7 auch pneumatisch betätigbar sein. Dann kann ein Kompressorschlauch angekuppelt werden, und das Ausfahren des Hubelementes 7 erfolgt aufgrund von pneumatischem Druck mit einer hinreichenden Übersetzung. Schliesslich ist auch eine elektrische Variante eines Hubelementes 7 denkbar, indem ein inliegender EL-Motor über eine kurze Übersetzung, zum Beispiel mittels Spindeln und Hebeln, eine hinreichend grosse Hubkraft generiert. In diesem Fall braucht bloss eine elektrische Leitung zum Hubelement 7 zu führen, und es kann bei Bedarf leicht nachgestellt werden. Schliesslich ist auch eine rein mechanische Ausführung denkbar, ebenfalls mit Spindel und/oder Hebeln ausgerüstet, wobei dann mit einer anzuschliessenden Kurbel von Hand oder motorisch die nötige Hubkraft erzeugt wird. Auf jeden Fall wird das schlaff gespannte CFRP-Band 4 mittels des Hubelementes 7 gespannt und erzeugt dann wegen der Hebelwirkung eine grosse Zugkraft auf das Band 4, welche um ein Vielfaches grösser als die Hubkraft ist. Während die Verankerungen 5 praktisch stationär bleiben oder nur ganz geringfügig zusammen mit dem Bauwerk nachgeben, kann der Hub des Hubelementes 7 mehrere Zentimeter betragen. Aufgrund der Geometrie ergibt sich, dass in dieser Weise sehr grosse Zugkräfte von x mal 10k N auf das Bauwerk übertragbar sind.
  • Die Figur 3 zeigt das Stahlbauwerk nach Figur 1 nach dem Einsetzen von zwei Hubelementen 7. Im Falle des Einsatzes von zwei Hubelementen 7 werden diese vorteilhaft gleichzeitig ausgefahren, damit sich die Spannung gleichmässig über die Bandlänge verteilt aufbaut. Als Alternative kann das eine Hubelement 7 ein kleines Stück weit ausgefahren werden, dann das zweite ein ebensolches kleines Stück weit, dann wieder das erste, dann wieder das zweite, usw., sodass die Zugkraft nach und nach abwechslungsweise durch die beiden Hubelemente 7 gewissermassen aufschaukelnd erzeugt wird.
  • Die Figur 4 zeigt ein Stahlbauwerk in Form einer Eisenbrücke mit Oberverstrebungen 6 mit einem schlaff mit ihm verbundenen CFRP-Band 4. In diesem Fall verläuft das angebaute CFRP-Band 4 längs des untersten horizontalen Stahlträgers, wobei es in der Praxis natürlich mehrere solche Stahlträger sind, die längs der Brücke verlaufen, und jeder mit mindestens einem CFRP-Band 4 ausgerüstet wird, mit je zwei Endverankerungen 5, die an den Enden des Bandes 4 dieses zugkraftschlüssig mit dem Bauwerk bzw. dem besagten Stahlträger verbinden.
  • Die Figur 5 zeigt dieses Stahlbauwerk nach Figur 4 nach dem Einsetzen von drei Hubelementen 7, die über die Länge jedes CFRP-Bandes 4 verteilt angeordnet sind und wiederum gleichzeitig ausgefahren werden oder aber es werden zunächst die beiden äusseren ein Stück weit ausgefahren und hernach das mittlere etwas weiter, sodass eine gleichmässige Spannung über die ganze Länge des CFRP-Bands 4 erzeugt wird.
  • Die Figur 6 zeigt schliesslich noch ein Stahlbauwerk in Form einer Eisenbrücke mit bogenförmiger Unterverstrebung 2. Hier wirkt durch das Eigengewicht der Brücke 1 sowie durch deren Belastung eine Zugkraft auf die bogenförmigen Längsträger 8 am unteren Ende der Brücke. In diesem Fall können CFRP-Bänder 4 längs dieser gebogenen Strahlträger 8 verlegt und angebaut werden. Im gezeigten Beispiel verläuft ein einzelnes CFRP-Band 4 über die ganze Brückenlänge längs des unteren Trägerbogens 8 und ist an beiden Endbereichen von dort angebrachten Verankerungselementen 5 fest mit dem Stahlträger 8 der Brücke 1 verbunden. Es sind hier über die Bandlänge verteilt fünf Hubelemente 7 eingesetzt. Diese werden alle gleichmässig angehoben, um einen möglichst gleichmässigen bzw. homogenen Spannungsaufbau im CFRP-Band 4 zu erzeugen. Diese Spannkraft wird dann über die Verankerungselemente 5 in das Bauwerk 1 eingeleitet.
  • Mittels solcher Verstärkungen können Risse oder Spalte in Stahlbauwerken, das heisst in den Elementen, die auf Zug belastet sind, in manchen Fällen geschlossen werden. In anderen Fällen kann ein weiteres Wachsen dieser Risse und Spalten verhindert werden, oder mindestens kann der Schwächungsprozess wesentlich verlangsamt werden, und insgesamt können die Bauwerke entschieden verstärkt und stabilisiert werden, sodass ihre Lebensdauer verlängert wird, oder bedarfsweise die Belastungsfähigkeit gesteigert wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes, bei dem mindestens ein Kohlenstoff-Faser verstärktes Polymer-Band (4) je an seinen Endbereichen mit Endverankerungen (5) zugkraftschlüssig an einem zu verstärkenden Stahlträger des Stahlbauwerks (1) angebracht wird, und hernach in einem Bereich zwischen diesen Endverankerungen (5) mindestens ein zwischen dem jeweiligen mit Kohlenstoff-Faser verstärkten Polymer-Band (4) und dem zu verstärkenden Stahlträger (3,8) angeordnetes Hubelement (7) im Wesentlichen senkrecht zum mit Kohlenstoff-Faser verstärkten Polymer-Band (4) ausgefahren wird, so, dass eine gleichmässige Spannung über die ganze Länge des Kohlenstoff-Faser verstärkten Polymer-Bands (4) erzeugt wird, zur Bewirkung einer Zugkraft-Spannung zwischen den Endverankerungen (5) des jeweiligen mit Kohlenstoff-Faser verstärkten Polymer-Bandes (4), welche Zugkraft aufgrund der Hebelwirkung um ein Vielfaches grösser als die Hubkraft ist, und welche Zugkraft über die Endverankerungen (5) in das Bauwerk eingeleitet wird, wobei die Anhebung des jeweiligen Kohlenstoff-Faser verstärkten Polymer-Bandes (4) mittels mechanischer Unterlage gesichert wird.
  2. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Hubes des mindestens einen Hubelements (7) mehrere Zentimeter beträgt.
  3. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des zu verstärkenden Stahlträgers (3,8) mehrere mit Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymer-Bänder (4) an denselben angelegt werden.
  4. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des zu verstärkenden Stahlträgers (3,8) mehrere mit Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymer-Bänder (4) parallel zueinander ausgerichtet und je über die ganze Länge des Stahlträgers (3,8) an denselben angelegt werden.
  5. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des zu verstärkenden Stahlträgers (3,8) mehrere mit Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymer-Bänder (4) über Teilabschnitte der Länge des Stahlträgers (3,8) parallel zueinander ausgerichtet angelegt werden.
  6. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des zu verstärkenden Stahlträgers (3,8) mehrere mit Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymer-Bänder (4) über Teilabschnitte der Länge des Stahlträgers (3,8) parallel zueinander ausgerichtet angelegt werden, sodass sie nebeneinander liegen und sich in Bezug auf ihre Länge in Teilabschnitten überlappen.
  7. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des zu verstärkenden Stahlträgers (3,8) mehrere mit Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymer-Bänder (4) verlegt werden, die in einer von der Längsrichtung des Stahlträgers (3,8) abweichenden Richtung verlaufend angeordnet werden und sich kreuzen.
  8. Verfahren zum Vorspannen eines Stahl-Bauwerkes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes mit Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymer-Band (4) mittels wenigstens eines hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mechanisch betätigbaren Hubelements (7) vorgespannt wird, und das Hubelement (7) mittels einer mechanischen Unterlage zwischen dem jeweiligen Band (4) und dem zu verstärkenden Stahlträger (3,8) nach erfolgter Hubarbeit entlastet wird.
  9. Stahlbauwerk, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit Kohlenstoff-Faser verstärktes Polymer-Band (4) je an seinen Endbereichen zugkraftschlüssig mit einem zu verstärkenden Stahlträger des Stahlbauwerks (1) verbunden ist, wobei im Bereich zwischen diesen Endbereichen mindestens ein Hubelement (7) oder eine mechanische Unterlage zwischen dem jeweiligen mit Kohlenstoff-Faser verstärkten Polymer-Band (4) und dem zu verstärkenden Stahlträger (3,8) eingesetzt sind, mittels derer das jeweilige mit Kohlenstoff-Faser verstärkte Polymer-Band (4) nach im Wesentlichen senkrechtem Abheben vom Stahlträger (3,8) und somit Vorspannens unter Zugspannung gehalten ist.
  10. Stahlbauwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des jeweiligen mit Kohlenstoff-Faser verstärkten Polymer-Bandes mehrere Zentimeter beträgt.
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