EP1525360A1 - Vorrichtung und verfahren zur verst rkung von tragstrukturen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur verst rkung von tragstrukturen

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EP1525360A1
EP1525360A1 EP03729772A EP03729772A EP1525360A1 EP 1525360 A1 EP1525360 A1 EP 1525360A1 EP 03729772 A EP03729772 A EP 03729772A EP 03729772 A EP03729772 A EP 03729772A EP 1525360 A1 EP1525360 A1 EP 1525360A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cfrp
lamella
cfrp lamella
end element
sleeve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03729772A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Schwegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sika Technology AG
Original Assignee
Sika Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sika Technology AG filed Critical Sika Technology AG
Publication of EP1525360A1 publication Critical patent/EP1525360A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/127—The tensile members being made of fiber reinforced plastics
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    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
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    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/122—Anchoring devices the tensile members are anchored by wedge-action
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    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements
    • E04G2023/0262—Devices specifically adapted for anchoring the fiber reinforced plastic elements, e.g. to avoid peeling off

Definitions

  • the invention relates to a device for reinforcing support structures and to a corresponding method according to claim 10.
  • Such support structures can be bridges, conventionally constructed walls made of brick or, for example, reinforced concrete walls or beams, wooden, plastic or steel beams.
  • CFRP slats of this type are glued to the carrier without pretensioning, ie slack.
  • the idea has now arisen of gluing them to the carrier in a prestressed manner.
  • concrete beams which uses CFRP slats, these being separated at the ends and glued, wedged or held in place by friction in the holding slots of the end elements.
  • the end elements are glued on the tension side of the support element, wedged or held by friction, or let into a corresponding recess in the support element with or without pretension.
  • CFRP lamella has to be pre-assembled in the factory or cut to length in the factory.
  • splitting the slat is a delicate process that requires precision work.
  • the object of the present invention is to propose a device for reinforcing support structures which is space-saving and is particularly suitable for on-site assembly, i.e. on the construction site, with or without pre-tensioning, whereby it is quick and uncritical. Another task is to specify a corresponding procedure for this.
  • FIG. 1 Schematic representation of an inventive device
  • Fig. 1 shows the schematic representation of a device according to the invention with CFRP lamella and end elements.
  • a support structure 1 has two recesses 2, 2 'on the upper side, which are provided for receiving the end elements 3, 3'.
  • a CFRP lamella 4 spans the supporting structure 1 and is pressed into the end elements 3, 3 '.
  • the recesses 2, 2 ' are usually milled into the supporting structure, respectively. drilled and usually have a cylindrical shape. Such an arrangement of the end elements saves space and proves to be particularly advantageous.
  • the CFRP lamella 4 can be at least partially or at least partially connected to the supporting structure by means of an adhesive layer. . ⁇
  • Fig. 2 shows a termination element according to the invention before driving the wedges, shown in section.
  • the CFRP lamella 4 lies centrally in a sleeve 5 and is held in the middle by wedges 6, 6 '.
  • the wedges protruding over the wider sleeve end are shown in position before driving.
  • the necessary transverse pressure is built up on the CFRP lamella so that it remains firmly in place in the sleeve (frictional connection).
  • the device according to the invention can be used with or without pretensioning, which is why the terminating element 3 is also referred to as an anchor head or clamping head.
  • the sleeve 5 consists of plastic, in particular of a fiber-reinforced plastic, of steel or another high-strength material. It is conical at least on the inside and has an essentially circular, an elliptical or an essentially square or rectangular inner cross section.
  • the outside of the sleeve can be independent of the inside can be chosen arbitrarily, namely, for example, cylindrical, but preferably also conical.
  • the wedges 6, 6 ' are made of plastic, in particular of a fiber-reinforced plastic, of steel or another high-strength material, ceramic or aluminum, of mortar, concrete or potting compound. In the simplest case, they consist of two identical wedges. However, a division of the same is also conceivable, e.g. with a division into 2 x 2 wedges, two come to rest on the top and two on the bottom of the CFRP lamella. A non-symmetrical division into approximately two and three wedges is also conceivable.
  • a single wedge can also be driven in if the CFRP lamella is held in the middle by a corresponding counterpart that is already firmly connected to the sleeve.
  • a first of two wedges can, for example, be held in the sleeve in the end position with a pressure sensitive adhesive, after which a single second wedge is driven in.
  • This arrangement has the advantage of providing the necessary pretension with only one-sided accessibility with a corresponding pretensioning device. This already shows a significant advantage of the device according to the invention.
  • the means for promoting adhesion 7 consist of an adhesive, a friction agent, such as a grain size of 0.1-1.0 mm, a film provided with a friction agent, a powder coating or a plasma coating and the like. They form a so-called ⁇ aft Georgia 'between the CFRP lamella 4 and the wedges 6, 6'.
  • the means for imparting adhesion 7 are not necessarily located exclusively on the CFRP lamella. Rather, they can also be arranged on the inside of the sleeve, specifically over the entire surface, partially, in the direction of the traction, or they are arranged spirally to the direction of traction. It is essential that the friction parameter between the CFRP lamella and the wedges and, if necessary, also to the sleeve becomes large and that the required transverse pressure from the pressing in of the wedges is permanently present.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a termination element before pressing the sleeve onto wedges and CFRP lamella shown in section.
  • the conical sleeve 5 has an outside diameter of 50 mm and 65 mm. It has an oval cross-section and is 110 mm long and 6.0 mm thick. It consists of a carbon fiber composite (CFRP).
  • CFRP lamella 4 has a cross section of 2.4 x 60 mm and is a plastic reinforced with carbon fibers (Sika CARBODUR, Sika AG, CH-8048 Zurich).
  • An aging-resistant sandpaper coated on both sides was attached to the CFRP lamella 4 in the area of the sleeve as a means of imparting adhesion 7.
  • An adhesion promoter was dispensed with here between the wedges 6, 6 'and the sleeve 5.
  • the two wedges 6, 6 ' are also made of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • the wedges were driven or pressed into the sleeve with a force of 200 kN. Such a clamping head or such an end element withstands test forces of at least 300 kN.
  • this exemplary embodiment represents an alternative method in which the sleeve is pressed onto the wedges and the CFRP lamella, which will be described later.
  • the pressing direction is indicated with the arrows on the sleeve 5.
  • CFRP slats are to be delivered to the construction site on rolls, cut to length and tensioned and anchored without splitting the slat ends.
  • recesses 2, 2 'or cutouts are made in the supporting structure 1; i.e. these are excavated, milled, drilled, etc.
  • the so-called' supports' of a known type are now introduced or inserted, which serve as force introduction elements, and which are positioned exactly there.
  • the CFRP lamella 4 is threaded or pulled in introduced and positioned, in sequence through the first recess 2 and the first support, through the first closure element 3, around the support structure 1, through the second recess 2 'and the second support, through the second closure element 3' until the CFRP lamella 4 dominates this.
  • CFRP slats are usually delivered to the construction site on rolls and are pulled off there from a trestle. At most, prefabricated CFRP lamellas in a U-shape are used.
  • the means for imparting adhesion 7 are applied to the CFRP lamella, specifically in the area of the end elements 3, 3.
  • a fourth step the at least one wedge 6 'of the second end element 3' is pressed into the second sleeve 5 '. this being done without pulling on the CFRP lamella 4.
  • the CFRP lamella is then prestressed, which is done with a prestressing device located above the first end element 3.
  • a simultaneous tensioning at both ends of the CFRP lamella is also possible, with a pretensioner being located above the two end elements 3, 3 '. Biasing can also be completely omitted.
  • the at least one wedge 6 of the first end element 3 is driven in or pressed in.
  • the CFRP lamella is then separated off above the first end element 3. This concludes the procedure for reinforcing the support structure.
  • the CKF lamella 4 which is arranged around the tension side of the support structure 1 to be reinforced, can be at least partially glued to it.
  • the second sleeve 5 ' is pressed onto the at least one wedge 6' of the second end element 3 'and the CFRP lamella, this without Pull on the CFRP lamella 4.
  • the CFRP lamella is then prestressed, which is done with a prestressing device located above the first end element 3. This bias can also be omitted.
  • the first sleeve 5 is pressed onto the at least one wedge 6 of the first end element 3 with the CFRP lamella.
  • the CFRP lamella is then separated off above the first end element 3. This concludes this alternative method for strengthening the support structure.
  • the CFRP lamella 4 is pretensioned or 10-20% spanned, the at least one wedge 6, 6 'being loosely inserted in the sleeve but not yet pressed in. Any adhesives or holding devices ' keep the wedges stable in this position.
  • the pretension is now partially relaxed, with the at least one wedge 6, 6 ′ being drawn in or pressed into the sleeve 5 in a self-wedging manner.
  • the preload that is ultimately necessary is maintained.
  • the CFRP lamella 4 is then separated over the first end element 3. This concludes this further alternative method for reinforcing the support structure.
  • Devices according to the invention are particularly suitable for the renovation of concrete supporting structures, such as ceilings or bridge girders. Furthermore, they can also be used for all known applications of conventional CFRP slats, such as masonry, wooden structures, steel structures and earthquake reinforcements.
  • the easy preloading enables the strength properties of the CFRP slats to be used to a greater extent.
  • the pre-tensioning causes a pre-pressing to take place on the tension side of an existing support element, which is particularly advantageous for bridge girders, for example.
  • the method is characterized by a high level of economy and rapid assembly, and the device is characterized by a high degree of flexibility in the arrangement on the supporting structures to be reinforced.

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Abstract

Eine Vorrichtung mit einer CFK-Lamelle (4) zur Verstärkung von Tragstrukturen (1) wird beschrieben, bei der die CFK-Lamelle (4) in jeweils ein Abschlusselement (3, 3') mündet, wobei die Enden der CFK-Lamelle (4) mit Mitteln zur Haftvermittlung (7), bzw. mit einer Haftbrücke, versehen sind. Die CFK-Lamelle (4) liegt in den Abschluss­elementen (3, 3') jeweils mit mindestens einem Keil (6, 6') eingepresst vor. Als Mittel zur Haftvermittlung (7) dienen Kleber, ein Reibmittel mit einer Körnung von 0,1 - 1,0 mm, ein mit einem Reibmittel versehene Folie, eine Pulverbeschichtung oder eine Plasmabeschichtung. Verfahren zur Verstärkung von Tragstrukturen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung mit und ohne Vorspannung werden beschrieben. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität bei der Anordnung an den zu verstärkenden Tragstrukturen aus und das Verfahren durch eine hohe Wirtschaft­lichkeit und eine rasche Montage.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Verstärkung von Tragstrukturen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstärkung von Tragstrukturen gemäss Patentanspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren dazu gemäss Patentanspruch 10.
Bei der Sanierung von Tragstrukturen an bestehenden Bauten stellt sich oft das Problem, dass die Tragstruktur für neue Lastfälle, welche die ehemalige Dimensionierung übersteigen, angepasst werden soll. Um nicht die Tragstruktur in derartigen Fällen ganz zu ersetzen, sind Methoden und Vorrichtungen zur Verstärkung solcher bestehender Tragstrukturen gefunden worden. Solche Tragstrukturen können Brücken, herkömmlich aufgebaute Wände aus Backstein oder beispielsweise Stahl beton wände oder -träger, Holz-, Kunststoff- oder Stahlträger sein.
Seit längerem bekannt ist die Verstärkung solcher Tragstrukturen mit nachträglich aufgebrachten Stahlplatten. Die Stahlplatten, d.h. bandförmige Stahlbleche resp. Stahllamellen, werden dabei auf eine oder zwei Seiten der Tragkonstruktion aufgeklebt, vorzugsweise auf die auf Zug belasteten Seiten der Tragkonstruktion. Der Vorteil dieses Verfahrens bestand darin, dass es verhältnismässig rasch durchgeführt werden kann, allerdings hohe Anforderungen an die Klebung stellt, d.h. die Vorbereitung der Teile und der Klebeoberfläche. Die Durchführung der Klebung muss unter genau definierten Verhältnissen stattfinden, um die gewünschte Wirkung zu erreichen. Probleme bei dieser Methode treten insbesondere im Korrosionsbe'reich auf, d.h. wenn Tragkonstruktionen im Freien derart verstärkt werden sollen, wie beispielsweise Brückenträger. Aufgrund des verhältnismässig hohen Gewichtes und der Herstellung solcher Stahllamellen ist die maximale einsetzbare Länge beschränkt. Ebenfalls kann aus Platzgründen der Einsatz in geschlossenen Räumen problematisch sein, wenn die starren Stahllamellen nicht in den entsprechenden Raum transportiert werden können. Zudem sind die Stahllamellen bei Applikationen "über Kopf" bis zum Aushärten des Klebstoffes gegen die zu verstärkende Tragstruktur anzupressen, was ebenfalls einen hohen Aufwand bedeutet. Neuerdings werden nun auch Kohlenstofflamellen (CFK-Lamellen) auf die Zugseiten der Tragkonstruktion aufgeklebt und damit die Tragfähigkeit solcher Konstruktionen durch Erhöhung des Trag Widerstandes und der Duktilität nachträglich verbessert. Vorteilhaft dabei sind die einfache und kostengünstige Applikation solcher Lamellen, welche eine höhere Festigkeit als die Stahllamellen bei weitaus geringerem Gewicht aufweisen und einfacher zu lagern sind. Ebenfalls ist die Korrosionsbeständigkeit besser, weshalb solche Verstärkungen auch für die Verstärkung von Tragkonstruktionen im Freien geeignet sind. Dabei hat sich nun aber besonders die Endverankerung der Lamellen als problematisch erwiesen. Gerade in diesem Bereich ist die Gefahr der Ablösung der Lamellen besonders gross und es besteht das Problem der Krafteinleitung vom Lamellenende in den Träger. Eine bekannte Lösung hierfür besteht darin, dass eine in einem flachen Winkel verlaufende Bohrung resp. keilförmige Ausnehmung im Träger angebracht wird, in welche die Enden der CFK-Lamellen eingebracht werden und ggf. mittels Bügel, Schlaufen, Platten etc. gegen den Träger angepresst werden. Dies führt nun bereits zu einer Verbesserung des Ablöseverhaltens und besseren Krafteinleitung vom Träger in die Lamelle.
Herkömmlicherweise werden derartige CFK-Lamellen ohne Vorspannung, d.h. schlaff, auf den Träger aufgeklebt. Damit wird jedoch ein grosser Teil des Verstärkungspotentials dieser Lamellen nicht genutzt, da diese erst nach Überschreiten der Grundlast, d.h. unter Beanspruchung durch die eigentliche Nutzlast, zu tragen beginnen. Um die Lamellen besser auszunützen, ist nun der Gedanke aufgetaucht, diese vorgespannt auf den Träger aufzukleben. Eine bekannte Lösung sieht diesbezüglich vor, dass an den Enden der CFK-Lamellen beidseitig kurze Stahlplatten aufgeleimt werden, die Stahlplatten dann voneinander weg verspannt und damit die CFK-Lamelle vorgespannt werden und diese vorgespannte Anordnung mit dem zu verstärkenden Träger verleimt wird. Nach der Trocknung der Verleimung werden die Lamellen an den Enden mittels Platten, Schlaufen etc. gegen den Träger gepresst und anschliessend die Enden mit den Stahlplatten abgetrennt. Dieses Verfahren ist nun aber sehr aufwendig und kann auch nicht bei allen Anwendungsfällen eingesetzt werden. Die obig beschriebene Verankerungsart der Lamellenenden eignet sich nun aber nur beschränkt für die Vorspannung auf Baustellen. Nach der EP1007809 ist eine Verstärkung von Tragelementen, wie. z.B. Betonträger, bekannt, die CFK-Lamellen verwendet, wobei diese endseitig aufgetrennt und in einem Winkel zueinander in den Halteschlitzen der Abschlusselemente eingeleimt, verkeilt oder über Reibschluss gehalten werden. Die Abschlusselemente werden auf der Zugseite des Tragelementes aufgeleimt, verkeilt oder über Reibschluss gehalten, bzw. in eine entsprechende Aussparung im Tragelement mit oder ohne Vorspannung eingelassen.
Vorteilhaft bei dieser Lösung ist die Realisierung von grösseren Verankerungskräften der Lamelle bei einer kurzen, kompakten Endverankerung. Zudem kann die Krafteinleitung auch ohne Klebstoff erfolgen (Reibschluss).
Nachteilig erweist sich, dass die CFK-Lamelle im Werk vorkonfektioniert, bzw. im Werk abgelängt werden muss. Ausserdem ist das Aufspalten der Lamelle ein heikler Vorgang, der Präzisionsarbeit erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verstärkung von Tragstrukturen vorzuschlagen, die raumsparend ist und sich insbesondere für die Montage vor Ort, d.h. auf der Baustelle, mit oder ohne Vorspannung eignet, wobei sie rasch und unkritisch ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Verfahren dazu anzugeben.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 1 und mit Verfahren gemäss dem Wortlaut der Patentansprüche 10, 11 und 13 gelöst. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung einer erfindungsgemassen Vorrichtung mit
CFK-Lamelle und Abschlusselementen Fig. 2 Erfindungsgemässes Abschlusselement vor dem Eintreiben der Keile im
Schnitt dargestellt Fig. 3 Ausführungsbeispiel eines Abschlusselementes vor dem Aufpressen der
Hülse auf Keile und CFK-Lamelle im Schnitt dargestellt Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemassen Vorrichtung mit CFK-Lamelle und Abschlusselementen.
Eine Tragstruktur 1 weist auf der Oberseite zwei Ausnehmungen 2, 2' auf, die zur Aufnahme der Abschlusselemente 3, 3' vorgesehen sind. Eine CFK-Lamelle 4 umspannt die Tragstruktur 1 und ist in den Abschlusselementen 3, 3' eingepresst. Die Ausnehmungen 2, 2' werden in die Tragstruktur in der Regel gefräst, resp. gebohrt und weisen in der Regel eine zylindrische Form auf. Eine derartige Anordnung der Abschlusselemente ist raumsparend und erweist sich als besonders vorteilhaft. Die CFK-Lamelle 4 kann mittels einer Kleberschicht mit der Tragstruktur ganz öder mindestens teilweise verbunden werden. .<
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemässes Abschlusselement vor dem Eintreiben der Keile, im Schnitt dargestellt.
Die CFK-Lamelle 4 liegt mittig in einer Hülse 5 und wird von Keilen 6, 6' mittig gehalten. Die das breitere Hülsenende überragenden Keile sind in der Lage vor dem Eintreiben dargestellt. Beim Eintreiben der Keile gegen das konisch verlaufende Ende der Hülse wird der notwenidge Querdruck auf die CFK-Lamelle aufgebaut, damit diese in der Hülse unverrückbar festsitzt (Reibschluss). Ein Wegrutschen der CFK-Lamelle aus der Hülse ist ein bekanntes Problem und wird hier erfindungsgemäss durch Mittel zur Haftvermittlung 7 wirkungsvoll verhindert, die sich auf der CFK-Lamelle 4 mindestens einseitig, aber vorzugsweise beidseitig aufgebracht sind und wodurch die CFK-Lamelle im Bereich der Hülse 5 dieses mindestens teilweise bedecken. Die Hülse 5, die Keile 6, 6' und die Mittel zur Haftvermittlung 7 bilden das Abschlusselement 3.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann mit oder ohne Vorspannung verwendet werden, weshalb das Abschlusselement 3 auch als Ankerkopf, oder Spannkopf bezeichnet wird.
Die Hülse 5 besteht aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, aus Stahl oder einem anderen hochfesten Material. Sie ist mindestens auf der Innenseite konisch ausgebildet und weist einen im Wesentlichen kreisförmigen, einen elliptischen oder einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen inneren Querschnitt auf. Die Aussenseite der Hülse kann unabhängig von der Innenseite beliebig gewählt werden, nämlich beispielsweise zylindrisch, vorzugsweise aber ebenfalls konisch.
Die Keile 6, 6' sind aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, aus Stahl oder einem anderen hochfesten Material, Keramik oder aus Aluminium, aus Mörtel, Beton oder Vergussmasse gefertigt. Sie bestehen im einfachsten Fall aus zwei identischen Keilen. Es ist aber auch eine Aufteilung derselben denkbar, wobei z.B. bei einer Aufteilung in 2 x 2 Keile zwei auf der Oberseite und zwei auf der Unterseite der CFK-Lamelle zu liegen kommen. Auch eine nicht-symmetrische Aufteilung in etwa zwei und drei Keile ist denkbar.
Allenfalls kann auch ein einziger Keil eingetrieben werden, falls die CFK-Lamelle durch ein entsprechendes Gegenstück mittig gehalten wird, das mit der Hülse bereits fest verbunden ist.
Andererseits kann ein erster von zwei Keilen beispielsweise in der Hülse mit einem Haftkleber in der Endposition gehalten werden, wonach ein einziger zweiter Keil eingetrieben wird. Diese Anordnung hat den Vorteil bei einer lediglich einseitigen Zugänglichkeit mit einer entsprechenden Vorspannvorrichtung die notwenige Vorspannung dennoch beizubringen. Dadurch zeichnet sich bereits ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemassen Vorrichtung ab.
Die Mittel zur Haftvermittlung 7 bestehen aus einem Kleber, aus einem Reibmittel, wie etwa einer Körnung von 0,1 - 1 ,0 mm, aus einer mit einem Reibmittel versehenen Folie, aus einer Pulverbeschichtung oder einer Plasmabeschichtung und dergleichen. Sie bilden eine sog. Ηaftbrücke' zwischen der CFK-Lamelle 4 und den Keilen 6, 6'. Die Mittel zur Haftvermittlung 7 befinden sich aber nicht zwingend ausschliesslich auf der CFK-Lamelle. Vielmehr können sie auch auf der Innenseite der Hülse angeordnet sein, und zwar ganzflächig, partiell, in Zugrichtung angeordneten Bahnen oder sie sind spiralförmig zur Zugrichtung angeordnet. Wesentlich ist, dass der Reibparameter zwischen der CFK-Lamelle und den Keilen und allenfalls auch zur Hülse gross wird und der erforderliche Querdruck aus dem Einpressen der Keile dauerhaft vorhanden ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren, bei dem die Keile um die CFK-Lamelle einge- presst, bzw. eingetrieben werden, wird später beschrieben. Mit den Pfeilen auf den Keilen wird die Einpressrichtung angedeutet. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Abschlusselementes vor dem Aufpressen der Hülse auf Keile und CFK-Lamelle im Schnitt dargestellt. Die konisch ausgebildete Hülse 5 weist Aussendurchmesser von 50 mm und 65 mm auf. Sie hat einen ovalen Querschnitt und ist 110 mm lang und 6,0 mm wandstark. Sie besteht aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff (CFK). Die CFK-Lamelle 4 hat einen Querschnitt von 2,4 x 60 mm und ist ein mit Kohlefasern verstärkter Kunststoff (Sika CARBODUR, Sika AG, CH-8048 Zürich). Als Mittel zur Haftvermittlung 7 wurde beidseitig zur CFK-Lamelle 4 im Bereich der Hülse ein beidseitig beschichtetes, alterungsbeständiges Schleifpapier angebracht. Zwischen den Keilen 6, 6' und der Hülse 5 wurde hier auf einen Haftvermittler verzichtet. Die zwei Keile 6, 6' sind ebenfalls aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) gefertigt. Die Keile wurden mit einer Kraft von 200 kN in die Hülse getrieben, bzw. gepresst. Ein solcher Spannkopf, bzw. ein solches Abschlusselement hält Prüfkräften von mindestens 300 kN stand.
Selbstverständlich können die Masse der Hülse in einem weiten Rahmen variieren, dies aber immer in Abhängigkeit der vorgegebenen Lamellenquerschnittes. Erfindungsgemäss stellt dieses Ausführungsbeispiel ein alternatives Verfahren dar, bei dem die Hülse auf die Keile und die CFK-Lamelle aufgepresst wird, was später beschrieben wird. Mit den Pfeilen auf der Hülse 5 wird die Aufpressrichtung angedeutet.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Verstärkung von Tragstrukturen mittels einer erfindungsgemassen Vorrichtung beschrieben.
Die CFK-Lamellen sollen auf Rollen auf die Baustelle geliefert, dort abgelängt und ohne Aufspalten der Lamellenenden gespannt und verankert werden.
In einem ersten Schritt werden in der Tragstruktur 1 Ausnehmungen 2, 2', bzw. Aussparungen angebracht; d.h. diese werden ausgehoben, gefräst, gebohrt, usw.. In die Ausnehmungen 2, 2' werden nun die sog. 'Supports' bekannter Art eingebracht, bzw. eingelegt, die als Krafteinleitungselemente dienen, und die dort exakt positioniert werden.
In einem zweiten Schritt wird die CFK-Lamelle 4 eingefädelt, bzw. eingezogen oder eingeführt und positioniert, und zwar der Reihe nach durch die erste Ausnehmung 2 und den ersten Support, durch das erste Abschlusselement 3, um die Tragstruktur 1 , durch die zweite Ausnehmung 2' und den zweiten Support, durch das zweite Abschlusselement 3', bis die CFK-Lamelle 4 dieses überragt.
Die CFK-Lamellen werden in der Regel auf Rollen auf die Baustelle geliefert und werden dort ab einem Abrollbock abgezogen. Es gelangen allenfalls auch vorkonfektionierte CFK-Lamellen in U-Form zur Anwendung.
In einem dritten Schritt werden die Mittel zur Haftvermittlung 7 auf die CFK-Lamelle aufgebracht und zwar im Bereich der Abschlusselemente 3, 3.'
In einem vierten Schritt wird der mindestens eine Keil 6' des zweiten Abschlusselementes 3' in die zweite Hülse 5' eingepresst,. wobei dies ohne Zug auf die CFK- Lamelle 4 erfolgt.
Hierauf wird die CFK-Lamelle vorgespannt, was mit einem über dem ersten Abschlusselement 3 befindlichen Vorspanngerät erfolgt. Auch ein beidseitiges, gleichzeitiges Spannen an beiden Enden der CFK-Lamelle ist möglich, wobei sich hierbei über dem beiden Abschlusselementen 3, 3' je ein Vorspanngerät befindet. Eine Vorspannung kann aber auch vollständig entfallen.
In einem fünften Schritt wird der mindestens eine Keil 6 des ersten Abschlusselementes 3 eingetrieben, bzw. eingepresst. Über dem ersten Abschlusselement 3 wird danach die CFK-Lamelle abgetrennt. Hiermit ist das Verfahren für die Verstärkung der Tragstruktur abgeschlossen.
Die CKF-Lamelle 4, die um die Zugseite der zu verstärkenden Tragstruktur 1 angeordnet ist, kann auf dieser mindestens teilweise verklebt werden.
Ein alternatives Verfahren ergibt sich unter Beibehaltung der Schritte 1 bis 3 und mit abgeänderten Schritten 4 und 5 wie folgt:
In einem vierten Schritt wird die zweite Hülse 5' auf den mindestens einen Keil 6' des zweiten Abschlusselementes 3' und die CFK-Lamelle aufgepresst, wobei dies ohne Zug auf die CFK-Lamelle 4 erfolgt.
Hierauf wird die CFK-Lamelle vorgespannt, was mit einem über dem ersten Abschlusselement 3 befindlichen Vorspanngerät erfolgt. Diese Vorspannung kann auch entfallen.
In einem fünften Schritt wird die erste Hülse 5 auf den mindestens einen Keil 6 des ersten Abschlusselementes 3 mit der CFK-Lamelle aufgepresst. Über dem ersten Abschlusselement 3 wird danach die CFK-Lamelle abgetrennt. Hiermit ist dieses alternative Verfahren für die Verstärkung der Tragstruktur abgeschlossen.
Ein weiteres alternatives Verfahren ergibt sich unter Beibehaltung der Schritte -bis 3 und mit abgeänderten Schritten 4 und 5 wie folgt:
In einem vierten Schritt wird die CFK-Lamelle 4 vorgespannt, bzw. 10 - 20% überspannt, wobei sich der mindestens eine Keil 6, 6' lose in der Hülse eingeführt, aber noch nicht eingepresst befindet. Allfällige Klebemittel oder Haltevorrichtungen 'halten die Keile in dieser Stellung stabil.
In einem fünften Schritt wird die Vorspannung nun teilweise entspannt, wobei der mindestens eine Keil 6, 6' in der Hülse 5 selbstverkeilend eingezogen, bzw. eingepresst wird. Dabei wird die letztlich notwendige Vorspannung beibehalten. Die CFK- Lamelle 4 wird danach über dem ersten Abschlusselement 3 abgetrennt. Hiermit ist dieses weitere alternative Verfahren für die Verstärkung der Tragstruktur abgeschlossen.
Erfindungsgemässe Vorrichtungen eignen sich insbesondere für die Sanierung von Beton-Tragstrukturen, wie z.B. Decken oder Brückenträger. Im Weiteren können sie auch für alle bekannten Anwendungen von herkömmlichen CFK-Lamellen eingesetzt werden, wie z.B. Mauerwerke, Holztragwerke, Stahlbauten und Erdbebenverstärkungen. Die einfache Vorspannbarkeit ermöglicht die höhere Ausnützung der Festigkeitseigenschaften der CFK-Lamellen. Zudem bewirkt die Vorspannung, dass auf der Zugseite eines bestehenden Tragelementes eine Vorpressung erfolgt, was gerade beispielsweise bei Brückenträgern vorteilhaft ist. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit und eine rasche Montage aus und die Vorrichtung durch eine hohe Flexibilität bei der Anordnung an den zu verstärkenden Tragstrukturen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung mit einer CFK-Lamelle (4) zur Verstärkung von Tragstrukturen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der CFK-Lamelle (4) mit Mitteln zur Haftvermittlung (7), bzw. für eine Haftbrücke, versehen sind, die in jeweils ein Abschlusselement (3, 3') münden, in dem die CFK-Lamelle (4) mit jeweils mindestens einem Keil (6, 6') eingepresst sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Haftvermittlung (7) mindestens einseitig auf der CFK-Lamelle (4) aufgebracht sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Haftvermittlung (7) im Bereich des Abschlusselementes (3) dieses mindestens teilweise bedecken.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Haftvermittlung (7) aus einem Kleber, aus einem Reibmittel, wie etwa einer Körnung von 0,1 - 1 ,0 mm, aus einer mit einem Reibmittel versehenen Folie, aus einer Pulverbeschichtung oder einer Plasmabeschichtung bestehen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement eine Hülse (5) aufweist, bei der mindestens die Innenseite konisch ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) einen im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen inneren Querschnitt aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen inneren Querschnitt aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (3) aus Metall oder aus Kunststoff ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mittel zur Haftvermittlung (7) zwischen der Innenseite der Hülse (5) und den Keilen (6, 6') befinden und diese mindestens teilweise bedecken.
10. Verfahren zur Verstärkung von Tragstrukturen (1) mit Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet,
1. dass in der Tragstruktur (1 ) Ausnehmungen (2, 2') angebracht werden, in denen Supports eingelegt und positioniert werden,
2. dass die CFK-Lamelle (4) der Reihe nach durch die erste Ausnehmung (2) und den ersten Support, durch das erste Abschlusselement (3) geführt, um die Tragstruktur (1) angeordnet, durch die zweite Ausnehmung (2') und den zweiten Support und durch das zweite Abschlusselement (3') geführt wird, bis die CFK-Lamelle (4) letzteres überragt,
3. dass die Mittel zur Haftvermittlung (7) auf die CFK-Lamelle (4) im Bereich der Abschlusselemente (3, 3)' aufgebracht werden,
4. dass der mindestens eine Keil (6') des zweiten Abschlusselementes (3') in die zweite Hülse (5') mit der CFK-Lamelle (4) eingepresst wird, wobei dies ohne Zug auf die CFK-Lamelle (4) erfolgt,
5. dass der mindestens eine Keil (6) des ersten Abschlusselementes (3) eingetrieben, bzw. eingepresst wird und dass die CFK-Lamelle (4) über dem ersten Abschlusselement (3) abgetrennt wird.
11. Verfahren zur Verstärkung von Tragstrukturen (1) mit Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet,
1. dass in der Tragstruktur (1 ) Ausnehmungen (2, 2') angebracht werden, in denen Supports eingelegt und positioniert werden,
2. dass die CFK-Lamelle (4) der Reihe nach durch die erste Ausnehmung (2) und den ersten Support, durch das erste Abschlusselement (3) geführt, um die Tragstruktur (1 ) angeordnet, durch die zweite Ausnehmung (2') und den zweiten Support und durch das zweite Abschlusselement (3') geführt wird, bis die CFK-Lamelle (4) letzteres überragt,
3. dass die Mittel zur Haftvermittlung (7) auf die CFK-Lamelle (4) im Bereich der Abschlusselemente (3, 3)' aufgebracht werden,
4. dass die zweite Hülse (5') auf den mindestens einen Keil (6') des zweiten Abschlusselementes (3') und die CFK-Lamelle (4) aufgepresst wird, wobei dies ohne Zug auf die CFK-Lamelle (4) erfolgt,
5. dass die erste Hülse (5) auf den mindestens einen Keil (6) des ersten Abschlusselementes (3) und die CFK-Lamelle (4) aufgepresst wird und dass die CFK- Lamelle (4) über dem ersten Abschlusselement (3) abgetrennt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit oder ohne Vorspannung montiert wird.
13. Verfahren zur Verstärkung von Tragstrukturen (1) mit Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet,
1. dass in der Tragstruktur (1 ) Ausnehmungen (2, 2') angebracht werden, in denen Supports eingelegt und positioniert werden,
2. dass die CFK-Lamelle (4) der Reihe nach durch die erste Ausnehmung (2) und den ersten Support, durch das erste Abschlusselement (3) geführt, um die Tragstruktur (1 ) angeordnet, durch die zweite Ausnehmung (2') und den zweiten Support und durch das zweite Abschlusselement (3') geführt wird, bis die CFK-Lamelle (4) letzteres überragt,
3. dass die Mittel zur Haftvermittlung (7) auf die CFK-Lamelle (4) im Bereich der Abschlusselemente (3, 3)' aufgebracht werden,
4. dass die CFK-Lamelle (4) vorgespannt, bzw. 10 - 20% überspannt wird, wobei sich der mindestens eine Keil (6, 6') lose in der Hülse (5) eingeführt, aber noch nicht eingepresst befinden,
5. dass die Vorspannung teilweise entspannt wird, wobei der mindestens eine Keil (6, 6') in der Hülse (5) selbstverkeilend eingezogen, bzw. eingepresst wird und dass die CFK-Lamelle (4) über dem ersten Abschlusselement (3) abgetrennt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die CKF-Lamelle (4) um die Zugseite der zu verstärkenden Tragstruktur (1) angeordnet wird und auf dieser mindestens teilweise verklebt wird.
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