Viele ermüdungsbeanspruchte Stahlkonstruktionen, wie Straßen- und Bahnbrücken, Krane oder auch große Förderanlagen, weisen einen enormen Sanierungsbedarf auf. Insbesondere der durchschnittliche Zustand der Eisenbahn- und Straßen-Brückenbauwerke hat sich in den vergangenen Jahren deutlich verschlechtert. Viele ältere Straßenbrücken wurden mit unzureichender Ermüdungsfestigkeit konstruiert und gebaut. Im Vergleich zu den geltenden Bemessungsvorschriften wurde dem Ermüdungsnachweis zu wenig Bedeutung zugemessen. Hinzu kommt, dass das Verkehrsaufkommen, der Schwerverkehrsanteil, das zulässige Gesamtge-wicht sowie die zulässigen Achslasten in den vergangenen Jahrzehnten ständig anwuchsen. Dies führt zu erhöhten Beanspruchungen der Brückenkonstruktionen und einem erheblichen Zuwachs an Ermüdungsschäden. Die in den 1960er- und 1970er-Jahren erbauten Brücken, welche einen Großteil des Bestands der deutschen Stahlstraßenbrücken ausmachen, weisen seit 20 Jahren in stark zunehmendem Ausmaß Ermüdungsschäden auf, insbesondere die orthotropen Fahrbahnen. Da aus volkswirtschaftlichen und bautechnischen Gründen die Bestandsbauwerke nicht ohne weiteres durch Neubauten ersetzt werden können, ist die Instandsetzung und Ertüchtigung unumgänglich. Die Sanierung durch die Applikation von Faserverbundwerkstoffen stellt hierbei eine optimal geeignete Sanierungsmöglichkeit mit hohem Potential dar, um die Restnutzungsdauer bestehender Bücken zu erhöhen.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, sowohl durch Grundlagenuntersuchungen als auch durch Beispielanwendungen zu zeigen, dass eine Sanierung von geschädigten Stahlbauteilen mit aufgeklebten CFK-Lamellen bzw. CFK-Sheets eine effiziente Alternative bzw. geeignete Er-gänzung zu bisher üblichen Sanierungsmaßnahmen darbietet. Einerseits soll die Möglichkeit der Sanierung von angerissenen Schweißnähten, andererseits die Reduzierung bis hin zur Vermeidung des Rissfortschritts im Grundwerkstoff bei bestehenden Konstruktionen unter-sucht werden. Generell soll das Potential von vorgespannten CFK-Lamellen bei der Sanierung ermüdungsbeanspruchter Bauteile aufgezeigt und die damit einhergehende Erhöhung der Restlebensdauer des Bauteils untersucht werden. Dabei ist insbesondere auch die Ausbildung der Vorspanneinrichtung und der Klebfuge genauer zu betrachten. Unter zyklischer Bean-spruchung ist der Bereich der Klebfläche, d.h. eine ausreichende Einleitung der Lamellenkräf-te durch Schub, die Dauerhaftigkeit und eine, den bauspezifischen Anforderungen genügende, Temperaturbeständigkeit langfristig sicherzustellen. Bei den Untersuchungen wird auf die Forschungsergebnisse und Richtlinien aus dem Forschungsprojekt „STAKOK“ und von CFK-Verstärkungen im Betonbau zurückgegriffen. Aufbauend auf den dort bereits vorhandenen Grundlagen soll ein Konzept für die Sanierung von Stahlkonstruktionen durch aufgeklebte CFK-Werkstoffe erarbeitet werden.

Förderprogramm: AiF-  Projekt / IGF-Nr. 19032 BG

Forschungsvereinigung: Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS

Laufzeit: 02.2016 - 01.2019

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. habil. H. Pasternak

Dr.-Ing. Yvonne Ciupack

Dipl.-Ing. Lukas Ledecky

Projektpartner:

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Abteilung Stahl- und Leichtbau

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH), Institut für Stahlbau