EP1058761B1 - Verfahren und vorrichtung zum applizieren von vorgespannten, zugfesten verstärkungsbändern an bauwerken - Google Patents

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EP1058761B1
EP1058761B1 EP99902497A EP99902497A EP1058761B1 EP 1058761 B1 EP1058761 B1 EP 1058761B1 EP 99902497 A EP99902497 A EP 99902497A EP 99902497 A EP99902497 A EP 99902497A EP 1058761 B1 EP1058761 B1 EP 1058761B1
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EP
European Patent Office
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strip
construction
curved surfaces
section
adhesive
Prior art date
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EP99902497A
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English (en)
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EP1058761A1 (de
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Urs Meier
Iwan STÖCKLIN
Andreas WINISTÖRFER
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Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt
Original Assignee
Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt
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    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
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    • E04—BUILDING
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    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements
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    • E04G2023/0255—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements whereby the fiber reinforced plastic elements are stressed
    • E04G2023/0259—Devices specifically adapted to stress the fiber reinforced plastic elements

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for Application of prestressed, tensile reinforcement tapes to buildings, which are glued to the building with an adhesive.
  • Another object of the invention is to disclose an apparatus for performing this method that is compact, is easy and safe to use, and is inexpensive to manufacture.
  • This object is achieved by a method for applying prestressed, tensile reinforcement tapes on structures, in which the applying tape pre-tensioned and pre-treated with adhesive on a building applied and glued there with this structure, and this is because distinguishes that the procedure is independent of anchor points on Structure for absorbing tensile forces is by the belt by means of a device, to which it can be stretched under tension to the building is approached and there successively with different sections Biasing by means of the device to the corresponding, pre-treated Place on the structure until the adhesive on each of these sections is cured.
  • the object is further achieved by a device according to Claim 6 for performing this method.
  • FIG. 1a The basic principle of the device is shown in FIG. 1a. It consists in a rotatable curved surface 14, which here by the outer surface of the Wheel 2 is given, on which the reinforcement band to be prestressed, namely the fiber-reinforced plastic lamella 9, attached at one end becomes. With the other end, the plastic lamella 9 can be of any type be anchored in a tension-resistant manner, or in exactly the same way as shown here. In the example shown is on the curved surface 14, so here on the Wheel outside, a bracket 18 attached to the band 9 by means of at least one screw 10 can be fastened by clamping.
  • the Plastic lamella 9 is a band and is usually a few inches wide and about a millimeter thick.
  • the rotatable curved surface 14, that is in example shown the wheel 2 is connected to a lever 4, by means of which Swiveling around the wheel axis, here clockwise in the picture, wheel 2 and thus the curved surface 14 is rotatable.
  • Figure 1b shows this part of the device when turning the wheel 2, by the lever 4 with the force F as tangential to the wheel 2 is applied.
  • the reinforcement band 9 is around the wheel 2 looped, in the situation shown it is already 270 ° around the curved Surface 14 looped. Due to the high traction, the static friction of the Band 9 on the curved surface 14 influenced by a very high Normal force is effective. Research showed that wrapping around only half the circumference, i.e. by 180 °, the effective tractive force at the end of the Volume 9 in the direction of the band already breaks down to a quarter. This realization is the basic idea behind the construction of the device and the Application methods.
  • FIG. 2 shows the actual clamping unit in an enlarged view.
  • the curved surface 14 is formed here by a wheel 2, which on a Frame 12 is rotatably mounted.
  • an adjustable Fastening device 3 available to the whole device on to temporarily reinforce building 7.
  • the lamella 9 or that Volume 9 was previously clamped and was here by twisting the curved surface 14 already at a wrap angle of 270 ° wound.
  • the lever arm 4 can be in discrete positions Wheel 2 can be locked on the frame 12.
  • a locking device 5 can the preload force is maintained.
  • the to apply the Preload force necessary elements can be part of the clamping unit, or can also be used as add-on modules, so that they can only be attached to the Device are assembled and disassembled after preloading become.
  • the clamping unit with its clamping mechanism is with its frame 12 connected via the mounting flange 8 with a connecting support 1
  • Attachment of the tensioning device to the structure 7 to be reinforced is done Via two fastening devices 3, the height of which can be moved and locked are connected to the clamping device. This amount is only after successful contact of the tensioning device with the structure 7, so that a perfect connection and positioning can be established.
  • On At least one side of the tensioning device must be attached to the Device to be designed as a longitudinally movable floating bearing, in order to eventual To be able to accommodate linear expansion of the clamping device.
  • the device does not only have to pretension the band 9 alone enable, but also its application to the structure 7 and holding in pre-stressed state until the adhesive has hardened.
  • a necessary for this whole device is shown in Figure 3 seen from the side.
  • This Device consists of a rigid steel or aluminum beam 1, one extruded or welded box girder, a truss or a wrapped fiber-reinforced plastic carrier between the top of the two Principle according to the explained clamping units 15, 16 and this against each other.
  • the curved surface 13 on one side is rotatable, while the opposite curved surface 14 may also be rotatable can, but does not have to be rotatable.
  • the entire pretensioner instructs here the ends of the adjustable fastening devices 3, by means of which they can be temporarily attached to building 7.
  • At least one of the Fastening devices 3 is designed as a longitudinally movable floating bearing.
  • Figure 3 shows the clamping device here immediately before Applying the tape 9 to the structure 7.
  • an air cushion 6 or an expandable one Air hose placed, with the air pressure one over the whole with the The structure in contact with the lamella surface generates a uniform contact pressure can be.
  • the device can initially with be loaded into a volume.
  • the tape or lamella 9 is initially tangential to the curved surface on the two wheels 2, for example on Floor device brought up and then with the brackets 18 (Fig. 1) and the associated clamping screws clamped on both surfaces 13, 14.
  • the brackets 18 (Fig. 1) By surface treatment of the curved surfaces 13, 14 or The coefficient of friction can be placed between suitable films between the curved surfaces 13, 14 and the lamella 9 in large Adjust ranges and thus also the remaining preload on the Bracket 18 (Fig. 1) of the slat 9 after tensioning.
  • the two curved ones Surfaces 13, 14 are turned by hand or with a tool until the slat 9 is wound up by a certain wrap angle and thus sufficient static friction on the two curved surfaces 13, 14 developed so that when one surface 13 or 14 is turned further, a Preloading the slat 9 is possible.
  • the lever arm will be in the ideal position temporarily locked with a bolt 11 (Fig. 1) and then the Tensioning device installed to apply the required preload.
  • This Power can be hydraulic or pneumatic through an appropriate piston-cylinder unit or by a spindle drive or simply by a screw be applied. After the prestressing force has been applied, it becomes If necessary, the clamping device is dismantled from the device again because that the clamping device is part of the whole device and firmly with it connected is.
  • the rotatable curved surface 13,14 with the Locking device 5 determined so that the preload force is secure is held.
  • the adhesive is applied in the desired thickness and distribution.
  • the device with the slat 9 prestressed thereon to the structure 7 moved up.
  • the device with a hoist advantageously with a hydraulic excavator with a rotatable grab, with a crane or a hydraulic lift to the previously pretreated one to be reinforced Concrete surface brought up to building 7 and thus positioned on the building, that the tape 9 at the desired location and there in the right direction runs.
  • the device with the two height-adjustable fastening devices 3 provisionally attached to structure 7.
  • the fasteners 3 are then adjusted so that the lamella 9 is full on the building is applied.
  • the air cushion 6 or the device belonging to the device Air hose pressurized with compressed air, so that the lamella 9 in its entirety Support area, where it should be glued to the building 7, evenly the building 7 is pressed.
  • the lamella 9 is therefore pre-stressed Condition pressed against the building 7 until the adhesive has completely hardened. If necessary, the tension in the lamella 9 can be glued to it Strain gauges can be measured. With larger fluctuations during the Hardening time, caused by the temperature changes between day and Night, can be by means of a heater in the carrier of the pretensioner Temperature can be regulated to compensate for the temperature change and thus avoid dilatation.
  • the end anchorages of the slat 9 are attached and only now the pretensioning force is slow on at least one side of the device reduced and the device relieved.
  • the slat 9 is now at the ends of the Severed glue spots.
  • the same device can be in slightly modified form and Procedure also for reinforcement with discontinuously prestressed Slats are used.
  • the one attached to the structure Lamella not the same pretension over its entire length, but on their Ends less or no tension at all, and at the desired places, mostly in the middle of the slat, but also at other Set the maximum preload.
  • the device for applying a discontinuous tensioned slat shown.
  • the air cushion 6 is dispensed with.
  • Between the Carrier 1 and the tensioned lamella 9 are there for at least one in Longitudinal direction of the device movable heating / pressing element 19.
  • This Heating / pressing elements 19 are either by hand or better by motor the entire length of the carrier is mobile. You can do this, for example, with a Be electric motor driven, and along a rail and for example one Rack on the carrier to be mobile.
  • the heating / pressing elements 19 can for example by means of an electric cable along a slide rail are pulled over the carrier 1. They have electrical heating means and are advantageously remotely controlled with regard to the heating and its drive.
  • each element 19 can the lamella section just acted upon by it heated and pressed against the building 7. Because of the warming the composite of the corresponding slat section with the building or accelerated.
  • These heating / pressing elements 19 are shown in the Example moved outwards from the area of the center of the lamella 9. While this slow movement of the elements 19 towards the outside becomes the pretensioning force the slat 9 in the desired mass continuously or in discrete Steps reduced. The slat 9 is thus finally along its entire length different prestressing forces firmly connected to the structure 7, so that the pretensioning force is distributed over the entire length of the slats as required.
  • An equal distribution of the preload in the lamella can also be achieved if only a single heating / pressing element 19 is used, as shown in Figure 4b.
  • this heating / pressing element 19 from one end of the jig is moved to the other end.
  • the preload starting from a minimum value the lamella 9 becomes continuous or in Increments up to the maximum value while simultaneously with the heating / pressing element 19 is driven, here from left to right, for example the heating / pressing element 19 has reached the center of the lamella 9. Then the The preload is reduced to the desired minimum value while the heating / pressing element 19 simultaneously in the picture to the right to the other end of the Slat 9 is driven.
  • the current clamping force of the lamella 9 is precisely positionable and controllable hydraulic piston-cylinder units or spindle drives upset and changed.
  • the exact preload is measured using strain gauges on the slat or by a built in the pretensioner Force measuring device measured.
  • the heating / pressing elements 19 can by By hand or with advantage automatically along the entire length of the clamping beam be moved.
  • the pre-tensioned belts are at great heights it must be attached to bridges by means of a crane or excavator advantageous if the whole application can be done remotely.
  • the two fastenings 3 of the Preload device both to be designed as a longitudinally movable floating bearing a static indeterminacy of the fastening of the clamping device with the Avoid building.
  • FIG. 4c shows an example of a possible course of the preload in the lamella 9.
  • the lamella 9 has the same size at its ends Minimum preload Fmin on that towards the center of the lamella 9 in continuous increases to a maximum preload force Fmax.
  • the course of the preload the slat 9 over its length can, however, be adapted depending on the application become.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Applizieren von vorgespannten, zugfesten Verstärkungsbändern an Bauwerken, die mittels eines Klebstoffes an das Bauwerk geklebt werden.
Seit vielen Jahren beschäftigt man sich in Forschung und Praxis mit der nachträglichen Verstärkung von Stahlbetonkonstruktionen durch Anlegen einer zusätzlichen Bewehrung. Die Anfänge dieser Technik werden beschrieben im Werk von J. Bresson, "Nouvelles recherches et applications conçernant l'utilisation des collages dans les structures Beton plaqué", Annales ITBTP Nr. 278 (1971), Série beton, Beton armé Nr. 116. Sie gehen auf die sechziger Jahre zurück. Dabei hatte Bresson seine Anstrengungen insbesondere auf die Erforschung der Verbundspannungen im Bereich der Verankerungen von aufgeklebten Stahllamellen gerichtet. Seit rund 25 Jahren können in der Folge bestehende Stahlkonstruktionen wie Brücken, Boden- und Deckenplatten, Längsträger und dergleichen durch nachträgliches Aufkleben von Stahllamellen verstärkt werden. Die Verstärkung von Betonbauwerken durch Aufkleben von Stahllamellen mit beispielsweise Epoxidharzklebern darf heute als eine Standardtechnik bezeichnet werden. Mit einer derartigen Verstärkung will man von Fall zu Fall folgendes erreichen:
  • Erhöhung der Nutzlast
  • Änderung des statischen Systems, indem tragende Elemente, zum Beispiel Stützen, nachträglich entfernt werden oder deren Stützfunktionen reduziert werden
  • Verstärkung von ermüdungsgefährdeten Bauteilen
  • Erhöhung der Steifigkeit
  • Kompensation von Schäden am Tragsystem bzw. Sanierung bestehender Bauwerke
  • Nachverstärkung bei fehlerhafter Berechnung oder Ausführung eines Bauwerkes
Nachträgliche Verstärkungen mit aufgeklebten Stahllamellen haben sich an zahlreichen Bauwerken bewährt, wie beispielsweise in den nachfolgenden Literaturzitaten beschrieben: Ladner, M., Ch.: "Geklebte Bewehrung im Stahlbetonbau", EMPA Dübendorf, Bericht Nr. 206 (1981); "Verstärkung von Tragkonstruktionen mit geklebter Armierung", Schweizer Bauzeitung, Sonderdruck aus dem 92. Jahrgang, Heft 19 (1974); "Die Sanierung der Gizenenbrücke über die Muota", Schweiz. Ingenieur & Architekt, Sonderdruck aus Heft 41 (1980).
Diese Verstärkungsverfahren weisen jedoch Nachteile auf. Stahllamellen können nur in kurzen Längen geliefert werden, und daher ist nur die Applikation relativ kurzer Lamellen möglich. Bei längeren Spannweiten sind somit Lamellenstösse unvermeidlich, und somit entstehen unweigerlich potentielle Schwachstellen. Die umständliche Handhabung von schweren Stahllamellen auf der Baustelle kann ausserdem bei hohen oder schwer zugänglichen Bauwerken erhebliche ausführungstechnische Probleme verursachen. Zudem besteht beim Stahl, auch bei einer sorgfältigen Korrosionsschutzbehandlung, die Gefahr des seitlichen Unterrostens der Lamellen bzw. der Korrosion an der Grenzfläche zwischen Stahl und Beton, was zum Ablösen und somit zum Verlust der Verstärkung führen kann.
In der Publikation von U. Meier, "Brückensanierung mit Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffen", Material + Technik, 15. Jahrgang, Heft 4 (1987), und in der Dissertation von H. P. Kaiser, Dissertation ETH Zürich (1989), wurde als Abhilfe vorgeschlagen, die Stahllamellen durch kohlenstoffaserverstärkte Epoxidharzlamellen zu ersetzen. Lamellen aus diesem Werkstoff zeichnen sich durch eine geringe Rohdichte, sehr hohe Festigkeit, ausgezeichnete Ermüdungseigenschaften und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Es ist also möglich, anstelle der schweren Stahllamellen leichte, dünne, kohlenstoffaserverstärkte Kunststofflamellen zu verwenden, die quasi endlos in aufgerolltem Zustand auf die Baustelle transportiert werden können. Praktische Untersuchungen ergaben, dass Kohlenstoffaser-Lamellen von 0.5mm Dicke eine Zugkraft aufzunehmen vermögen, welche der Fliesskraft einer 3mm dicken FE360 Stahllamelle entspricht.
Heute ist deshalb das nachträgliche Verstärken von Bauwerken mit direkt auf das Bauwerk aufgeklebten Kohlenstoffaser-Lamellen bereits Stand der Technik. Das Verfahren der Verstärkung mit Stahllamellen wurde grösstenteils durch das Verfahren der Verstärkung mit nicht-vorgespannten Kohlenstoffaser-Lamellen abgelöst.
Insbesondere bei der Verwendung von den in der ETH Dissertation Nr. 8919 vorgeschlagenen Faserverbundlamellen, wie beispielsweise Kohlenstoffaser-Lamellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese am Betonbauwerkteil angeordneten Lamellen zusätzlich vorzuspannen, um die Gebrauchstauglichkeit des Bauteils zu verbessern und das Abscheren der Lamelle infolge Betonschubbruchs in der Zugzone zu verhindern. Die grosse elastische Dehnbarkeit der Kohlenstoffaser-Lamellen stellt eine grosse Chance für die erwähnte Vorspannung dar. Die grosse elastische Dehnung und der auf die jeweiligen Verhältnisse angepasste E-Modul wirken sich günstig auf Spannverluste infolge Schwindens und Kriechens aus.
Aus dem Dokument FR 2'594'871 wurde denn auch ein Verfahren bekannt, bei dem ein vorgespanntes Band auf die zu verstärkende Struktur, namentlich auf armierten Beton, aufgebracht und dort mit dieser Struktur verklebt wird. Das Band wird dabei vorgespannt gehalten, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Als Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens wird in den Figuren 6 und 7 bloss eine von einer Metallplatte gehaltene Lasche gezeigt, mit welcher also das Band gehalten werden soll. Das setzt aber feste Verankerungspunkte zum Befestigen dieser Laschen voraus, die jedoch in der Praxis nicht immer vorhanden sind und in FR 2'594'871 A auch nicht offenbart werden. Desweiteren ist es mit dem dort offenbarten Verfahren nicht möglich, das aufzuklebende Band gleichzeitig an die zu verstärkende Struktur anzupressen, wie das für eine sichere Verklebung nötig ist.
Ein problematischer Punkt bleibt daher die Verankerung der Kohlenstoffaser-Lamellen beim Vorspannen, da es hier um Vorspannkräfte von einigen Zehntausend N geht. Diese enormen Kräfte müssen mindestens bis zum vollständigen Aushärten des Klebstoffes die aufzubringende Lamelle am Bauwerk selbst unter Spannung halten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Applizieren von zugfesten Verstärkungsbändem an Bauwerken anzugeben, das unabhängig von Verankerungspunkten am Bauwerk zur Aufnahme von Spannkräften ein Vorspannen des Verstärkungsbandes und dessen anschliessendes Aufbringen ermöglicht, und das sicher, einfach und kostengünstig in der Anwendung ist. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens zu offenbaren, die kompakt, einfach und sicher anwendbar ist, sowie in der Herstellung kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren zum Applizieren von vorgespannten, zugfesten Verstärkungsbändem an Bauwerken, bei dem das zu applizierende Band vorgespannt und mit Klebstoff vorbehandelt auf ein Bauwerk aufgebracht und dort mit dieser Struktur verklebt wird, und das sich dadurch auszeichnet, dass das Verfahren unabhängig von Verankerungspunkten am Bauwerk zur Aufnahme von Spannkräften ist, indem das Band mittels einer Vorrichtung, auf welche es unter Vorspannung aufspannbar ist, an das Bauwerk herangefahren wird und dort nacheinander abschnittsweise mit unterschiedlichen Vorspannungen mittels der Vorrichtung an die entsprechende, vorbehandelte Stelle am Bauwerk angepresst wird, bis der Klebstoff an jedem dieser Abschnitte ausgehärtet ist. Die Aufgabe wird weiter gelöst von einer Vorrichtung gemäss Patentanspruch 6 zur Durchführung dieses Verfahrens.
In den Zeichnungen wird eine Vorrichtung als Beispiel vorgestellt, und anhand dieser Vorrichtung wird deren Funktion und das Verfahren zum Applizieren der zugfesten Verstärkungsbänder im einzelnen erläutert
Es zeigt:
Figur 1a :
Den Spannmechanismus der Vorrichtung schematisch dargestellt, vor dem Spannen des zugfesten Bandes;
Figur 1b :
Den Spannmechanismus der Vorrichtung schematisch dargestellt, während des Spannens des zugfesten Bandes;
Figur 2 :
Den Spannmechanismus der Vorrichtung im Detail dargestellt, von der Seite her gesehen;
Figur 3 :
Die ganze Vorrichtung von der Seite her gesehen mit vorgespanntem Verstärkungsband, montiert am Bauwerk und kurz vor dem Aufbringen des Verstärkungsbandes auf das Bauwerk.
Figur 4a :
Die ganze Vorrichtung von der Seite her gesehen beim Applizieren einer diskontinuierlich gespannten Lamelle, wobei die beiden Heiz-/Anpresselemente aus dem Bereich der Mitte gegen die Enden der Spannvorrichtung bewegt werden;
Figur 4b :
Die ganze Vorrichtung von der Seite her gesehen beim Applizieren einer diskontinuierlich gespannten Lamelle, wobei ein Heiz/Anpresselement von einem Ende der Spannvorrichtung zum anderen Ende bewegt wird;
Figur 4c :
Beispiel eines Verlaufes der Vorspannung entlang der fertig applizierten, diskontinuierlich gespannten Lamelle.
In Figur 1a ist das Grundprinzip der Vorrichtung gezeigt. Es besteht in einer verdrehbaren gekrümmten Fläche 14, die hier durch die Aussenfläche des Rades 2 gegeben ist, an welcher das vorzuspannende Verstärkungsband, nämlich die faserverstärkte Kunststofflamelle 9, mit ihrem einen Ende befestigt wird. Mit dem anderen Ende kann die Kunststoff-Lamelle 9 in beliebiger Art zugfest verankert werden, oder aber in genau gleicher Weise wie hier dargestellt. Im gezeigten Beispiel ist auf der gekrümmten Fläche 14, also hier auf der Radaussenseite, eine Halterung 18 angebracht, an der das Band 9 mittels mindestens einer Schraube 10 durch Klemmen befestigbar ist. Die Kunststofflamelle 9 ist ein Band und ist in der Regel einige Zentimeter breit und etwa einen Millimeter stark. Die drehbare gekrümmte Fläche 14, das heisst im gezeigten Beispiel das Rad 2, ist mit einem Hebel 4 verbunden, mittels dessen Verschwenkung um die Radachse, hier im Bild im Uhrzeigersinn, das Rad 2 und somit die gekrümmte Fläche 14 verdrehbar ist.
Die Figur 1b zeigt diesen Teil der Vorrichtung beim Verdrehen des Rades 2, indem der Hebel 4 mit der zum Rad 2 möglichst tangentialen Kraft F beaufschlagt wird. Dadurch wird das Verstärkungsband 9 um das Rad 2 geschlungen, in der gezeigten Situation ist es bereits um 270° um die gekrümmte Fläche 14 geschlungen. Infolge der hohen Zugkraft wird auch die Haftreibung des Bandes 9 auf der gekrümmten Fläche 14 beeinflusst, indem eine sehr hohe Normalkraft wirksam ist. Untersuchungen zeigten, dass eine Umwicklung um bloss den halben Umfang, also um 180°, die wirksame Zugkraft am Ende des Bandes 9 in Bandrichtung auf bereits einen Viertel abbaut. Diese Erkenntnis ist der Grundgedanke hinter der Konstruktion der Vorrichtung und dem Applikationsverfahren.
Die Figur 2 zeigt die eigentliche Spanneinheit in vergrösserter Darstellung. Die gekrümmte Fläche 14 wird hier von einem Rad 2 gebildet, das an einem Rahmen 12 drehbar gelagert ist. An diesem Rahmen 12 ist eine verstellbare Befestigungsvorrichtung 3 vorhanden, um die ganze Vorrichtung am zu verstärkenden Bauwerk 7 provisorisch zu befestigen. Die Lamelle 9 bzw. das Band 9 wurde zuvor eingespannt und wurde hier durch ein Verdrehen der gekrümmten Fläche 14 bereits um einem Umschlingungswinkel von 270° aufgewickelt. Mittels des Bolzens 11 kann der Hebelarm 4 in diskreten Lagen des Rades 2 am Rahmen 12 arretiert werden. Durch eine Feststellvorrichtung 5 kann die eingeleitete Vorspannkraft gehalten werden. Die zur Aufbringung der Vorspannkraft nötigen Elemente, beispielsweise eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit oder ein Spindeltrieb, können Teil der Spanneinheit sein, oder auch als Anbaumodule eingesetzt werden, sodass sie nur bei Bedarf an der Vorrichtung montiert werden und nach erfolgter Vorspannng wieder demontiert werden. Die Spanneinheit mit ihrem Spannmechanismus ist mit ihrem Rahmen 12 über den Befestigungsflansch 8 mit einem Verbindungsträger 1 verbunden Die Befestigung der Spannvorrichtung am zu verstärkenden Bauwerk 7 geschieht über zwei Befestigungsvorrichtungen 3, die in ihrer Höhe verschieb- und arretierbar mit der Spannvorrichtung verbunden sind. Diese Höhe wird erst nach erfolgtem Kontakt der Spannvorrichtung mit dem Bauwerk 7 eingestellt, sodass eine einwandfreie Verbindung und Positionierung hergestellt werden kann. Auf mindestens einer Seite der Spannvorrichtung muss die Befestigung der Vorrichtung als längsverschiebbares Loslager ausgebildet sein, um eventuelle Längenausdehnungen der Spannvorrichtung aufnehmen zu können.
Die Vorrichtung muss aber nicht nur allein das Vorspannen des Bandes 9 ermöglichen, sondern auch dessen Aufbringen auf das Bauwerk 7 und Halten im vorgespannten Zustand, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Eine hierzu nötige ganze Vorrichtung wird in Figur 3 von der Seite her gesehen dargestellt. Diese Vorrichtung besteht aus einem biegesteifen Stahl- oder Aluminiumträger 1, einem extrudierten oder geschweissten Kastenträger, einem Fachwerk oder einem gewickelten faserverstärkten Kunststoffträger, der zwischen zwei oben dem Prinzip nach erläuterten Spanneinheiten 15,16 befestigt ist und diese gegeneinander lagert. Die gekrümmte Fläche 13 auf einer Seite ist drehbar, während die gegenüberliegende gekrümmte Fläche 14 ebenfalls drehbar sein kann, aber nicht drehbar sein muss. Die ganze Vorspannvorrichtung weist hier an ihren Enden die verstellbaren Befestigungsvorrichtungen 3 auf, mittels derer sie am Bauwerk 7 provisorisch befestigt werden kann. Wenigstens eine der Befestigungsvorrichtungen 3 ist als längsverschiebbares Loslager ausgelegt.
Die Figur 3 zeigt die Spannvorrichtung hier unmittelbar vor dem Aufbringen des Bandes 9 auf das Bauwerk 7. Zwischen der Lamelle 9 und dem Träger 1 der Vorspannvorrichtung ist ein Luftkissen 6 oder ein dehnbarer Luftschlauch plaziert, mit dem mittels Luftdruck eine über die ganze mit dem Bauwerk in Kontakt stehende Lamellenfläche gleichmässige Anpresskraft erzeugt werden kann.
Für die Applikation einer Lamelle 9 kann die Vorrichtung zunächst mit einem Band geladen werden. Das Band oder die Lamelle 9 wird zunächst tangential an die gekrümmte Fläche an den beiden Rädern 2 der zum Beispiel am Boden liegenden Vorrichtung herangeführt und dann mit den Halterungen 18 (Fig. 1) und den zugehörigen Klemmschrauben an beiden Flächen 13,14 eingespannt. Durch eine Oberflächenbehandlung der gekrümmten Flächen 13,14 oder Dazwischenlegen von geeigneten Folien lässt sich der Reibungskoeffizient zwischen den gekrümmten Flächen 13,14 und der Lamelle 9 in grossen Bereichen einstellen und somit auch die verbleibende Vorspannkraft an der Halterung 18 (Fig. 1) der Lamelle 9 nach dem Spannen. Die beiden gekrümmten Flächen 13,14 werden von Hand oder mit einem Werkzeug so weit gedreht, bis die Lamelle 9 um einen bestimmten Umschlingungswinkel aufgewickelt ist und somit auf den beiden gekrümmten Flächen 13,14 eine hinreichende Haftreibung entwickelt, sodass bei weiterem Verdrehen der einen Fläche 13 oder 14 eine Vorspannung der Lamelle 9 möglich ist. Der Hebelarm wird in der idealen Position vorübergehend mit einem Bolzen 11 (Fig. 1) arretiert und dann wird die Spannvorrichtung zum Aufbringen der benötigten Vorspannkraft installiert. Diese Kraft kann hydraulisch oder pneumatisch durch eine entsprechende Kolben-Zylinder-Einheit oder durch einen Spindeltrieb oder einfach durch eine Schraube aufgebracht werden. Nach erfolgtem Aufbringen der Vorspannkraft wird diese Spannvorrichtung gegebenenfalls wieder von der Vorrichtung demontiert, es sei denn, dass die Spannvorrichtung Teil der ganzen Vorrichtung ist und fest mit ihr verbunden ist. Die drehbare gekrümmte Fläche 13,14 wird mit der Feststellvorrichtung 5 festgestellt, sodass die eingeleitete Vorspannkraft sicher gehalten wird. Auf die vorgespannte Lamelle 9 wird an den entsprechenden Stellen der Klebstoff in der gewünschten Dicke und Verteilung aufgetragen. Dann wird die Vorrichtung mit der darauf vorgespannten Lamelle 9 an das Bauwerk 7 herangefahren. Hierzu wird die Vorrichtung mit einem Hebezeug, vorteilhaft mit einem Hydraulikbagger mit allseits verdrehbarem Greifer, mit einem Kran oder einer hydraulischen Hebebühne an die zu verstärkende, zuvor vorbehandelte Betonoberfläche am Bauwerk 7 herangeführt und so am Bauwerk positioniert, dass das Band 9 an der gewünschten Stelle und dort in der richtigen Richtung verläuft. Hernach wird die Vorrichtung mit den beiden höhenverstellbaren Befestigungsvorrichtungen 3 am Bauwerk 7 provisorisch befestigt. Die Befestigungsvorrichtungen 3 werden hernach so verstellt, dass die Lamelle 9 satt am Bauwerk anliegt. Schliesslich wird noch das zur Vorrichtung gehörige Luftkissen 6 bzw. der Luftschlauch mit Druckluft beaufschlagt, sodass die Lamelle 9 in ihrem ganzen Auflagebereich, wo sie mit dem Bauwerk 7 verklebt werden soll, gleichmässig an das Bauwerk 7 angepresst wird. Die Lamelle 9 wird daher also in vorgespanntem Zustand an das Bauwerk 7 angepresst, bis der Klebstoff gänzlich ausgehärtet ist. Gegebenenfalls kann die Spannung in der Lamelle 9 durch darauf aufgeklebte Dehnmessstreifen gemessen werden. Bei grösseren Schwankungen während der Aushärtezeit, hervorgerufen durch die Temperaturänderungen zwischen Tag und Nacht, kann mittels einer Heizung im Träger der Vorspannvorrichtung dessen Temperatur geregelt werden, um die Temperaturänderung zu kompensieren und somit eine Dilatation zu vermeiden. Erst wenn die Aushärtung des Klebstoffes vollendet ist, werden die Endverankerungen der Lamelle 9 angebracht und erst jetzt wird auf mindestens einer Seite der Vorrichtung die Vorspannkraft langsam reduziert und die Vorrichtung entlastet. Die Lamelle 9 wird nun an den Enden der Klebstellen durchtrennt. Sobald das geschehen ist, können die Befestigungsvorrichtungen 3 gelöst und die Vorrichtung kann mittels des Krans oder Baggers wieder vom Bauwerk 7 weggefahren werden.
Die gleiche Vorrichtung kann in leicht abgewandelter Form und Vorgehensweise auch zum Verstärken mit diskontinuierlich vorgespannten Lamellen verwendet werden. In diesem Fall hat die am Bauwerk angebrachte Lamelle nicht auf ihrer ganzen Länge die gleiche Vorspannung, sondern an ihren Enden weniger oder sogar gar keine Vorspannung mehr, und an den gewünschten Stellen, meistens in der Mitte der Lamelle, aber auch an weiteren Stellen, die maximale Vorspannung. Diese Vorspannungsverteilung wird dadurch erreicht, dass der Verbund zwischen Bauwerk und Lamelle lokal in kleinen Bereichen hergestellt wird und nachher die Vorspannung der noch aufzuklebenden Lamellenbereiche verändert wird. In jedem bereits geklebten Bereich hat die Lamelle also diejenige Vorspannung gespeichert, die bei der Herstellung des Verbundes gerade herrschte.
In Figur 4a wird die Vorrichtung zum Applizieren einer diskontinuierlich gespannten Lamelle gezeigt. Auf das Luftkissen 6 wird verzichtet. Zwischen dem Träger 1 und der gespannten Lamelle 9 befindet sich dafür mindestens ein in Längsrichtung der Vorrichtung verschiebbares Heiz-/Anpresselement 19. Im hier gezeigten Beispiel sind zwei solche Heiz/Anpresselemente 19 vorhanden. Diese Heiz-/Anpresselemente 19 sind entweder von Hand oder besser motorisch über die ganze Länge des Trägers fahrbar. Hierzu können sie zum Beispiel mit einem Elektromotor angetrieben sein, und längs einer Schiene und zum Beispiel einer Zahnstange am Träger fahrbar sein. Die Heiz-/Anpresselemente 19 können aber zum Beispiel auch mittels eines elektrischen Seilzuges längs einer Gleitschiene über den Träger 1 gezogen werden. Sie weisen elektrische Heizmittel auf und sind in Bezug auf die Heizung und ihren Antrieb mit Vorteil ferngesteuert. Mit jedem Element 19 kann der von ihm gerade beaufschlagte Lamellenabschnitt erwärmt und an das Bauwerk 7 angepresst werden. Durch die Erwärmung wird der Verbund des entsprechenden Lamellenabschnittes mit dem Bauwerk hergestellt oder beschleunigt. Diese Heiz-/Anpresselemente 19 werden im gezeigten Beispiel vom Bereich der Mitte der Lamelle 9 nach aussen bewegt. Während dieser langsamen Bewegung der Elemente 19 gegen aussen wird die Vorspannkraft der Lamelle 9 im gewünschten Masse kontinuierlich oder in diskreten Schritten reduziert. Damit ist die Lamelle 9 schliesslich über ihre ganze Länge mit unterschiedlichen Vorspannkräften fest mit dem Bauwerk 7 verbunden, sodass die Vorspannkraft ganz nach Wunsch über die ganze Lamellenlänge verteilt ist.
Eine gleiche Verteilung der Vorspannkraft in der Lamelle kann auch erreicht werden, wenn nur ein einziges Heiz-/Anpresselement 19 eingesetzt wird, wie das in Figur 4b gezeigt ist. Hier wird dieses Heiz-/Anpresselement 19 von einem Ende der Spannvorrichtung zum anderen Ende bewegt. Die Vorspannung der Lamelle 9 wird ausgehend von einem Minimalwert kontinuierlich oder in Schritten bis zum Maximalwert erhöht, während gleichzeitig mit dem Heiz/Anpresselement 19 gefahren wird, hier von links nach rechts, bis zum Beispiel das Heiz-/Anpresselement 19 die Mitte der Lamelle 9 erreicht hat. Dann wird die Vorspannkraft wieder zum gewünschten Minimalwert reduziert, während das Heiz/Anpresselement 19 gleichzeitig im Bild nach rechts zum anderen Ende der Lamelle 9 gefahren wird.
Die aktuelle Spannkraft der Lamelle 9 wird mit genau positionierbaren und steuerbaren hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten oder Spindeltrieben aufgebracht und verändert. Die genaue Vorspannung wird über Dehnmessstreifen auf der Lamelle oder durch eine in der Vorspannvorrichtung eingebaute Kraftmessvorrichtung gemessen. Die Heiz-/Anpresselemente 19 können von Hand oder mit Vorteil automatisch auf der ganzen Länge des Spannbalkens verschoben werden. Gerade wenn die vorgespannten Bänder in grossen Höhen an Brücken mittels eines Krans oder Baggers angebracht werden müssen, ist es vorteilhaft, wenn die ganze Applikation ferngesteuert erfolgen kann. Das gleiche gilt für Fälle, wo bei hohlen Strukturen von innen an das Bauwerk herangefahren werden muss, sodass die Zugänglichkeit eingeschränkt ist.
Für jene Fälle, in denen die Vorspannung des Bandes während dessen Aufklebens verändert wird, müssen die beiden Befestigungen 3 der Vorspannvorrichtung beide als längsverschiebbare Loslager ausgebildet sein, um eine statische Unbestimmtheit der Befestigung der Spannvorrichtung mit dem Bauwerk zu vermeiden.
Die Figur 4c zeigt als Beispiel einen möglichen Verlauf der Vorspannung in der Lamelle 9. Hier weist die Lamelle 9 an ihren Enden eine gleichgrosse Minimalvorspannung Fmin auf, die gegen die Mitte der Lamelle 9 in kontinuierlich auf eine maximale Vorspannkraft Fmax zunimmt. Der Verlauf der Vorspannkraft der Lamelle 9 über ihre Länge kann jedoch je nach Anwendung angepasst werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Applizieren von vorgespannten, zugfesten Verstärkungsbändem (9) an Bauwerken (7), bei dem das zu applizierende Band (9) vorgespannt und mit Klebstoff vorbehandelt auf ein Bauwerk aufgebracht und dort mit dieser Struktur verklebt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unabhängig von Verankerungspunkten am Bauwerk zur Aufnahme von Spannkräften ist, indem das Band (9) mittels einer Vorrichtung, auf welche es unter Vorspannung aufspannbar ist, an das Bauwerk herangefahren wird und dort nacheinander abschnittsweise mit unterschiedlichen Vorspannungen mittels der Vorrichtung an die entsprechende, vorbehandelte Stelle am Bauwerk (7) angepresst wird, bis der Klebstoff an jedem dieser Abschnitte ausgehärtet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (9) mit kontinuierlich veränderter Vorspannung auf das Bauwerk (7) angepresst wird und lokal angepresst wird, bis der Klebstoff an dieser lokalen Stelle ausgehärtet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) das zu applizierende Band (9) gestreckt an seinen beiden Enden je um eine konvex gekrümmte Fläche (13,14) an einer Vorrichtung befestigt wird;
    b) das zu applizierende Band (9) durch Verdrehen mindestens einer der gekrümmten Flächen (13,14) in Umfangsrichtung vorgespannt wird;
    c) der zu applizierende Bandabschnitt (9) auf der gegen das Bauwerk (7) gerichteten Seite mit Klebstoff versehen wird;
    d) der zu applizierende, jetzt vorgespannte Bandabschnitt (9) mitsamt der Vorrichtung an die zu verstärkende, vorbehandelte Stelle am Bauwerk (7) gefahren wird, und die Vorrichtung dort mittels verstellbarer Befestigungsvorrichtungen (3) provisorisch lösbar befestigt wird;
    e) die Vorrichtung mittels der verstellbaren Befestigungsvorrichtungen (3) an das Bauwerk (7) angepresst wird, bis die gekrümmten Flächen (13,14) an denjenigen Stellen, wo das Band (9) sie tangential verlässt, an das Bauwerk angepresst werden;
    f) der Bandabschnitt (9) im Bereich zwischen den gekrümmten Flächen (2) mit Hilfsmitteln lokal, abschnittsweise oder über die ganze Abschnittlänge an das Bauwerk angepresst wird, bis der Klebstoff ausgehärtet ist, wobei die Vorspannung gegebenenfalls für verschiedene Stellen oder Abschnitte verändert wird;
    g) die Vorspannung des Bandes (9) durch Zurückdrehen mindestens einer der gekrümmten Flächen (2) gelöst und der aufgeklebte Bandabschnitt (9) von der Vorrichtung getrennt wird;
    h) die Vorrichtung vom Bauwerk (7) zurückgefahren wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Schritten a) bis e)
    f) der Bandabschnitt (9) im Bereich zwischen den beiden gekrümmten Flächen (13,14) mittels eines aufblasbaren Luftkissens (6), das zwischen der Vorrichtung und dem auf sie gespannten Band (9) wirksam ist, an das Bauwerk (7) angepresst wird, bis der Klebstoff ausgehärtet ist, und nach Aushärtung des Klebstoffes das Luftkissen (6) durch Ablassen der Druckluft entlastet wird;
    anschliessend die Schritte g) bis h).
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Schritten a) bis e)
    f) der Bandabschnitt (9) im Bereich zwischen den beiden gekrümmten Flächen (13,14) mittels mindestens eines Heiz-/Anpresselementes (19) über die ganze Bandabschnittlänge kontinuierlich oder in diskreten Schritten an einer lokalen Stelle oder über einen Teil des Bandabschnitt geheizt und an das Bauwerk (7) angepresst wird, bis der Klebstoff an dieser Stelle oder diesem Bandabschnitt-Teil ausgehärtet ist;
    anschliessend die Schritte g) bis h).
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Applizieren von zugfesten Verstärkungsbändem (9) an Bauwerken (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (1) vorhanden ist, an dessen Enden druckfest und biegesteif voneinander beabstandet angeordnete, konvex gekrümmte, mit Bezug auf den Träger (1) nach aussen hin weisende Flächen (13,14) mit Halterungen (18) zum Befestigen mindestens eines auf der Fläche (13,14) in Umfangsrichtung aufliegenden Bandes (9) angebaut sind, wobei der Träger (1) so gestaltet ist, dass die beiden gekrümmten Flächen (13,14) von einem Bandabschnitt (9) als Tangente verbindbar sind, wobei wenigstens eine der gekrümmten Flächen (13,14) in Umfangsrichtung verdrehbar und in jeder Drehlage festhaltbar ist, und weiter dass die Vorrichtung Mittel zu ihrer lösbaren Befestigung am Bauwerk (7) einschliesst.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmten Flächen (13,14) von zwei Rädem (2) gebildet sind, wobei die zwei Räder (2) an einem zwischenliegenden Träger (1) gelagert sind, wobei mechanische, hydraulische oder pneumatischen Antriebsmittel vorhanden sind, mittels derer mindestens eines der Räder (2) verdrehbar ist und durch eine Feststellvorrichtung (5) in der verdrehten Lage festhaltbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) den Raum zwischen den beiden gekrümmten Flächen (13,14) einnimmt, wobei er auf derjenigen Seite, auf welcher das Band (9) aufspannbar ist, eine gegen das Band hin gerichtete ebene Fläche (17) bildet, auf welcher ein aufblasbares Luftkissen (6) angeordnet ist, mittels dessen ein zwischen den gekrümmten Flächen (13,14) aufgespanntes Band (9) vom Träger (1) aus gesehen nach aussen hin pressbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) den Raum zwischen den beiden gekrümmten Flächen (13,14) einnimmt, wobei er auf derjenigen Seite, auf welcher das Band (9) aufspannbar ist, mindestens ein Heiz-/Anpresselement (19) aufweist, welches motorisch oder von Hand betrieben über die Länge des zwischen den gekrümmten Flächen (13,14) aufgespannten Bandes (9) fahrbar ist, und mittels dessen das aufgespannte Band (9) lokal oder abschnittsweise heizbar und auf das Bauwerk (7) anpressbar ist.
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