4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 693 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) Dr.-Ing. Andreas Schmitt BBV Systems GmbH, Bobenheim-Roxheim, Deutschland Dipl.-Ing. Michael Buschlinger BBV Systems GmbH, Bobenheim-Roxheim, Deutschland Zusammenfassung Das BBV 1030 Stabspannverfahren wurde für das Vorspannen und die Verstärkung von Stahlbeton- und Verbundkonstruktionen entwickelt. Je nach Randbedingungen kann das Spannverfahren intern mit oder ohne nachträglichen Verbund sowie extern außerhalb des Tragwerks eingesetzt werden. Es kommen Spannstäbe der Stahlgüte St835/ 1030 und der Ermüdungsfestigkeitsklasse 1 zum Einsatz. Zur Verankerung können neben Ankerplatten aus Stahl auch Hybridankerplatten aus hochfestem Mörtel verwendet werden. Die Anwendung des Stabspannverfahrens wird anhand des 8streifigen Ausbaus der Hochstraße Elbmarsch (K20) vorgestellt. Im Rahmen der Baumaßnahme wird der Überbau der Hochstraße durch eine Verbreiterungsmaßnahme von drei auf vier Fahrspuren erweitert. Der Anschluss an das Bestandsbauwerk erfolgt mithilfe einer Spanngliedkopplung in Form einer Sondermuffe an die bestehende Quervorspannung. Zudem sind die Stabspannglieder aufgrund der Geometrie der Fahrbahnplatte gekrümmt. Die Stabspannglieder werden mit nachträglichem Verbund hergestellt und mithilfe von Hybridankerplatten des Typs CAB 32 verankert. 1. Stabspannverfahren im Betonbau 1.1 Entwicklung und aktueller Stand Mit den Anfängen im 19. Jahrhundert und den umfangreichen Untersuchungen, Neu und Weiterentwicklungen im 20. Jahrhundert, ist der Spannbetonbau nach einer mehr als 100jährigen Erfahrung insbesondere im Konstruktiven Ingenieurbau nicht mehr wegzudenken. Den Großteil der eingesetzten Spannverfahren machen interne und externe Litzen- oder Drahtspannverfahren für die Längs- oder Quervorspannung von Bauteilen und Bauwerken aus. Im Vergleich dazu sind Stabspannglieder hinsichtlich der verbauten Menge bzw. Tonnage pro Jahr eher als Produkt für spezielle Sonderanwendungen einzuordnen. Die Produktauswahl der derzeit in Deutschland bauaufsichtlich zugelassenen Stabspannverfahren und Spannstabstähle ist deshalb sehr begrenzt. Ein Grund dafür ist sicher der zeit- und kostenintensiver Zulassungs- und Überwachungsprozess bei gleichzeitig relativ kleinem Markt. Trotzdem bieten Stabspannglieder je nach Anwendungsgebiet gewinnbringende Vorteile und stellen einen wichtigen Bestandteil im Bereich des Spannbetonbaus dar. Grundsätzlich sind Spannstabstähl als Glattstäbe mit Feingewinden an den Stabenden oder mit Gewinderippen über die gesamte Stablänge verfügbar. Gegenüber Litzen und Drähte weisen diese eine niedrigere Streckgrenze und Zugfestigkeit auf. In Deutschland werden derzeit die Nenndurchmesser 26,5 mm, 32 mm, 36 mm und 40 mm und die beiden Stahlgüten St 835/ 1030 und St 950/ 1050 eingesetzt. Die Festigkeiten werden im Herstellungsprozess durch Warmwalzen, anschließendes Kaltrecken und optionales Anlassen erreicht. Warmgewalzte Spannstabstähle weisen eine ausgedehnte Streckgrenze mit anschließendem Plateau und Verfestigung auf. Die Spannstäbe können im Spannsystem intern mit Verbund, intern ohne Verbund sowie extern außerhalb des Tragwerks eingesetzt werden. 1.2 Vor- und Nachteile Ein bedeutender Vorteil von Stabspanngliedern ist ein hoher Vorfertigungsgrads, der durch eine werkseitige Montage erreicht werden kann. Durch den Einsatz von Fertigspanngliedern kann individuell auf die vorliegen- 694 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) den Randbedingungen eingegangen werden und bei Bedarf ein schneller Baufortschritt realisiert werden. Ein weiterer Vorteil sind die sehr geringen Schlupfwerte des Feingewindes beim Absetzen der Pressenkraft auf die Verankerung. Bei kleinen Spanngliedlängen von wenigen Metern (z. B. bei Schubverstärkungen oder Querspanngliedern) müssen bei Stabspanngliedern nur geringe Spannkraftverluste im Vergleich zum Keilschlupf bei Litzenspannverfahren berücksichtigt werden. Insbesondere wenn der zulässige Schlupf in der Verankerung nur sehr gering ausfallen darf, sind Glattstäbe mit Feingewinden den ebenfalls am Markt verfügbaren Stäben mit Gewinderippen vorzuziehen. Bei tiefen Öffnungen oder Kernbohrungen überzeugen Stabspannglieder auch durch Ihre Steifigkeit, da eine Durchführung oder Verlegung im Vergleich zu einem weichen Litzenbündel deutlich erleichtert wird. Darüber hinaus finden der Spannvorgang und die Übertragung der Spannkraft auf die Verankerung bei Stabspanngliedern mit einer einfach zu bedienenden Pressentechnik statt. Stabspannglieder sind in der Regel nur für Spanngliedlängen von einigen Metern wirtschaftlich, da die maximale Lieferlänge von Spannstäben meist auf 12 m begrenzt ist. Bei Längen darüber hinaus müssen die Stäbe mit Muffen gekoppelt werden. Dies ist mit einem erhöhten Aufwand verbunden und führt außerdem zu einem erschwerten Transport und Handling der Stabspannglieder. Im Vergleich zu Litzen oder Drähten, welche abgewickelt von Coils individuell in ihrer Länge bis mehrere hundert Meter angepasst werden können, stellt dies einen Nachteil dar. Der größte in Deutschland bauaufsichtlich zugelassene Spannstabdurchmesser beträgt 40 mm. Die maximale Vorspannkraft eines Stabspannglieds ist dadurch auf ca. 1000 kN begrenzt. Die Anwendung von größeren Stabdurchmessern 47 mm, 50 mm, 63 mm oder 75 mm ist lediglich in europäischen ETAs geregelt oder muss mit einer Zustimmung im Einzelfall erteilt werden. Gleiches gilt für Spannstäbe aus Edelstahl. Aufgrund der hohen Steifigkeit von Spannstäben ist in vielen Fällen nur eine gerade Spanngliedführung sinnvoll. Die Krümmung von Spanngliedern im plastischen Bereich des Stahls ist zwar möglich, muss jedoch bereits vor dem Einbau mit geeigneten Geräten durch Kaltverformung hergestellt werden. 1.3 Anwendungsgebiete Die Anwendungsgebiete von Stabspanngliedern können in drei Bereiche untergliedert werden: - Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen - Neubaumaßnahmen - Temporäre Baubehelfe und Verbindungstechnik Die in Kapitel 1.2 beschriebenen Vorteile verdeutlichen, dass sich der Einsatz von Stabspanngliedern insbesondere bei Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen anbietet. Dazu gehören beispielsweise nachträgliche Schubverstärkungen (siehe Abb. 1) oder Quervorspannungen von Brückenüberbauten (siehe Abb. 2). Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Quervorspannung von Ankerblöcken oder Umlenkkonsolen zur Verankerung oder Umlenkung von externen Längsspanngliedern. Außerdem werden Stabspannglieder häufig bei Kopf- und Fußverstärkungen an Betonstützen und -pfeilern eingesetzt. Im Neubau finden Spannstäbe oft Anwendung als Längsvorspannung von Segmentbrücken (siehe Abb. 3). Mit werksgefertigten Fertigspanngliedern können solche Segmentbauwerke in kurzer Zeit, z. B. im Rahmen von Sperrpausen, in die richtige Position versetzt und vorgespannt werden. Außerdem bieten sich Stabspannglieder für den Neubau oder die Verbreiterung von Brückenüberbauten an (siehe Kapitel 2). Abb. 1: Schubverstärkung Peter-Bruckmann-Brücke in Heilbronn; Ansicht Spannanker nach dem Verpressen 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 695 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) Abb. 2: Quervorspannung Carl-Francke-Straße in Bremen; Spannanker (links) und Spanngliedführung im Hohlkasten (rechts) Abb. 3: Längsvorspannung einer Segmentbrücke in Stambach; Zustand nach dem Ausrichten und Vorspannen der Stabspannglieder Neben dem Einsatz bei Instandsetzungs-, Verstärkungs- oder Neubaumaßnahmen werden Spannstäbe auch als temporäre Baubehelfe oder in der Verbindungstechnik eingesetzt. Beispiele sind der Einsatz zum Bau von temporären Absicherungs- und Rückhaltemaßnahmen oder die Nutzung als Rückverankerung des Vorschubschnabels beim Taktschiebeverfahren. 1.4 Normative Grundlagen und Richtlinien zu Spannsystemen und Spannstählen im Brückenbau Bemessungsgrundlage Eurocode 2 Grundsätzlich ist in Europa die Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton und Spannbetontragwerken in der DIN EN 199211 für den Hochbau [1] bzw. in der DIN EN 19922 für Betonbrücken [2] geregelt. Diese beinhalten die Festlegung von Vorspannkräften, die Berechnung von sofortigen und zeitabhängigen Spannkraftverlusten, Regelungen zum Grenzzustand der Tragfähigkeit, zu den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit und zur Ermüdung sowie allgemeine Bewehrungsregeln. Länderspezifische Sonder- oder Nachregelungen für Deutschland werden seit April 2013 in den zugehörigen Nationalen Anhängen DIN EN 199211/ NA [3] bzw. DIN EN 19922/ NA [4] erfasst. Im Gegensatz zu den europäische Dokumenten wird in den Nationalen Anhängen auch Bezug auf Europäisch Technische Bewertungen (European Technical Assessment = ETA) und nationale allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen (abZ) genommen, welche für den Einsatz von Spannverfahren und Spannstählen stets benötigt werden. Zulassung des Spannverfahrens Für die Verwendung von Spannverfahren ist in Deutschland zwingend eine Zulassung (abZ oder ETA mit nationaler Ergänzung) erforderlich. Die Grundlage für die Zulassung von Spannverfahren ist die ETAG 013 [5] (Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung: Vorspannung von Tragwerken) bzw. seit 2016 das EAD 160004000301 [6] (European Assessment Document: Posttensioning kits for prestressing of structures). In den beiden Dokumenten ist festgelegt, welche theoretischen und experimentellen Untersuchungen erforderlich sind, damit eine Zulassung erteilt werden darf. In den Zulassungen von Spannverfahren werden alle relevanten Angaben für die Planung, Bemessung und Ausführung gemacht. Hierzu gehören die Spezifikation des Spannstahls (Form (Litze, Draht oder Stab), Stahlgüte, Durchmesser bzw. Querschnittsflächen, Oberflächenbeschaffenheit) und die Angabe der zulässigen Vorspannkräfte. Außerdem werden die möglichen Verankerungsvarianten zusammen mit den zugehörigen Achs- und Randabständen sowie der erforderlichen Zusatzbewehrung und Betondruckfestigkeiten detailliert dargestellt. Die Zulassungen beinhalten auch Hinweise zum Einbau und zur Ausführung auf der Baustelle. Ein weiterer 696 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) wichtiger Punkt ist die Beschreibung der Ausführungsvarianten (mit nachträglichem Verbund, ohne Verbund, extern) und der zugehörigen Korrosionsschutzsysteme. Die unterschiedlichen Ausführungsvarianten werden üblicherweise in getrennten Zulassungen und nicht im gleichen Dokument erfasst. Zulassung des Spannstahls Die Regelung des Spannstahls selbst ist nicht Bestandteil der System bzw. Verfahrenszulassung. In den europäischen Teilen des Eurocodes 2 bzw. in für Spannverfahren erteilten ETAs wird bei der Beschreibung des Spannstahls stets auf die EN 10138 [7] verwiesen. Diese befindet sich jedoch in einer Entwurfsfassung (prEN) und wurde noch nicht in das Verzeichnis harmonisierter Normen aufgenommen. In Deutschland gelten die Regelungen der EN 10138 jedoch nicht. Es wird für den Spannstahl eine separate allgemeine bauaufsichtliche Zulassung benötigt. Diese beinhaltet unter anderem Angaben zum Herstellverfahren, zu Nennquerschnitten bzw. Nenndurchmessern, zur Stahlgüte, zu den mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Duktilität, Elastizitätsmodul, Ermüdung, Relaxation) und zur chemischen Zusammensetzung. In Deutschland zugelassene Nenndurchmesser sind 26,5 mm, 32 mm, 36 mm und 40 mm mit den Stahlgüten St 835/ 1030 oder St 950/ 1050. Ein Spannverfahren darf dementsprechend in Deutschland immer nur in Kombination mit einer separaten Zulassung für den Spannstahl angewendet werden (siehe Abb. 8). Allgemeines Rundschreiben Straßenbau (ARS) Nr. 22/ 2012 Die Abteilung Bundesfernstraßen des BMVIs ist für den Erhalt des Straßennetzes im Verantwortungsbereich des Bundes (Bundesautobahnen und Bundesstraßen) zuständig und berichtet den Obersten Straßenbaubehörden der Länder über Änderungen oder Anpassungen der technischen Baubestimmungen. Die Umstellung von DIN 10451 und DIN FB 102 auf die neuen technischen Regelwerke DIN EN 199211 und DIN EN 19922 als neue Bemessungsgrundlage wurde am 26.11.2012 offiziell durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Intrastruktur BMVI (damals: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung BMVBS) veröffentlicht. Gemäß Allgemeinem Rundschreiben Straßenbau (ARS) Nr. 22/ 2012 [8] wurde der 01.05.2013 als Stichtag definiert, ab welchem die Eurocodes bei Entwurf und Planung von Brückenneubauten zugrunde gelegt werden müssen. Darüber hinaus wurden weitere Hinweise und Nachregelungen zur Anwendung des Eurocodes 2, Teil 2 „Betonbrücken“ gegeben, welche zu beachten und in Ausschreibungsunterlagen aufzunehmen sind. Eine für Spannverfahren und Spannstähle wichtige Nachforderung gemäß ARS Nr. 22/ 2012 ist: Es dürfen nur Spannstähle verwendet werden, die der Klasse 1 nach E DIN EN 19922/ NA, Tabelle 6.4DE „Parameter der Ermüdungsfestigkeitskurven (Wöhlerlinien) für Spannstahl“ entsprechen. Die Werte für Klasse 1 sind durch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für den Spannstahl nachzuweisen. Diese Nachforderung wurde nach der Bekanntmachung für Litzen und Drähten zeitnah umgesetzt. Bei Spannstäben wird in öffentlichen Ausschreibungsunterlagen zwar oft der Hinweis auf Berücksichtigung des ARS Nr. 12/ 2020 und der Klasse 1 als Nachregelung bzw. Ergänzung zur ZTV ING gegeben, bei der Bauausführung findet die Klasse 1 derzeit jedoch nur selten eine Anwendung, da die damit verbundenen Hintergründe und Erfordernisse bei den Projektbeteiligten oft nicht klar ist. Neben den vorhandenen Wissenslücken verstärken die nur begrenzt verfügbaren Produkte am Markt noch zusätzlich, dass bei Stabspannverfahren häufig die Klasse 1 nicht eingesetzt wird. ZTV-ING (Bundesanstalt für Straßenwesen) Weitere Regelungen für den Einsatz von Spannstählen in Ingenieurbauten werden in der von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) veröffentlichten ZTVING (Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, [9]) gegeben. Relevant für den Betonbrückenbau ist v. a. der Teil 3 (Massivbau) der ZTVING. Im Abschnitt 2 (Bauausführung) wird darauf hingewiesen, dass eingesetzte Spannstähle den Anforderungen der DIN EN 19922 genügen müssen und über eine beim Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) gelistete, allgemeine bauaufsichtliche Zulassung verfügen müssen. Hinsichtlich der Ausführung auf der Baustelle ist der Einbau von Spannstählen mit leichtem Flugrost zulässig, solange keine erkennbaren Korrosionsnarben auf der Stahloberfläche vorhanden sind. Abschnitt 7 der ZTVING beschäftigt sich mit der Verstärkung von Betonbauteilen. Die Regelungen sind beispielsweise bei Stabspanngliedern für eine nachträgliche Schubverstärkung oder bei der Quervorspannung von Ankerblöcken für eine nachträgliche externe Längsvorspannung einzuhalten. Auch an dieser Stelle wird auf die Verwendung von Spannverfahren mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung oder mit Europäischer Technischer Bewertung (ETA) in Verbindung mit einer allgemeinen Bauartgenehmigung hingewiesen. Zudem müssen bei Verstärkungsmaßnahmen mit Stabspanngliedern immer Glattstäbe mit Feingewinde eingesetzt werden. Spannstäbe mit Gewinderippen sind nicht zulässig. Hintergründe sind die deutlich geringeren Schlupfwerte sowie ein grundsätzlich höherer Widerstand von Glattstäben gegen Ermüdung und Korrosion. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 697 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) 1.5 Ermüdungsfestigkeit von Spannstahl Die Ermüdungsfestigkeit von Spannstählen ist eine wesentliche Eigenschaft und ein sensibles Thema im Spannbetonbrückenbau. Ausgelöst durch eine mangelhafte Ausführung während den Anfängen des Spannbetonbaus in den 50er Jahren und durch den Einsatz von noch ungeeigneten Materialien entstand bei vielen Spannbetonbrücken die sogenannte Koppelfugenproblematik. Durch die Entstehung von ausgeprägten Rissen im Bereich von Koppelfugen und die daraus resultierenden, höheren Beanspruchungen der Spannglieder bzw. des Spannstahls traten häufig Ermüdungsbrüche des Spannstahls auf. Die Koppelfugenproblematik wurde in der Vergangenheit intensiv untersucht [10]. Aus den Forschungsergebnissen wurden u. a. konstruktive Maßnahmen abgeleitet, z. B. eine erhöhte Mindestbewehrung oder die Beschränkung der Kopplung von max. 70% der Spannglieder in der gleichen Achse, welche sich in den aktuellen Regelwerken niederschlagen. Grundsätzlich weisen Spannstähle im Vergleich zu schlaffen Stählen eine deutlich höhere Kerbempfindlichkeit auf. Deshalb sind vor allem beim Einbau und während des Betriebs mechanische Veränderungen der Spannstahloberfläche zu vermeiden, um die Lebensdauer nicht negativ zu beeinflussen. Insbesondere bei chloridinduzierter Lochfraßkorrosion oder wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion wird die Ermüdungsfestigkeit von Spannstahl erheblich reduziert. Glatte Spannstähle verhalten sich hierbei günstiger als profilierte Litzen und Drähte oder Stäbe mit Gewinderippen [10]. Kalt aufgerollte Gewinde erhöhen im Vergleich zu eingeschnittenen Gewinden die Ermüdungsfestigkeit des Spannstahls deutlich [11]. Zur Erwirkung einer allgemein bauaufsichtlichen Zulassung von Spannstabstahl werden nach DIN EN ISO 156303 [12] neben Zug-, Biege-, Relaxations- und Korrosionsversuchen auch Dauerschwingversuche durchgeführt, um die Ermüdungsfestigkeitsklasse zu ermitteln. Die Dauerschwingversuche werden an unterschiedlichen Stabdurchmessern und Stahlschmelzen durchgeführt. Die Proben werden im Versuch mit einer Oberspannung σ up von 70 % der tatsächlich vorhandenen Zugfestigkeit R m,Ist des Stahls durchgeführt. Bei einem Spannstahl der Güte St 835/ 1030 und einer Zugfestigkeit R m,Ist von beispielsweise 1043 N/ mm² beträgt die Oberspannung 730 N/ mm² (siehe Abb. 4). Die Unterspannung σ lo wird variabel festgelegt (hier exemplarisch 510 N/ mm²). Aus Ober- und Unterspannung ergibt sich im Beispiel eine sogenannte Spannungsschwingbreite ∆σ von 220 N/ mm². Die Probe wird mit dieser festgelegten Spannungsschwingbreite und einer Frequenz f (bei Stäben mit maximal 120 Hz) so lange zyklisch belastet, bis diese bricht und der Versuch beendet ist. Abb. 4: Exemplarisches Lastwechsel-Diagramm für St 835/ 1030 in Anlehnung an [12] Für die Planung der Versuche wird entsprechend Eurocode 2 ein bilinearer Wöhlerlinienverlauf zugrunde gelegt, der in die Bereiche unterhalb und oberhalb der Lastspielzahl N* von 10 6 Lastwechsel unterteilt wird (siehe Abb. 5). Die Schwingbreiten ∆σ im Versuch werden je nach Erfahrungswerten für den untersuchten Spannstahl so festgelegt, dass die Spannstahlbrüche gleichmäßig über die beiden Bereiche k 1 und k 2 der Wöhlerlinie auftreten und in Summe zwischen 0 und 10 Mio. Lastwechselzyklen mindestens 24 Versuchsergebnisse bzw. Spannstahlbrüche vorliegen. Die Auswertung der Dauerschwingversuche und die Festlegung der Ermüdungsfestigkeitsklasse gemäß DIN EN 199211/ NA bzw. DIN EN 19922/ NA (Tabelle 6.4DE) erfolgt nach Vorgaben des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) [13]. Abb. 5: Wöhlerlinienverlauf gemäß [3] und [4] Abb. 6 zeigt, welche Spannungsschwingbreiten in Abhängigkeit der Ausführungsvariante (sofortiger oder nachträglicher Verbund; gerades oder gekrümmtes Spannglied; Kunststoff oder Stahlhüllrohre) nach Eurocode 2 vom Spannstahl ertragen werden müssen. Neben der bereits in DIN 10451 und DIN Fachbericht 102 definierten Parameter der Ermüdungsfestigkeitskurven (entspricht heute der Klasse 1) wurde ab 2013 mit Einführung des Eurocode 2 im Nationalen Anhang für Deutschland eine zweite Spannstahlklasse (Klasse 2) mit reduzierter Ermüdungsfestigkeit eingeführt. Der Grund hierfür waren bereits zugelassene Spannstähle, die die Anforderungen der Klasse 1 nicht erfüllt hatten. Die Werte der Klasse 2 können demnach in der Regel bei der Bemessung immer angesetzt werden. Die Werte für Klasse 1 sind jedoch im Rahmen des Zulassungsverfahrens und durch eine all- 698 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) gemeine bauaufsichtliche Zulassung nachzuweisen. Die Angaben der Zulassung des verwendeten Spannstahls sind bei der Erarbeitung der Ausschreibungs- und Ausführungsunterlagen zu beachten und bei der Bauausführung unbedingt zu überprüfen [14]. Abb. 6: Parameter der Ermüdungsfestigkeitskurven (Wöhlerlinien) für Spannstahl in Anlehnung an [4] Abb. 7 zeigt für gerade Stabspannglieder die Anzahl der zu ertragenden Lastwechsel in Abhängigkeit der Spannungsschwingbreite für die beiden Klassen 1 und 2. Abb. 7: Lastwechsel in Abhängigkeit der Spannungsschwingbreite 1.6 BBV Stabspannverfahren und besondere Eigenschaften Die Stabspannverfahren der BBV Systems GmbH Die nachfolgende Abb. 8 gibt eine Übersicht über die von der BBV Systems GmbH eingesetzten Stabspannverfahren und Spannstabstählen. Die beiden Europäisch Technischen Bewertungen ETA07/ 0046 [15] und ETA16/ 0286 [16] setzen zwar den gleichen Spannstahl und das gleiche Korrosionsschutzsystem ein, regeln jedoch unterschiedliche Verankerungsvarianten. ETA07/ 0046 nutzt kompakte Ankerplatten aus Stahl, welche eine Zusatz und Wendelbewehrung benötigen und häufig bei Neubaumaßnahmen eingesetzt werden. Die Verankerungsvarianten aus ETA16/ 0286, eine Stahlankerplatte mit Gewindebohrung sowie eine Hybridankerplatte aus faserverstärktem, ultrahochfestem Beton, wurden speziell für Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen entwickelt. Abb. 8: Übersicht der Stabspannverfahren und Spannstabstähle der BBV Systems GmbH 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 699 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) Wie bereits in Kapitel 1.4 ausführlich beschrieben, darf in Deutschland eine Europäisch Technische Bewertung (ETA) nur in Verbindung mit einer allgemeinen Bauartgenehmigung eingesetzt werden. Diese liegen sowohl für die interne Anwendung mit oder ohne Verbund als auch für die externe Anordnung außerhalb des Betonquerschnitts vor. Außerdem ist die Verwendung von Spannverfahren in Deutschland nur in Kombination mit einem bauaufsichtlich zugelassenen Spannstahl zulässig. Die BBV Systems GmbH nutzt glatte Spannstabstähle mit den Nenndurchmessern 26,5 mm, 32 mm, 36 mm und 40 mm gemäß Z12.4138 [17]. Zur Verankerung der Stäbe werden an den Stabenden kalt aufgerollte Feingewinde hergestellt. Die Stäbe besitzen die Stahlgüte St 835/ 1030 und entsprechen der Klasse 1 (siehe Anforderungen des ARS Nr. 22/ 2012). Entgegen üblicher Verankerungen mir Stahlankerplatte und Mutter gibt es bei den in Abb. 8 aufgeführten Stabspannverfahren einige Besonderheiten, die im Folgenden näher erläutert werden. Stahlankerplatte mit Gewindeloch nach ETA16/ 0286 Bei den Stahlankerplatten mit Gewindeloch nach ETA16/ 0286 wird das Feingewinde des Spannstabs direkt in ein Gewinde in der Ankerplatte eingeschraubt. Es entfällt der zusätzliche Einsatz einer Mutter. Außerdem ist die Position des Stabs gleichzeitig fixiert, da eine axiale Verschiebung in Relation zur Ankerplatte verhindert wird. Die Stahlankerplatte mit Gewindeloch bietet insbesondere bei der Anwendung als Festanker bei einer nachträglichen Schubverstärkung Vorteile, da sich die Verankerungshöhe und gleichzeitig die benötigte Nischentiefe im Bestand (z. B. Fahrbahnplatte) deutlich reduziert (siehe Abb. 9). Je nach Festlegung der Achs- und Randabstände kann die Verankerung mit oder ohne Zusatzbewehrung ausgeführt werden. Abb. 9: Ankerplatte mit Gewindeloch als Festanker in einer Fahrbahnplatte (links) sowie im 3DModell (rechts) Hybridankerplatten Die Hybridankerplatten nach ETA16/ 0286 bestehen aus faserverstärktem, ultrahochfestem Beton. Die innovativen Hybridankerplatten zeichnen sich durch mehrere Weiterentwicklungen im Vergleich zu üblichen Stahlplatten aus. Es existieren zwei Ausführungsvarianten: - Hybridankerplatte CoP: Applikation auf dem Bauwerk (aufgesetzte Ankerplatte), siehe Abb. 10 - Hybridankerplatte CAB: Integration im Bauwerk (einbetonierte Ankerplatte), siehe Kapitel 2 Die Geometrie bzw. Neigung der aufgesetzten Variante CoP kann je nach Erfordernis flexibel an die Geometrie von Bestandsbauwerken angepasst werden. Dabei sind Neigungen bis zu einem Winkel von 30° möglich. Diese Eigenschaft kann häufig bei der Quervorspannung von Brückenüberbauten nützlich sein. Die Hybridankerplatten werden dann projektbezogen mit der richtigen Neigung produziert und können beim Einbau ohne die Herstellung eines aufwändigen, schrägen Mörtelbetts erfolgen (siehe Abb. 10). Die aufgesetzte Hybridankerplatte darf ohne Zusatzbewehrung eingebaut werden. Abb. 10: Verankerung mit einer auf den Bestandsbeton aufgesetzten Hybridankerplatte des Typs CoP Das Gefüge des ultrahochfesten Betons ist sehr dicht und bietet einen dauerhaften Korrosionsschutz. Zusätzliche Korrosionsschutzmaßnahmen, z. B. das Aufbringen einer Beschichtung, sind nicht notwendig. Aufgrund der geringeren Rohdichte von Beton im Vergleich zu Stahl sind Hybridankerplatten deutlich leichter als Stahlplatten. In den Hybridankerplatten ist bereits ein Verpressanschluss integriert. Darüber hinaus bieten sie eine saubere Betonoptik. Winkelausgleich der geraden Ankermutter Bei den Stabspannverfahren der BBV werden aus Wirtschaftlichkeitsgründen bei den Verankerungen, abgesehen von der Ankerplatte mit Gewindeloch, immer gerade Ankermuttern verwendet. Um trotz der geraden 700 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) Ankermutter bauliche Toleranzen ausgleichen zu können, wurden die Verankerungen im Rahmen der Zulassungsversuche immer unter Einsatz von Keilplatten mit einem planmäßigen Winkel geprüft. Da die Funktions- und Tragfähigkeit in den Versuchen nachgewiesen werden konnte, dürfen auch die Spannverfahren nach ETA07/ 0046 und ETA16/ 0286 mit Winkelabweichungen von bis zu 2° ohne Traglastverlust eingesetzt werden. Der planmäßige Ausgleich von größeren Winkeln ist in der Praxis nicht sinnvoll oder zulässig, da selbst beim Einsatz von Kugelbundmuttern die Verdrehung des Stabs durch die Geometrie der Ankerplatte mit oder ohne Stutzen ohnehin auf wenige Grad begrenzt ist (siehe Abb. 11). In diesen Fällen muss mit Keilplatten aus Stahl oder der o. g. Hybridankerplatte gearbeitet werden. Abb. 11: Winkelausgleich bei Stabspannverfahren mit gerader Ankermutter (links) und mit Kugelbundmutter (rechts); ungespannter Zustand Der Ausgleich von unplanmäßigen Toleranzen von bis zu 2° ist deshalb sowohl mit Kugelbundmuttern als auch mit geraden Ankermuttern ohne Probleme möglich. 2. Projektbeispiel: Verbreiterung der Hochstraße Elbmarsch (K20) in Hamburg 2.1 Beschreibung der Neubaumaßnahme Im Rahmen der Neubaumaßnahme findet auf der Hochstraße Elbmarsch (K20) auf der A7 ein 8streifiger Ausbau statt. Die ursprüngliche Hochstraße mit einer Gesamtlänge von ca. 3,8 km besteht aus zwei baulich getrennten Überbauten mit jeweils drei Richtungsfahrstreifen. Über die Länge des Bauwerks K20 gesehen gliedert sich die Hochstraße Elbmarsch in verschiedene Bereiche. Die beiden Überbauten im Regelbereich bestehen aus längs- und quervorgespannten Einfeldträgern mit einem Plattenbalkenquerschnitt (siehe Abb. 12). Bei der in den Fahrbahnen vorhandenen Quervorspannung handelt es sich um Stabspannglieder. Zur Übertragung von Normalkräften in Längsrichtung und Realisierung einer kontinuierlichen Fahrbahnplatte sind die Einfeldträger über zwei oder drei Felder mit einer Federplattenkonstruktion miteinander verbunden. Abb. 12: Regelquerschnitt des Bestandsbauwerks und der Überbauverbreiterung (Quelle: DEGES GmbH) Im Zuge des Ausbaus von sechs auf insgesamt acht Fahrbahnstreifen werden die beiden Überbauten innenseitig verbreitert (siehe Abb. 12, blauer Bereich). Die Überbauverbreiterung wird aus einem Verbundüberbau in Form eines 3FeldDurchlaufträgers hergestellt. Dieser wird mithilfe von Spanngliedkopplungen an jedes dritte Quer- 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 701 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) spannglied des bestehenden Spannbetonüberbaus angeschlossen. Darüber hinaus werden zusätzliche Verbunddübel und die im Bestand vorhandene Kappenbewehrung verwendet, um einen monolithischen Verbund (verzahnte Fuge) zwischen Neubau und Bestand herzustellen. Die neue Fahrbahnplatte ist im Querschnitt in einem Teilbereich gekrümmt, weshalb auch die im Neubau vorgesehenen Stabspannglieder abschnittweise mit einem Biegeradius von 8,0 m gekrümmt sind (siehe Abb. 13). Abb. 13: Spanngliedkopplung zwischen Bestand und Neubau bei Pilotmaßnahme 2 (Quelle: DEGES GmbH) Die im Bestand vorhandenen Stabspannglieder quer zur Fahrtrichtung mit dem Nenndurchmesser ∅ 26 entsprechen der Zulassung IV B 8 - 9151/ 1 - 17 vom 25. Mai 1972. Sowohl das Stabspannverfahren als auch der Nenndurchmesser 26 mm werden heute nicht mehr verwendet bzw. sind in Deutschland nicht mehr bauaufsichtlich zugelassen. Die Kopplung und Verlängerung des Spannglieds muss deshalb mit einem abweichenden Stabdurchmesser und folglich mit einer speziellen Sondermuffe in Form einer Reduziermuffe hergestellt werden. Die maximale Vorspannkraft der Spannglieder im Neubau ist auf die maximal zulässige Vorspannkraft der vorhandenen Spannglieder zu begrenzen. Grundsätzlich sind die Anforderungen an eine Quervorspannung in Fahrbahnplatten in DIN EN 19922/ NA geregelt. Diese fordert eine interne Vorspannung ohne Verbund, die Verwendung von Kunststoffhüllrohren sowie eine Austauschbarkeit der Spannglieder. Entgegen der Regelungen des DIN EN 19922/ NA werden bei der Verbreiterung der Hochstraße Elbmarsch die angekoppelten Querspannglieder mit nachträglichem Verbund hergestellt, da auch die im Bestand liegenden Stabspannglieder mit Verbund hergestellt wurden. Eine nachträgliche Austauschbarkeit ist deshalb nicht gewährleistet. Da die geplante Standzeit des Bestandsüberbaus inklusiver Verbreiterung voraussichtlich nur ca. 20 Jahre beträgt und im Anschluss im Zuge einer Zweitmaßnahme der Überbau durch einen Neubau ohne Quervorspannung ersetzt wird, konnte auf die Austauschbarkeit verzichtet werden. Aufgrund der begrenzten Nutzungsdauer der Spannglieder wird entgegen der Vorgabe eines Kunststoffhüllrohrs ein Stahlhüllrohr eingesetzt. Außerdem werden die Spannglieder nach dem Spannen verpresst. Zur Erprobung der geplanten Bauweise werden vor Durchführung der Gesamtmaßnahme auf den ca. 3,8 km zuerst zwei Pilotmaßnahmen ausgeführt (siehe Tab. 1). 702 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) Tab. 1: Übersicht über die Pilotmaßnahmen und die Gesamtmaßnahme Pilotmaßnahme 1 (K20) Pilotmaßnahme 2 (K20) Gesamtmaßnahme (K20) Ziel Erprobung der Bauweise Erprobung der Bauweise (im Rahmen des BV „Ersatzneubau Ingenieurbauwerk K30“) Überbauverbreiterung der gesamten Hochstraße Elbmarsch Verbundüberbau Stahl-Hohlkasten mit Halbfertigteil-Fahrbahnplatte und Ortbetonergänzung Stahl-Hohlkasten mit Ortbetonergänzung Stahl-Hohlkasten mit Ortbetonergänzung Länge und Lage des Abschnitts ca. 100 m langes Teilstück, Achse 9 bis 12, eine Richtungsfahrbahn ca. 209 m langes Teilstück, Achse 107 bis 110, beide Richtungsfahrbahnen Gesamtlänge ca. 3,8 km Anzahl der Spannglieder ca. 83 Stück, L ≈ 4,3 m ca. 335 Stück, L ≈ 4,3 m ca. 5400 Stück, L ≈ 4,3 m Gekrümmter Bereich R = 8,0 m, L = 761 mm R = 8,0 m, L = 205 bzw. 881 mm R = 8,0 m, L = variabel Ausführung Spannglieder Mai 2018 bis November 2018 März 2020 bis Juli 2020 ab Ende 2020 2.2 Stabspannverfahren und projektbezogene Besonderheiten Stabspannverfahren und Spannstabstahl (Pilotmaßnahme 1 und 2) Die Kopplung und Verlängerung der bestehenden Querspannglieder fand bei den beiden Pilotmaßnahmen (siehe Tab. 1) mit dem BBV 1030 Stabspannverfahren gemäß ETA16/ 0286 statt. Zur Verankerung der Spannkraft wurden Hybridankerplatten des Typs CAB 32 (siehe Abb. 14 links) eingesetzt. Als Spannstabstahl wird ein Glattstab ∅ 32 der Stahlgüte St 835/ 1030 nach Z12.4138 (zuvor Z12.4-59) mit kaltgerollte Feingewinde an den Stabenden verwendet (siehe Abb. 14 rechts). Hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit wird der Spannstahl der Klasse 1 zugeordnet. Die zulässige Vorspannkraft nach dem Absetzen der Pressenkraft auf die Verankerung P m0(x) für den Nenndurchmesser 32 mm beträgt 571 kN. Die im Bauvorhaben erforderliche Vorspannkraft nach dem Absetzen der Spannpresse auf die Verankerung P mo(x) beträgt mit 301 kN nur knapp über 50 % der maximal zulässigen Kraft des Spannglieds. Abb. 14: Hybridankerplatte CAB 32 (links) und Glattstab ∅ 32 mit Feingewinde (rechts) Die in Kapitel 2.1 beschriebenen, projektbezogenen Randbedingungen erfordern eine ausführliche Betrachtung von zwei Details: - Spanngliedkopplung zwischen bestehendem und neuem Spannglied in Form einer Sondermuffe - Abschnittsweise Krümmung der neuen Spannglieder 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 703 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) Sondermuffe für die Spanngliedkopplung Da die Kopplung an ein nicht mehr existierendes Stabspannverfahren erfolgt, wurde von BBV Systems eine Sondermuffe entwickelt, die den neuen Stab ∅ 32 gemäß ETA16/ 0286 und Z12.4138 auf den bestehenden Stab ∅ 26 reduziert. Die nicht bauaufsichtlich zugelassene Sondermuffe wurde hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit und Tragfähigkeit untersucht und durch eine ZiE nachgewiesen. Die Länge und der Durchmesser der Muffe wurden an die Abmessungen der Standard-Muffe ∅ 32 gemäß ETA16/ 0286 angepasst. Zur Spanngliedkopplung wurde in die Muffe nur einseitig das Standardgewinde ∅ 32 und auf der anderen Seite ein kleineres, an den Stab mit dem ∅ 26 angepasstes Sondergewinde hergestellt (siehe Abb. 15). Das Sondergewinde ∅ 26 wurde unter Einhaltung von üblichen Toleranzen für Feingewinde gefertigt. Besonderes Augenmerk wurde auf die Vermessung des Gewindes und Prüfung der Schraubbarkeit von mehreren Musterstücken gelegt. Dadurch konnte sichergestellt werden, dass auch die am besehenden Spannstab ∅ 26 auftretenden Toleranzen aufgenommen werden. Abb. 15: Geometrie der Sondermuffe Zur Überprüfung der Tragfähigkeit wurde die Sondermuffe in einem axialen Zugversuch unter statischer Last geprüft. Zur Herstellung der Muffenverbindung wurden die beiden Stäbe mit unterschiedlichen Nenndurchmessern 26 mm und 32 mm jeweils zur Hälfte in die Sondermuffe eingeschraubt und in eine kalibrierte Prüfmaschine beidseitig eingespannt. Die Muffenverbindung wurde in drei Belastungszyklen mit der aufzubringenden Vorspannkraft von ca. 301 kN belastet und wieder entlastet und anschließend zu Bruch gefahren. Im Versuch konnte eine maximale Last von 550,4 kN ermittelt werden (siehe Abb. 16). Abb. 16: KraftZeitDiagramm des Zugversuchs [18] Das Versagen der Muffenverbindung trat in der freien Länge des Gewindes mit einem Nenndurchmesser von 26 mm außerhalb der Sondermuffe auf. Nach dem Bruch des Stabes konnten keine Beschädigungen an der Sondermuffe oder an dem Stab mit dem Nenndurchmesser 32mm festgestellt werden. Die Sondermuffe war nach dem Bruch immer noch intakt und schraubbar. 26 mm 32 mm Abb. 17: Versagensbild der getesteten Muffenverbindung [18] Die Untersuchungen an Geometrie, Schraubbarkeit und Tragfähigkeit der Sondermuffe bestätigen die Eignung 704 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) für den Einsatz als Spanngliedkopplung bei der Verbreiterung der Hochstraße Elbmarsch. Krümmung der Stabspannglieder Aufgrund der Geometrie der Kragarmbzw. Fahrbahnverbreiterung ist eine abschnittsweise Krümmung der Stabspannglieder erforderlich (siehe Abb. 13 und Abb. 18). Die erforderliche Krümmung wurde mit einem Biegeradius von 8,0 m (bei Stab ∅ 32 = 250xStab ∅ ) hergestellt. Die Krümmung von Spannstäben muss in der Regel durch Kaltbiegen hergestellt werden. Dabei sind geeignete Verfahren einzusetzen, die eine gleichmäßige Krümmung erzeugen (z. B. Walzrunden oder Rundbiegen). Ein polygonzugartiger Verlauf der Krümmung, beispielsweise durch Biegen mit einem Dorn, ist unzulässig. Beim Biegen der Stäbe sind plastische Verformungen im Bereich der Gewinde an den Stabenden zwingend zu vermeiden. Nach Herstellen der Krümmung sind die Spannstäbe auf der ganzen Länge auf Risse oder Beschädigungen zu untersuchen. Abb. 18: Kaltgebogene Spannstäbe St 835/ 1030 mit R = 8,0 m Das erforderliche Kaltbiegen der Stäbe stellt zum eingesetzten Stabspannverfahren eine Abweichung dar, da nach ETA16/ 0286 nur gerade Spannglieder verwendet werden dürfen. Grundsätzlich ist jedoch eine gekrümmte Spanngliedführung für das eingesetzte Stabspannverfahren und Spannstähle der Güte St 835/ 1030 möglich. Die Verformungseigenschaften des Stahls St 835/ 1030 werden regelmäßig in Biegeversuchen gemäß DIN EN ISO 156303 sowie während der kontinuierlichen Fremdüberwachung überprüft. Die Versuche stellen sicher, dass bei einer plastischen Verformung keine Anrisse und Brüche am Stab entstehen. Folgende Punkte müssen bei der Verwendung von gekrümmten Stabspanngliedern berücksichtigt werden: - Eine Krümmung der Stäbe mit minimal 200xStab ∅ darf nicht unterschritten werden - Zur Berechnung des Spannwegs muss ein an die Krümmung angepasstes Arbeitsmodul A ermittelt werden - Spannkraftverluste durch Reibung müssen berücksichtig werden - Infolge der gekrümmten Spanngliedführung im Stahlhüllrohr reduziert sich die zulässige Spannungsschwingbreite ∆ σ Rsk von 150 N/ mm² auf 120 N/ mm² (bei Klasse 1) Unter Beachtung der o. g. Punkte ist aus technischer Sicht ein Kaltbiegen der Stäbe St 835/ 1030 unbedenklich und ausführbar. Die grundsätzliche Eignung für eine gekrümmte Anwendung bei der Verbreiterung der Hochstraße Elbmarsch wurde durch eine ZiE nachgewiesen. Bauliche Ausführung des Spannverfahrens Grundsätzlich fand eine werkseitige Vormontage der Stabspannglieder statt, um den Spannstahl gegen Beschädigung während des Transports zu schützen, Korrosionserscheinungen während der Lagerung zu vermeiden und den Einbau auf der Baustelle zu beschleunigen. Zuerst wird das Hüllrohr aus Stahl auf den Spannstab aufgeschoben und an der Spannankerseite die Hybridankerplatte CAB 32 inkl. PEStutzen montiert. Der Übergang zwischen PEStutzen und Hüllrohr wird temporär abgeklebt und die Position der Ankerplatte mit einer Ankermutter fixiert. Die Mutter und der Stabüberstand am Spannanker werden temporär mit einer Korrosionsschutzbinde geschützt. Auf das andere Stabende wird die Sondermuffe aufgeschraubt und eine Schiebemuffe montiert. Die stirnseitige Öffnung der Schiebemuffe wird mit Klebeband abgeklebt. Die vormontierten Stabspannglieder wurden im Anschluss für einen sicheren Transport in Bündeln zusammengefasst (siehe Abb. 19). Abb. 19: Vormontierte und gebündelte Stabspannglieder Die Zusammenbauzeichnung des Stabspannglieds ist in Abb. 20 dargestellt. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 705 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) Abb. 20. Zusammenbauzeichnung des Stabspannglieds Vor der Kopplung der neuen Stabspannglieder ∅ 32 an die bestehenden Spannglieder ∅ 26 werden die Brückenkappen aufgebrochen und die Spanngliedverankerungen im Bestand inklusive Ankerplatte, Mutter und Stabüberstand freigelegt (siehe Abb. 21). Die Kopplung an den vorhandenen Stabüberstand findet mit der entwickelten Sondermuffe statt. An die Sondermuffe wird der neue Spannstab ∅ 32 mit einer Länge von ca. 4,32 m (Pilotmaßnahme 1) bzw. ca. 4,52 m (Pilotmaßnahme 2) angeschlossen (siehe Abb. 22). In der freien Länge wird ein Hüllrohr 45/ 51 (di/ da) verwendet. In dem Bereich der Kopplung wird eine Schiebemuffe 55/ 61 (di/ da), ebenfalls aus Stahl, eingesetzt. Im Bereich der Spanngliedkopplung wird eine Entlüftung für den späteren Verpressvorgang angeordnet (siehe Abb. 23). Alle Stoßbereiche von Hüllrohr und Schiebemuffe werden mit PE-Klebeband abgeklebt. Abb. 21: Spanngliedverankerung im Bestand ( ∅ 26) Abb. 22: Spanngliedkopplung mit Sondermuffe Abb. 23: Entlüftung im Bereich der Spanngliedkopplung Der Spannanker am Kragarmende wird mit einer Hybridankerplatte des Typs CAB 32 mit Zusatzbewehrung ausgebildet (siehe Kapitel 1.6). Diese bestehen aus faser- 706 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) verstärktem, ultrahochfestem Beton und besitzen bereits einen Anschluss für das Verpressen der Spannglieder. Ein Stutzen aus PE ermöglicht den sauberen Anschluss an das Hüllrohr in der freien Länge (siehe Abb. 24). Abb. 24: Spannanker mit Hybridankerplatte CAB 32 Nach dem Verlegen der Spannglieder ist im Durchschnitt jedes dritte Bestandsspannglied mit einem neuen Spannglied gekoppelt (siehe Abb. 25). Anschließend wird die neue Fahrbahnplatte betoniert, die Anschlussfuge zum Bestand wird hierbei vorerst noch ausgespart. Erst nach einer Vorbelastung des Bauwerks, um einen Teil der zu erwartenden Setzungen vorwegzunehmen, wird die Anschlussfuge geschlossen und die Quervorspannung aufgebacht. Abb. 25: Verlegte Stabspannglieder vor der Betonage der Fahrbahn 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 707 Stabspannverfahren für Neubau- und Sanierungsmaßnahmen: Anwendung am Beispiel der Erweiterung der Hochstraße Elbmarsch (A7) 3. Erkenntnisse und Ausblick Die beiden Pilotmaßnahmen haben gezeigt, dass auch anspruchsvolle Projekte mit neuen Fragestellungen und Herausforderungen in einer gemeinschaftlichen Zusammenarbeit zwischen Auftraggeber, Planer und ausführenden Unternehmen erfolgreich zum Ziel geführt werden können. Das eingesetzte Stabspannverfahren, bestehend aus einer Hybridankerplatte aus ultrahochfestem Beton (Spannanker), einer gekrümmten Spanngliedführung und einer Sondermuffe zur Ankopplung an die Bestandspannglieder, hat sich hervorragend für die Realisierung der beiden Pilotmaßnahmen geeignet. Die BBV Systems GmbH bedankt sich bei allen Projektbeteiligten für die konstruktive Zusammenarbeit, die gemeinsamen Lernerfahrungen und das Vertrauen in unsere Kompetenz und Erfahrungen im Bereich des Spannbetonbaus. Die Überbauverbreiterung der Hochstraße Elbmarsch (K20) über die Gesamtlänge von ca. 3,8 km findet voraussichtlich ab Ende 2020 statt. Die Anzahl der Stabspannglieder über die gesamte Länge beträgt ca. 5400 Stück. Die beiden Pilotmaßnahmen haben wichtige Erkenntnisse gebracht, die bei der Bauausführung der Gesamtmaßnahme einfließen werden. Literaturverzeichnis [1] DIN EN 199211 (2011) Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. [2] DIN EN 19922 (2010) Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 2: Betonbrücken. [3] DIN EN 199211/ NA (2013) Nationaler Anhang zum Eurocode 2: Teil 1-1. [4] DIN EN 19922/ NA (2013) Nationaler Anhang zum Eurocode 2: Teil 2. [5] ETAG 013 (2006) Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung für Bausätze zur Vorspannung von Tragwerken. [6] EAD 160004000301 (2016) European Assessment Document - Posttensioning kits for prestressing of structures. [7] EN 10138 (2009) Spannstähle - Teil 1: Allgemeine Anforderungen, Teil 2: Draht, Teil 3: Litze, Teil 4: Stäbe. [8] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2012) Allgemeines Rundschreiben Straßenbau (ARS) Nr. 22/ 2012. [9] Bundesanstalt für Straßenwesen (2019) Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTVING). [10] Zilch, K.; Zehetmaier, G. (2006) Bemessung im Konstruktiven Betonbau. [11] Goris, A.; Hegger, J. (2011) Stahlbetonbau aktuell 2011: Praxishandbuch. [12] DIN EN ISO 15630-3 (2011) Stähle für die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Prüfverfahren - Teil 3: Spannstähle. [13] DIBt (2014) Ergänzung zur Richtlinie für Zulassungs- und Überwachungsprüfungen für Spannstähle - Bestätigung der Einhaltung der Wöhlerlinien nach EN 1992-1-1 in Verbindung mit DIN EN 1992-1-1/ NA (kurz: EC2/ NA) im Zulassungsverfahren. [14] Fingerloos, F.; Hegger, J.; Zilch, K. (2012) Eurocode 2 für Deutschland (Kommentierte Fassung). [15] ETA-07/ 0046 (2017) Macalloy 1030 Post-Tensioning System. [16] ETA-16/ 0286 (2017) BBV 1030 Stabspannverfahren. [17] Z12.4138 (2019) Spannstabstahl St 835/ 1030 warmgewalzt, gereckt -rund, glatt, gerade mit NennDurchmesser: 26,5 - 32,0 - 36,0 - 40,0 (Klasse 1) [18] Technische Universität München (2017) Untersuchungsbericht - Zugversuch an einer Spannstahl- Muffenverbindung.