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Sehr geehrte Damen und Herren,

untenstehend erhalten Sie wieder aktuelle Informationen über Faserverbundkonstruktionen im Bauwesen zu Themen rund um den Einsatz von Composites und Carbon speziell für tragende Anwendungen.

In dieser Ausgabe berichten wir über die Tragfähigkeit von metallfreien Verbindungen mittels CPC-Betonplatten.

Es ist uns ein grosses Anliegen, Baufachleuten und Interessierten aktuelle Nachrichten aus unserem Fachgebiet zugänglich zu machen. Als Fachgruppe Faserverbundkonstruktionen der ZHAW verstehen wir uns dabei als unabhängige Fachstelle und sind den Firmen in keiner Weise verpflichtet. Gern nehmen wir Ihre Themen, Rückmeldungen und Anregungen auf.

Wir wünschen Ihnen eine spannende Lektüre und grüssen Sie freundlich,

Prof. Josef Kurath, Alexis Ringli, Christian Lowiner, Rebecca Lutz
Ihre Fachgruppe FVK
 
 
 
Brücke CPC OPTIMA(L) im Versuch
- Wenn mit 60 mm dicken Betonplatten Spannweiten bis 16 m erreicht werden -

Die OPTIMA-Brücke braucht keinen Stahl und korrodiert nicht. Sie ist sehr leicht, enorm dünn für eine Betonbrücke und spart dadurch deutlich an den wertvollen Rohstoffen Kies, Sand und dem sehr CO2-intensiven Zement. Kurzum: Die OPTIMA ist optimal für einen nachhaltigen und umweltschonenden Brückenbau - und das zu einem konkurrenzfähigen Preis.
Sie wird aus mehreren CPC-Betonplatten (Carbon Prestressed Concrete) zusammengesteckt und die Hohlräume der Verbindungen werden mit einem hydraulischen Mörtel verfüllt. Bei den Platten handelt es sich um sehr dünne (40 - 80 mm) mit Carbondrähten vorgespannte Betonplatten.

Die OPTIMA Brücke ist eine Weiterentwicklung der bereits ausgeführten CPC-Brücken unter Berücksichtigung aktueller Forschungsergebnisse.
Für die optimale Auslegung der Brücke führte das Forschungsteam mehrere Versuche an Brückenausschnitten durch, denn die Brücken müssen in Zukunft Menschenansammlungen, Unterhaltsfahrzeugen und Witterung über 80 Jahre standhalten.

Ein massgebender Lastfall der Fussgängerbrücke ist das Unterhaltsfahrzeug. Die anzusetzende Last unterscheidet sich je nach anzuwendender Norm (siehe Tabelle). Für die Tragsicherheit wird die Last mit einem Sicherheitsfaktor multipliziert.
Die Tragfunktion der OPTIMA Brücke ist eine Trogbrücke. Dabei fungiert die Fahrbahnplatte als Zugband (in der Zeichnung rot markiert). Die beiden Stege wirken als Druckgurte (grün). Am Druckgurt kann optional das Geländer montiert werden. So können Fuss- und Radwegbrücken bis 16 m Spannweite realisiert werden.
Damit die Stege und die Brückenplatte miteinander im Verbund tragen, ist deren Verbindung zentral. Da der statische Nachweis für diese spezielle Verbindung in keiner Norm geregelt ist, hat sich M. Bühler im Rahmen ihrer Masterarbeit die notwendige Theorie erarbeitet und diese mittels Kleinversuchen verifiziert. Sie konnte die Verbindung optimieren und nachweisen, dass die Verbindung die erforderlichen Kräfte aufnehmen kann.

Die Fachgruppe FVK hat die Verbindung weiter optimiert und die Ergebnisse mit weiteren Bauteilversuchen überprüft. Für die Grossbauteilversuche hat die Fachgruppe den am stärksten belasteten Ausschnitt der Brücke gewählt. Der Brückenausschnitt ist im Versuchsaufbau so gelagert, dass er der Realität möglichst nahekommt. Es wurden die beiden Hauptlastfälle, vertikale Punktlast und Geländerlast, geprüft. Zur Überprüfung der vertikalen Punktlast drückt die orange Hydraulikpresse über ein Kugellager vertikal auf die 20 x 20 cm grosse Stahlplatte und imitiert so die theoretische Last eines Unterhaltsfahrzeuges. Eine Menschenansammlung kann keine so hohe konzentrierte Last erzeugen.

Diverse Sensoren zeichneten die aktuelle Kraft und die Verschiebungen unter steigender Lasteinwirkung auf. Gleichzeitig konnte beobachtet werden, wie sich die Rissbildung entwickelt. Auch über die Geräuschentwicklung konnte man den genauen Zeitpunkt der Entstehung von Rissen im Beton oder das Versagen von einzelnen Bewehrungssträngen erfassen.
Die Versagenslasten betrugen je nach Lastanordnung 7.7 bis 11.5 Tonnen. Dies ist auf ein Versagen der Brückenplatte zurückzuführen. Die Versuche haben gezeigt, dass die Verbindung die geforderten vertikalen Lasten gut aufnehmen kann.

Im Anschluss wurden an einigen Probekörpern Versuche zur Überprüfung der Geländerlast durchgeführt. Dies geschah durch Aufbringen einer horizontalen Kraft auf den Druckgurt quer zur Brücke. Die Kraft wirkt im Anwendungsfall mit einem Hebelarm von maximal 1.20 m ab Gehwegplatte und erzeugt ein Biegemoment auf die Verbindung. In den durchgeführten Versuchen erreichte das Geländer eine durchschnittliche Bruchlast von 700 kg/m', was ebenfalls weit über den vorhandenen Beanspruchungen von Fahrrad- und Fussgängerbrücken liegt.

Mit den Versuchen konnte eine genügende Tragfähigkeit der entwickelten metallfreien Verbindung zwischen Stegen und der Brückenplatte für den Einsatz als Fuss- und Radwegbrücke nachgewiesen werden.