4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 349 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben Jürgen Feix Universität Innsbruck, Innsbruck, Österreich Johannes Lechner Prof. Feix Ingenieure, München, Deutschland Zusammenfassung In den letzten Jahrzehnten haben sich auf der einen Seite die Brückenlasten und auf der anderen Seite auch das Verkehrsaufkommen auf mitteleuropäischen Hauptverkehrswegen drastisch erhöht. Berücksichtigt man das durchschnittliche Alter des Großteils des Brückenbestandes von 40 - 50 Jahren, so ergibt sich eine bedeutende Zahl an instandzusetzenden bzw. zu verstärkenden Infrastrukturbauwerken. Wie zahlreiche Untersuchungen und Erfahrungen aus Nachrechnungen zeigen, ergeben sich sehr häufig Defizite an vorhandener Querkraftbewehrung in Bestandsbrücken. Aus diesem Grund wurde in den letzten Jahren an Universität Innsbruck ein neues Verstärkungsverfahren der nachträglichen Querkraft- und Durchstanzverstärkung entwickelt. Dieses neue Verfahren basiert auf der Nutzung von modifizierten Betonschrauben, die aus der Verankerungstechnik bekannt sind, als nachträgliche Bewehrung. In Versuchen konnte die hervorragende Eignung des Systems gezeigt werden und auf den Versuchsergebnissen aufbauend ein Bemessungsmodell auf Basis des Eurocode 2 Bemessungskonzeptes abgeleitet werden. Somit war es möglich in den letzten Jahren einige Pilotprojekte in Deutschland und Österreich an Infrastrukturbauten umzusetzen. Dabei konnte gezeigt werden, dass das System durch die Möglichkeit des Einbaus von einer Seite und die sehr schnelle Installation auch unter laufendem Betrieb des Tragwerks durchgeführt werden kann. Im September 2019 wurde nun für das neue Verfahren eine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik erteilt, die auch für dynamisch beanspruchte Tragwerke, wie Brücken gilt. Damit wird diese neue Verstärkungstechnologie einem breiten Anwenderkreis zugänglich gemacht. 1. Einleitung Ein Großteil der vorhandenen Brückentragwerke der zentraleuropäischen Staaten wurde in den Jahren zwischen 1960 und 1990 errichtet (vgl. [1]). Die Brückentragwerken an den deutschen Bundesfernstraßen sind mit über 45 % der Bauwerksflächen heute zwischen 60 und 40 Jahre alt. Eine Betrachtung der verwendeten Materialwahl bei diesen Brücken der Deutschen Bundesanstalt für Straßenwesen [1] zeigt, dass der überwiegende Teil fast 90 % der Tragwerke in den Bauweisen Stahlbeton- oder Spannbeton errichtet wurde. Neben dem zunehmenden Alter der Brückeninfrastruktur im zentral-europäischen Raum spielt aber auch die Steigerung des Verkehrsaufkommens und speziell das des Schwerverkehrs eine bedeutende Rolle für Verschlechterung der Brückeninfrastruktur. So zeigt etwa das Beispiel der Brennerautobahn in Österreich, welche Ende der 1970er Jahre errichtet wurde, sehr deutlich, dass sich die Lasten auf die Infrastruktur seit Inbetriebnahme massiv gesteigert haben. Abbildung 1 zeigt die Verzehnfachung der transportierten Güter über den Brennerpass seit Ende der 1970er Jahre. Abbildung 1: Entwicklung der transportierten Güter über den Brenner-Pass in Österreich, nach [2] 350 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben Ähnlich kann der Verkehrsstatistik der Bundesanstalt für Straßenwesen [3] entnommen werden, dass auch auf deutschen Fernstraßen das durchschnittliche Verkehrsaufkommen zwischen 1960 und heute von etwa 7000 auf knapp 50 000 KFZ/ 24 h angestiegen ist. Mit dieser massiven Zunahme des Verkehrs geht auch eine deutliche Zunahme der Lasten einher, welche auf die vorhandenen Tragwerke einwirkt. Insbesondere durch den wachsenden Schwerverkehr und neue größere Güterfahrzeuge. Abbildung 2: Entwicklung der Zustandsnoten der Brücken an Deutschen Bundesfernstraßen zwischen 2000 und 2015, aus [4] und [5] Durch die zunehmende Alterung der Infrastruktur und die gleichzeitige steigende Belastung hat sich in den letzten Jahren der Zustand der Infrastrukturbauwerke vor allem durch übermäßigen Verschleiß deutlich verschlechtert, wie die Abbildung 2 zeigt. Hier ist allen voran erkennbar, dass der Anteil der mit gut oder sehr-gut bewerteten Brücken in den letzten Jahren kontinuierlich abgenommen hat. Untersuchungen wie etwa [6] und [7], welche sich mit der Nachrechnung von Bestandsbrücken im Zuge der neuen Normenansätze infolge der Einführung der Eurocode-Serie beschäftigten, zeigen, dass bei der Nachrechnung von Bestandsbrücken zahlreiche Tragfähigkeitsdefizite auftreten. Große Defizite ergeben sich vor allem im Bereich der Querkrafttragfähigkeit, wie die Untersuchungen in [6] zeigen. Darin wird dargestellt, dass von 142 untersuchten Brückentragwerken 72 Bauwerke Defizite im Bereich der Querkraftragfähigkeit auf Basis der aktuellen Normung aufweisen. Vor diesem Hintergrund ergibt sich für diese Tragwerke ein enormer Verstärkungsbedarf, um solche Bauwerke weiterhin im Netz halten zu können. Um diese Defizite an vorhandener Querkraftbewehrung in bestehenden Strukturen auszugleichen braucht es innovative Verstärkungssysteme. Diese müssen nicht nur eine hohe Verstärkungswirkung bei geringem Einsatz an Verstärkungselementen aufweisen, sondern auch eine möglichst schnelle und einfache Installation ermöglichen. Idealerweise soll die Verstärkung von der Unterseite in das Tragwerk eingebaut werden können, um den Verkehr am Tragwerk nicht einzuschränken. Zudem kann dadurch ein kostspieliger Abtrag des Fahrbahnaufbaus und der Abdichtung verhindert werden. 2. Betonschrauben als Verstärkungselement Der Einsatz von Betonschrauben als nachträgliche Querkraft- und Durchstanzverstärkung kann diese Erfordernisse erfüllen. Daher wurde in den vergangenen zehn Jahren an der Universität Innsbruck an diesem neuen Verstärkungssystem geforscht und in zahlreichen Versuchsserien anhand von Bauteilversuchen die Eignung der Schrauben als nachträgliche Bewehrung untersucht (vgl. [8] - [11]). Auf Basis dieser Untersuchungen wurden im September 2019 zwei bauaufsichtliche Zulassungen für das System durch das Deutsche Institut für Bautechnik erteilt. Die Zulassungen Z-15.1-339 [12] bzw. Z-15.1-344 [13] regelt den Einsatz der Betonschrauben als nachträgliche Querkraftbewehrung, die Zulassungen Z-15.1-340 [14] bzw. Z-15.1-345 [15] den Einsatz als nachträgliche Durchstanzverstärkung. 2.1 Tragwirkung der Betonschrauben Betonschrauben sind seit Beginn der 1990er Jahre als Verankerungselement in Stahlbetonstrukturen bekannt und wurden in den vergangenen Jahren vermehrt eingesetzt. Ein großer Vorteil von Betonschrauben gegenüber anderen Ankermitteln sind die schnelle Installation und die sofortige Belastbarkeit, welche sich durch den mechanischen Verbund der Schraube mit der Betonstruktur ergibt. Betonschrauben werden in ein vorgebohrtes Loch mit entsprechendem Durchmesser eingedreht und schneiden sich dabei ein Gewinde in die Bohrlochwandung, wodurch eine Verzahnung mit dem Beton erzeugt wird. Damit ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung, die sofort belastet werden kann, wie in Abbildung 3 ersichtlich ist. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 351 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben Abbildung 3: Tragwirkung der Betonschrauben als Kombination aus mechanischem und Klebeverbund Um die Tragfähigkeit der Betonschrauben weiter zu erhöhen, wurden die sogenannten Verbundankerschrauben entwickelt, bei denen ein Vinylesthermörtel vor dem Eindrehen der Schrauben in das Bohrloch injiziert wird. Damit wird der existierende Ringspalt zwischen Schraube und Beton verfüllt, was durch die größere Auflagefläche des Gewindes und den Klebeverbund (vgl. Abbildung 3) zu größeren Traglasten führt. Der Auszugswiderstand der Schrauben kann mittels Verklebung um etwa 40 % gesteigert werden, wie auch in [16] gezeigt wird. 2.2 Betonschrauben für die Tragwerksverstärkung Diese Verbundankerschrauben werden für den Einsatz als nachträgliche Querkraft- und Durchstanzverstärkung in etwas modifizierter Art gemäß den Zulassungen verwendet. Abbildung 4 Betonschrauben nach den bauaufsichtlichen Zulassungen [12] - [15] zur Anwendung als nachträgliche Querkraft- und Durchstanzverstärkung Für den Einsatz als nachträgliches Bewehrungselement, welche eine Rückverankerung der eingeleiteten Kraft am hinteren Ende der Schraube erfordert, wurden Rückverankerungselemente entwickelt, wie Abbildung 4 zeigt. Dies wird über eine Unterlegplatte mit einer Keilsicherungsfederscheibe und eine Mutter am ISO-Gewinde der Schraube an der Außenseite des Tragwerks ausgeführt. Über die Mutter an der Außenseite ist es auch möglich eine Vorspannung in der Schraube durch Andrehen zu erzeugen Gemäß der Zulassungen sind die Schraubentypen TSM- 22 und TSM-16, welche sich hinsichtlich des Bohrlochnenndurchmessers (d 0 = 22 mm bzw. d 0 = 16 mm) unterscheiden, als nachträgliche Verstärkungselemente zugelassen. Die Länge der Schrauben kann an das jewei- 352 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben lige Verstärkungsprojekt angepasst werden und ist in den Zulassungen über die maximale Bohrlochtiefe (200 cm für die Querkraftverstärkung, 100 cm für die Durchstanzverstärkung) begrenzt. Bei Bohrungen über 170 mm für die TSM-16 bzw. 210 mm für die TSM-22 Schrauben sind Stufenbohrungen auszuführen, um das korrekte Eindrehen der Schrauben zu gewährleisten. Alle Schrauben des zugelassenen Systems werden aus Stahl mit einer charakteristischen Fließspannung von mindestens f ywk = 500 MPa gefertigt und mit einem speziellen Korrosionsschutzsystem versehen. Dieser Schutz gewährleistet eine Korrosionsschutzklasse nach C5-I gemäß DIN EN ISO 12944-6. Diese Korrosionsschutzklasse ermöglicht somit auch den Einsatz des Systems in stark korrosiven Umgebungen, wie z.B. auf Brücken bei Einsatz von Tausalz. Die Verwendung des des Verbundmörtels erhöht den Korrosionsschutz durch die Verfüllung des Ringspaltes zusätzlich. 3. Wissenschaftliche Untersuchungen zur Zulassung Als Ergebnis eines Vergleichs der Eigenschaften verschiedenster Verankerungselemente, wurden Betonschrauben aufgrund ihres mechanischen Verbundes, der schnellen und einfachen Installation und der hohen Tragfähigkeit als ideales nachträgliches Bewehrungselemente identifiziert. Um die Eignung der Schrauben als nachträgliche eingebaute Bewehrung zu zeigen wurden in den letzten Jahren insgesamt 5 Versuchsreihen zur nachträglichen Querkraft- und 4 Versuchsreihen zur nachträglichen Durchstanzverstärkung mit über 80 einzelnen Bauteilversuchen durchgeführt. 3.1 Durchstanzversuche Die generelle Eignung des Systems konnte bereits 2012 anhand von ersten Durchstanzversuchen eindrucksvoll nachgewiesen werden, wie zum Beispiel in [17] gezeigt wird. Dazu wurden Versuchsplatten mit einer Plattenstärke von 20 cm und einem Durchmesser von 2,7 m hergestellt. An diesen Platten wurde ein Stützenstummel vorgesehen, über welchen im Versuch mittels einer hydraulischen Presse die Durchstanzlast aufgebracht wurde. Über eine Rückverankerung an den Plattenrändern konnte so eine Durchstanzbeanspruchung einer Stahlbetonplatte auf einer Stütze als Ausschnitt abgebildet werden. Anhand dieser Versuche konnte gezeigt werden, dass je nach verwendeter Schraube und Installationsart die Traglaststeigerung bei Verwendung von 32 Schrauben im Versuch um bis zu 53 % gegenüber einem Versuch ohne Durchstanzbewehrung gesteigert werden konnte, wie auch die obere Grafik der Abbildung 5 zeigt. Abbildung 5: erzielte Traglaststeigerungen einiger durchgeführter Durchstanzversuche gegenüber Referenzversuchen ohne Durchstanzbewehrung mit dem reLAST Verstärkungssystem Auf Basis dieser Versuche wurden in den letzten Jahren im Zuge von zwei Forschungsprojekten weitere Durchstanzversuche mit Betonschrauben als nachträgliche Durchstanzverstärkung durchgeführt. Dabei wurden weitere Parameter untersucht, wie etwa die Verklebung der Schrauben, die Setztiefe der Schrauben, die Schraubenanzahl und der Längsbewehrungsgrad in den Probekörpern. Ebenfalls wurden mehrere Versuche mit zyklischen Lasten durchgeführt, wobei gezeigt werden konnte, dass bei Belastungen zwischen einem Drittel und der Hälfte der statischen Bruchlast bei zwei Millionen Lastwechseln kein Versagen infolge dynamischer Lasten eintritt. Erst bei Wiederbelastung mit statischen Lasten konnte nach der dynamischen Lasteinwirkung das Versagen der Versuchskörper herbeigeführt werden. Details zu diesen Versuchen und den Ergebnissen werden auch in [18] und [19] beschrieben und diskutiert. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 353 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben 3.2 Querkraftversuche An der Universität Innsbruck wurden in 32 Versuchen die generelle Eignung des Systems experimentell auch unter dynamischen Lasten untersucht und ausgezeichnete Resultate für statische und dynamische Lasten erzielt (vgl [8], [9] und [10]). Zur Erlangung der Zulassung wurden weitere Versuche, speziell an Plattenstreifen erforderlich. Die Versuchsergebnisse dieser Versuche sind unter anderem in [20] diskutiert. Im Zuge des Zulassungsverfahrens wurden vom Gutachter zu den bereits durchgeführten 32 Versuchen der ersten drei Versuchsreihen weitere Versuche an Balken mit größerer Höhe und an Plattenstreifen gefordert. Daher wurden weitere Versuchsreihen durchgeführt, wobei die Balkenversuche an der Universität Innsbruck als Vierpunktbiegeversuch durchgeführt wurden. Hier wurden zwei Balkenhöhen von 32 cm und 44 cm untersucht, wobei der Schraubendurchmesser und die Setztiefe der Schrauben variiert wurden. Die erzielten Traglaststeigerung der Balkenversuche mit einer Höhe von 44 cm sind in Abbildung 6 dargestellt. Hier konnten maximale Traglaststeigerungen von bis zu 150 % gegenüber Versuchen ohne Querkraftbewehrung erzielt werden. Abbildung 6: Versuchsergebnisse der durchgeführten Querkraftversuche an Balken mit h = 44 cm zur Erlangung der bauaufsichtlichen Zulassung Die Versuche an den Plattenstreifen konnten aufgrund der hohen erforderlichen Prüflasten nicht in der Versuchsanstalt der Universität Innsbruck durchgeführt werden. Diese Versuche wurden daher im Labor der Universität der Bundeswehr in München an einer 10 MN Prüfmaschine durchgeführt. Abbildung 7 zeigt die Querkraft-Verformungskurven der durchgeführten Versuche an Plattenstreifen mit einer Breite von 88 cm und einer Höhe von 32 cm. Jede Platte war mit jeweils 12 Schrauben in verklebter Installation verstärkt, wobei der Schraubendurchmesser (TSM-22 und TSM-16) sowie die Installationstiefe variiert wurden. Die Installationstiefe wurde zum einen mit d = 29 cm so gewählt, dass die Spitze der Schraube auf Höhe der Oberkante der oberen Längsbewehrung lag, zum anderen mit d = 26 cm so, dass die Schraube unter der oberen Längsbewehrung lag. Abbildung 7: Versuchsergebnisse der durchgeführten Querkraftversuche an Plattenstreifen mit h = 32 cm zur Erlangung der bauaufsichtlichen Zulassung Die Versuchsergebnisse zeigen dementsprechend einen Einfluss der Verankerung unter oder auf Höhe der oberen Längsbewehrung, wie in Abbildung 7 ersichtlich ist. So liegt die erzielte Traglaststeigerung mit 90 % bei größerer Bohrlochtiefe deutlich über den erzielten 64 % Traglaststeigerung, wenn unter der oberen Längsbewehrung verankert wird. Nahezu identisch stellt sich dies bei Verwendung der Schrauben mit kleinerem Nenndurchmesser dar, wobei hier die erzielbaren Traglaststeigerungen mit 84 % bzw. 53 % generell etwas unter denen der Schrauben mit größerem Durchmesser liegen. 3.3 Bemessungskonzept Auf Basis der durchgeführten Versuche wurde sowohl für das System der Querkraftverstärkung als auch für die Durchstanzverstärkung ein Bemessungsmodell abgeleitet, welches in die Zulassung aufgenommen wurde. Beide Bemessungskonzepte basieren auf den Bemessungsmodellen des Eurocode 2 und somit auf der akutellen Normung für die Stahlbetonbemessung. Bei der Bemessung der erforderlichen Querkraftverstärkung wird das erweiterte Fachwerkmodell für die Bemessung von Betonstrukturen mit Querkraftbewehrung verwendet, wobei der nach Eurocode 2 variable Druckstrebenwinkel θ bei der Bemessung der Betonschraubenverstärkung mit θ = 45° fixiert wird. Ebenso wird der Winkel der Betonschrauben mit α = 90° gegenüber der Stablängsachse fest definiert. Der Nachweis der Betondruckstrebe V Rd.max des Fachwerkmodells erfolgt unter Berücksichtigung dieser beiden Winkel unverändert zu den Regelungen des EC 2. Der Nachweis der Zugstrebe V Rd.s, also der erforderlichen 354 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben Verstärkung, erfolgt ebenfalls mit der Gleichung des Eurocode 2 bei Beachtung der beiden genannten Winkel. Allerdings wird anstelle des vollen Bemessungswerts der Streckgrenze der Querkraftbewehrung eine effektive Fließspannung der Schrauben fywd.ef in der Bemessung verwendet. Da die Gleichung zur Ermittlung der Fließspannung aus den Versuchsergebnissen durch statistische Verfahren abgeleitet wurde, gehen darin über zwei Faktoren c 1 und c 2 der Schraubendurchmesser und die Verankerungstiefe ein, die einen wesentlichen Einfluss auf die Verstärkungswirkung haben, wie die Versuchsergebnisse gezeigt haben (vgl. Abbildung 6 und Abbildung 7). Bei der Bemessung der Durchstanzverstärkung mit dem reLAST-System wird ebenfalls das Bemessungskonzept des Eurocode 2 verwendet. Bei Überschreiten des Durchstanzwiderstandes des Betons V Rd.c darf der Durchstanzwiderstand V Rd.cs bis zu einer Größe von 1.4 • V Rd.c mit Verbundankerschrauben gesteigert werden. Dafür wird ähnlich zur Querkraftverstärkung ein effektiver Bemessungswert der Streckgrenze fywd.ef der Durchstanzbewehrungselemente ermittelt, welcher ebenfalls auf den Ergebnissen der durchgeführten Durchstanzversuche basiert und in den unter anderem der Schraubendurchmesser einfließt. Neben den Gleichungen zur Ermittlung der notwendigen Verstärkungselemente geben die Zulassungen ebenfalls Regelungen zur konstruktiven Anordnung der Verstärkung an, welche zum einen auf den Versuchsergebnissen, aber auch auf den konstruktiven Regeln des Eurocode 2 basieren. 4. Pilotprojekte Auf Basis der erzielten Erkenntnisse der Versuche und den daraus abgeleiteten Bemessungsmodellen konnten in den letzten Jahren bereits einige Pilotanwendungen mit den beiden neuen Verstärkungssystemen ausgeführt werden. Es zahlreiche Brücken aber auch Tiefbaubauwerke nachträglich erfolgreich verstärkt. 4.1 Biege- und Querkraftverstärkung einer Balkenbrücke Die Eisenbahnüberführung über die Bundesautobahn A70 wurde als zweifeldrige Spannbetonbrücke 1967 errichtet. Die Brücke wurde mittels des damals gebräuchlichen Sigma Oval Spannstahl vorgespannt. Dieser Spannstahl ist nach heutigem Wissenstand stark spannungsrisskorrosionsgefährdet. Aufgrund dessen wurde eine Nachrechnung durchgeführt, welche keine verbleibende Restlebenszeit ergab, da für den Fall einen Spanngliedbruches kein Ankündigungsverhalten nachweisbar war. Um das Schlüsselbauwerk weiterhin im Netz halten zu können und eine Totalsperrung der wichtigen Eisenbahnstrecke zu vermeiden, wurde eine Verstärkungsmaßnahme geplant, um die Restlebenszeit der Brücke auf 20 Jahre zu erhöhen. Aufgrund der Gefährdung durch den verwendeten Spannstahl musste nicht nur eine Querkraft-, sondern auch eine Biegeverstärkung vorgenommen werden. Diese wurde durch externe Bewehrung in Form von Stahllaschen an beiden Seiten des Hohlkörpers ausgeführt, wie auch in Abbildung 8 zu erkennen ist. Diese Stahllaschen wurden in Form von einzelnen Schüssen mit Betonschrauben an den Stegen befestigt und anschließend miteinander verbunden und vorgespannt. Diese Stahllaschen wurden mit Betonschrauben mit ca. 2 m Länge in die Endquerträger der Brücke rückverankert. Zusätzlich wurden etwa 1,25 m lange Betonschrauben als nachträgliche Querkraftbewehrung durch den Hohlkörper der Brücke von unten eingebaut. Abbildung 8: Verkehr unter und auf der Brücke während der Ausführung der Verstärkungsmaßnahme Eine wesentliche Vorgabe bei der Ausführung der Verstärkung war dabei, dass der Eisenbahnverkehr auf der Brücke nicht unterbrochen werden darf. Es konnten dementsprechend keine Maßnahmen von der Oberseite der Brücke durchgeführt werden. Gleichzeitig durfte unter der Brücke jedoch auch lediglich jeweils ein Fahrstreifen der Autobahn A70 gesperrt werden. Dazu wurde ein spezielles Verstärkungskonzept erarbeitet mit dem die gesamte Maßnahme innerhalb von 4 Wochen ohne Störung 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 355 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben des Eisenbhanverkehrs und mit lediglich geringfügiger Störung des Verkehrs unter der Brücke umgesetzt werden konnte (vgl. Abbildung 8). 4.2 Querkraftverstärkung einer Plattenbrücke Die Eisenbahnunterführung unterführt eine zweispurige Straße unter einer Eisenbahnstrecke, wobei das Tragwerk im Eingangsbereich eines Bahnhofes liegt und dadurch eine Weiche auf dem Bauwerk angeordnet ist. Die Brücke ist in Form einer einfeldrigen Plattenbrücke mit einer Spannweite von 11,3 m bei einer Breite von ca. 18 m errichtet worden. An der Unterführung wurden im Zuge eine Bauwerksprüfung Schubrisse an den Plattenseiten erkannt. Daraufhin wurden Monitoring-Maßnahmen durchgeführt. Gleichzeitig wurde eine statische Nachrechnung des Tragwerks nach aktueller Normung beauftragt, welche zu dem Ergebnis führte, dass die Tragfähigkeit der Struktur aufgrund zu geringer Schubbewehrung nicht gegeben ist. Die in den 1980er Jahren errichtete Unterführung wurde mit den damals üblichen Schubaufbiegungen der Längsbewehrung als Querkraftbewehrung hergestellt. Diese Schubaufbiegungen sind auch in Abbildung 9 zu erkennen. Aufgrund der großen Längsabstände der Schubaufbiegungen genügen diese jedoch heute nicht mehr den konstruktiven Anforderungen der aktuellen Norm und können dementsprechend nicht für die Tragfähigkeit der Platte berücksichtigt werden. Abbildung 9: geplante Verstärkung der Platte mit Hilfe von TSM-22 Betonschrauben als nachträgliche Querkraftverstärkung Aufgrund der Bedeutung des Bauwerks und dem damit verbundenen Verkehrsaufkommen sowie der vorhandenen Weiche auf der Brücke wurde von Seiten des Betreibers beschlossen, dass das Tragwerk ausschließlich von der Unterseite ertüchtigt werden kann und keine Maßnahmen auf der Brückenoberseite möglich sind. Die ursprünglich geplante Verstärkung beruhte auf in einem 45◦ Winkel eingebohrter und geklebter Bewehrung, die zwischen die Aufbiegung eingebaut werden sollte. Mit dem neuen System reLAST war es jedoch im Zuge einer Umplanung möglich die Anzahl an Verstärkungselemente zu reduzieren und vor allem den Einbauaufwand, den die geneigten Bohrungen erzeugt hätten drastisch zu reduzieren. Die Verstärkung wurde in 4 Reihen parallel zu den Auflagerrändern geplant, wie im oberen Bild der Abbildung 9 zu sehen ist. In den stumpfen Ecken der im Grundriss leicht schiefen Brücke war eine etwas größere Bewehrungsmenge erforderlich (vgl unteres Bild der Abbildung 9). Abbildung 10: von unten ausgeführte Verstärkung mit reLAST TSM-22 Betonschrauben der Plattenbrücke, Bild mit freundlicher Genehmigung der ÖBB Die Abbildung 10 zeigt die ausgeführte Verstärkung, die gänzlich von unten von den beiden Gehwegen aus eingebaut werden konnte. Somit stellte die Verstärkung auch keine Beeinträchtigung des Verkehrs unter der Brücke dar und konnte innerhalb weniger Tage ausgeführt werden. 4.3 Durchstanzverstärkung einer Plattenbrücke Ebenfalls konnte eine punktgestützte Plattenbrücke einer Schnellstraße verstärkt werden, bei der die vorhandenen Schubaufbiegungen um die Punktlagerungen nicht zur Aufnahme der Durchstanzlasten in der Platte ausreichten. Daher wurde eine Verstärkung mit radial um die Punktlager angeordneten reLAST TSM-22 Schrauben geplant und ausgeführt, wodurch die Durchstanz-Traglast auf das geforderte Niveau der aktuellen Normung gebracht werden konnte. Wie die Abbildung 11 zeigt, wurde auch hier die Verstärkungsmaßnahme komplett von der Tragwerksunterseite unter Aufrechterhaltung des Verkehrs auf der Brücke 356 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben durchgeführt. Durch den Einsatz von kleinen Rüstungen um die Stützen zum Einbau der Verstärkung konnte auch die Verkehrsbehinderung unter der Brücke auf ein Minimum reduziert werden und der Einbau der Verstärkung innerhalb weniger Tage umgesetzt werden. Abbildung 11: Einbau der Durchstanzverstärkung in die Plattenbrücke von unten, Bild mit freundlicher Genehmigung der Asfinag 5. Zusammenfassung Seit Anfang September 2019 sind die reLAST Verbundankerschrauben als nachträgliche Querkraft- und Druchstanzbewehrung durch das Deutsche Institut für Bautechnik zugelassen. Dem gingen jahrelange wissenschaftliche Untersuchungen und zahlreiche Bauteilversuche an der Universität Innsbruck voraus. Diese Versuche zeigten, dass mit Hilfe der nachträglich eingebauten Betonschrauben die Traglasten gegenüber Referenzversuchen ohne Schubbewehrung um bis zu 150 % bei Querkraftverstärkung und um bis zu 55 % bei Durchstanzverstärkung gesteigert werden können. Zudem konnte über Versuche nachgewiesen werden, dass das System uneingeschränkt für dynamische Belastungen geeignet ist. Auf Basis der Versuchsergebnisse wurden anschließend Bemessungskonzepte abgeleitet, die auf den Bemessungsmodellen der aktuellen Normung basieren. Diese Bemessungskonzepte, die nun auch in den Zulassungen enthalten sind, ermöglichen dem planenden Ingenieur eine einfache Dimensionierung der Verstärkung mit Hilfe der bekannten Gleichungen der Normung. Wie zahlreiche durchgeführte Pilotprojekte gezeigt haben, liegt der große Vorteil der nachträglichen Verstärkung mit Betonschrauben in der einfachen Installation und sofortigen Belastbarkeit. Das Verstärkungssystem kann aufgrund der Tragwirkung auf dem Prinzip des Hinterschnitts von einer Seite in die zu verstärkende Struktur eingebaut werden. Damit entfällt der Abtrag von Fahrbahnaufbauten an der Oberseite. Dadurch kann die Verstärkung unter laufendem Betrieb ausgeführt werden, wie die exemplarisch gezeigten Pilotprojekte zeigen. Das neue System der Tragwerksverstärkung mit Betonschrauben zeichnet sich somit durch die einfache und schnelle Installation während des laufenden Betriebs des Tragwerks aus. 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Kessner, „Ergebnisse und Erkenntnisse zu durchgeführten Nachrechnungen von Betonbrücken in Deutschland“, Beton- und Stahlbetonbau, Bd. 109, Nr. 2, S. 107-127, 2014. [7] R. Maurer, A. Arnold, und M. Müller, „Auswirkungen aus dem neuen Verkehrslastmodell nach DIN EN 1991-2 / NA bei Betonbrücken“, Beton- und Stahlbetonbau, Bd. 106, Nr. 2011, S. 747-759, 2011. [8] J. Feix, J. Lechner, und R. Schneider, „Nachträgliche Verstärkung von Betonbauwerken mit Betonschrauben“, EI- Eisenbahningenieur, Bd. 67, Nr. 2, S. 28-33, 2016. [9] J. Feix, J. Lechner, R. Walkner, und M. Spiegl, „Betonschrauben als Querkraftverstärkung für dynamisch belastete Stahlbetonbauteile“, 3. Grazer Betonkolloqium, S. 65-73, 2016. [10] J. Lechner und J. Feix, „Development of an efficient shear strengthening method for dynamically loaded structures“, in The 11th fib International PhD Symposium in Civil Engineering, 2016, S. 753-761. [11] J. Lechner und J. Feix, „First experiences with concrete screw-anchors as post-installed shear reinforcement in concrete bridges“, Civ. Eng. Des., Bd. 2019, Nr. 1, S. 17-27, 2019. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 357 Nachträgliche Querkraftverstärkung von Brückentragwerken mit Betonschrauben [12] Deutsches Institut für Bautechnik, „Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung - TOGE TSM BC SB reLAST für die Querkraftverstärkung“, Z-15.1- 339, 2019. [13] Deutsches Institut für Bautechnik, „Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung - Würth Verbundankerschraube RELAST in Durchmesser 16 mm und 22 mm zur Anwendung als nachträglich verankerte Querkraftbewehrung“, Z-15.1-344, 2019. [14] Deutsches Institut für Bautechnik, „Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung - TOGE TSM BC SB reLAST für die Durchstanzverstärkung“, Z-15.1- 340, 2019. [15] Deutsches Institut für Bautechnik, „Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung - Würth Verbundankerschraube RELAST in Durchmesser 16 mm und 22 mm zur Anwendung als nachträglich verankerte Durchstanzbewehrung“, Z-15.1-345, 2019. [16] J. Lechner, N. Fleischhacker, C. Waltl, und J. Feix, „Zum Verbundverhalten von Betonschraubdübeln mit großem Durchmesser“, Beton- und Stahlbetonbau, Bd. 112, Nr. 9, S. 589-600, 2017. [17] J. Feix, P. Wörle, und A. Gerhard, „Ein neuer Ansatz zur Steigerung der Durchstanztragfähigkeit bestehender Stahlbetonbauteile“, Bauingenieur, Bd. 87, 2012. [18] M. Spiegl, R. Walkner, H. Axmann, E. Pilch, A. Schön, und J. Feix, „Betonschrauben als Durchstanzertuechtigung für statisch und zyklisch belastete Platten“, Bauingenieur, Bd. 93, Nr. 7, S. 274-285, 2018. [19] R. Walkner, M. Spiegl, und J. 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