7. Brückenkolloquium - September 2026 13 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Finckh Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg Zusammenfassung Mit geklebter Bewehrung kann jegliche Art von fehlender Bewehrung ergänzt werden. Insbesondere mit aufgeklebten CFK-Lamellen lassen sich mit sehr kurzen Bauzeiten Brücken verstärken. Bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl kann es möglicherweise zu einem plötzlichen und verformungsarmen Bruch der beanspruchten Stähle zumeist ohne eine mit bloßem Auge sichtbare Korrosionsausbildung kommen. Um einen plötzlichen und unangekündigten Biegebruch des Bauteils auszuschließen, muss ein Spannstahlausfall durch Rissbildung am Bauwerk rechtzeitig ankündigt (Riss vor Bruch) werden. Falls dies rechnerische am Bestand nicht erfüllt werden kann, ist es möglich durch die Anordnung einer zusätzlichen Bewehrung das Ankündigungsverhalten nachtäglich herzustellen. Ziel ist dabei, so viel Bewehrung anzubringen, dass nach einer Rissbildung an einem Träger aufgrund des Ausfalls der Spanndrähte die vorhandene Belastung mit ausreichender Sicherheit abgetragen werden kann. Im Rahmen des Artikels wird dargestellt, wie dies baupraktisch mit auf- und eingeklebten CFK-Lamellen erfolgen kann. 1. Einführung Brückenbauwerke bilden eine tragende Säule unserer Verkehrsinfrastruktur. Einige dieser Bauwerke sind mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl vorgespannt worden. Bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl kann es möglicherweise zu einem plötzlichen Bruch kommen. Um einen plötzlichen und unangekündigten Biegebruch des Bauteils auszuschließen, muss das Bauteil in der Lage sein, bei einem Spannstahlbruch eine Biegerisse auszubilden und gleichzeitig darf es nicht versagen. Hierzu ist unter anderem eine bestimmte Menge an schlaffer Bewehrung nötig, welche im Neubau auch als Robustheitsbewehrung bezeichnet wird. Oft ist in Bestandsbrücken diese jedoch nicht vorhanden, da zum Zeitpunkt der Erstellung diese Regelungen noch nicht vorhanden waren. Solche Bestandsbrücken sind auch heutiger Sicht nicht ausreichend sicher. Ein Ersatzneubau ist in vielen Fällen jedoch nicht kurzfristig umsetzbar. Die Verstärkung mit geklebter Bewehrung bietet hier eine Möglichkeit diese Bauwerke wieder für die Phase bis zu einem Ersatzneubau ausreichend sicher zu machen. 2. Verstärkung mit geklebter Bewehrung 2.1 Verfahren Das Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung ist ein gängiges Verfahren beim Bauen im Bestand wird in Deutschland schon seit vielen Jahrzehnten erfolgreich ausgeführt. Im Gegensatz zu vielen anderen Verfahren ist für das Applizieren zusätzlicher Bewehrung kaum Baustelleneinrichtung nötig, außerdem werden die Bauteilabmessungen kaum verändert. Verbundwerkstoffe aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) eignen sich durch ihre hervorragende Materialeigenschaften, unter anderem eine hohe Zugfestigkeit, bei linear elastischen Materialverhalten, gute Ermüdungseigenschaften sowie ihr geringes Gewicht bestens für die nachträgliche Verstärkung. In den meisten Fällen werden dazu derzeit CFK-Lamellen verwendet. CFK-Lamellen sind unidirektionale Bänder, bei welchen die Fasern bereits im Werk in einer Epoxidharzmatrix getränkt und thermisch ausgehärtet und als Komposit auf die Baustelle geliefert werden. Diese werden dann mit einem spachtelbaren Klebemörtel auf Epoxidharzbasis mit dem Beton verklebt. Im Gegensatz dazu werden die Kohlenstofffasergelege mit dem Epoxidharz direkt nass an den Beton geklebt, welche höhere Flexibilität bietet, jedoch höhere Anforderungen an die Baustelle stellt. Die Lamellen können sowohl auf den Beton sowie bei ausreichender Betondeckung in vorab hergestellte Schlitze eingeklebt werden. Ein Überblick über verschiedenen Möglichkeiten zum Einsatz der geklebten Bewehrung zum Verstärken von Betonbauteile ist z. B. in [1, 2] enthalten. Zur Erhöhung der Biegetragfähigkeit, welche in Deutschland das Hauptanwendungsgebiet bildet, können Kohlenstofffasergelege und CFK-Lamellen direkt auf die vorbehandelte Oberfläche des Betons verklebt werden. Bei ausreichender Betondeckung ist das Verkleben der Lamellen in Schlitze eine wirtschaftliche Alternative. Die beiden unterschiedlichen Applizierungsarten sind in Abb. 1 dargestellt. 14 7. Brückenkolloquium - September 2026 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton Abb. 1: CFK-Lamelle aufgeklebt und eingeschlitzt 2.2 Regelungssituation In Europa steht mit der EN 1992-1-1 (11.2023) [3] Anhang J ein Regelungsvorschlag für die Bemessung und Konstruktion von Verstärkungen mit geklebter Bewehrung zur Verfügung. Ergänzt wird dieses Konzept mit Europäischen Produktzulassungen, welche mit einer Prüfung nach EAD [4] erlangt werden kann. In Deutschland wird die Verstärkung von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung derzeit durch die DAfStb- RiLi VBgB (03.2012) [5] geregelt. Diese Richtlinie regelt sowohl die Bemessung wie auch die Ausführung. In der Bemessung wird die DIN EN 1992-1-1 (01.2011) [6] in Verbindung mit der DIN EN 1992-1-1/ NA (04.2013) [7] durch die für die DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] um verstärkungsspezifische Regelungen ergänzt. Derzeit ist aufgrund der zweiten Generation der Eurocodes eine Neufassung der Richtlinie [8] in Arbeit, welche voraussichtlich Ende 2026 als Weißdruck veröffentlich wird. Zusätzlich zur Richtlinie ist für das Verstärkungssystem, welches im Wesentlichen aus Klebstoff und Bewehrungselement besteht, eine bauaufsichtliche Zulassung (aBZ) bzw. eine allgemeine Bauartgenehmigung (aBG) erforderlich. Diese sind von mehreren Herstellern vorhanden. Zur Erläuterung und Veranschaulichung der Richtlinie das DAfStb-Heft 595 [9] auch eine Hintergrunddokumentation und eine Bemessungsbeispielsammlung. Jedoch enthält dies keine Beispiele zu Brücken oder zur Ermüdung. 2.3 Anwendung als Brückenverstärkung Während die Technologie im Hochbau früh breite Anwendung fand, verlief die Entwicklung im Brückenbau differenzierter. In den 1980er-Jahren wurden zahlreiche Koppelfugenverstärkungen ausgeführt, wie etwa an der Talbrücke Sterbecke. Doch bereits 1992 kamen erste Zweifel an der Ermüdungsfestigkeit des Verbunds zwischen Beton, Klebstoff und Bewehrung auf. Diese Bedenken führten zu intensiven Forschungsaktivitäten, unter anderem zu den ersten Ermüdungsansätzen 1995 und den umfangreichen Untersuchungen zur Verbundermüdung in Braunschweig zwischen 2008 und 2012. Die Ergebnisse dieser Arbeiten flossen schließlich in die Ermüdungsnachweise der DAfStb-Richtlinie von 2012 ein. Ein zentrales Problem bestand lange darin, dass die verfügbaren Regelwerke zwar Beispiele für den Hochbau enthielten, jedoch kaum spezifische Erläuterungen oder Bemessungsbeispiele für Brückenbauwerke boten. Gerade im Brückenbau sind die Nachweise aufgrund der zyklischen Verkehrsbelastungen und der Spannbetonbauweise deutlich anspruchsvoller. Diese Lücke erschwerte die praktische Anwendung der Richtlinie erheblich. Um diese Lücke zu schließen, wurde ein Fachbuch [10] herausgegeben, welches die Anwendung geklebter Bewehrung im Brückenbau systematisch aufarbeitet. Es enthält ausführliche Erläuterungen zu Anwendungsgebieten, Besonderheiten der statischen Nachweise sowie detaillierte Darstellungen der Ermüdungsbzw. Betriebsfestigkeitsnachweise. Darüber hinaus werden mehrere praxisnahe Beispiele vorgestellt, darunter: • die Verstärkung einer ZweifeldSpannbetonbrücke, • die Querverstärkung einer Straßenbrücke mit eingeklebten Lamellen, • die Längsverstärkung einer Straßenbrücke mit aufgeklebten Lamellen, • sowie die Herstellung des Ankündigungsverhaltens (SpRK) an einem Spannbettbinder. Die aufwändige Spannungsermittlung wurden dabei mithilfe der Berechnungssoftware SOFiSTiK durchgeführt, und die zugehörigen Eingabedaten stehen online zur Verfügung. Das Werk richtet sich an Ingenieurinnen und Ingenieure, die bereits Grundwissen zur geklebten Bewehrung besitzen und dieses gezielt auf den Brückenbau übertragen möchten. Das Grundwissen zu Verstärkungen von Betonbauteilen und insbesondere zur geklebten Bewehrung kann z. B. in [1] nachgelesen werden. 3. Spannungsrisskorrosion 3.1 Phänomen Gemäß [11] versteht man unter Spannungsrisskorrosion die Ausbreitung von Rissen in Werkstücken unter der gleichzeitigen Einwirkung von Korrosion und statischer mechanischer Zugspannung. Eine Schädigung durch Spannungsrisskorrosion erfolgt gemäß [12] in drei Phasen: 1. Rissbildungsprozess - Inkubationsphase der Anrissbildung 2. Risswachstumsprozess - Rissausbreitung infolge von Spannungsrisskorrosion 3. Reißphase Der Bruch erfolgt in der Regel plötzlich und verformungsarm. Im Unterschied zu anderen Korrosionsarten ist in keiner der genannten Phasen zwangsläufig ein mit dem bloßen Auge erkennbarer Korrosionsangriff feststellbar. Nach [13] müssen für die Entstehung von Spannungsrisskorrosion folgende drei Voraussetzungen gegeben sein: • eine dauerhafte Zugspannung im Grundmaterial (auch Eigenspannungen) • die grundsätzliche Anfälligkeit des Spannstahls für diese spezielle Korrosionsart Angebot an Wasserstoff, der in das Metallgefüge eindiffundieren kann. Um Spannungsrisskorrosion zu vermeiden, ist es ausreichend, eine der drei Bedingungen auszuschalten. 7. Brückenkolloquium - September 2026 15 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton 3.2 Gefährdet Spannstähle Nach dem jetzigem Wissenstand gelten gemäß HA-SPK [14] folgende Spannstähle als gefährdet bzw. stark gefährdet gegenüber Spannungsrisskorrosion: • Vergüteter Spannstahl St 145/ 160, Querschnitt rund oder oval, Hersteller Felten & Guilleaume Carlswerke AG, Handelsname Neptun, Produktionszeitraum 1959 bis 1965 • Vergüteter Spannstahl St 145/ 160, Querschnitt rund oder oval, Hersteller Hütten- und Bergwerke Rheinhausen AG, Handelsname Sigma, Produktionszeitraum bis 1978. • Vergüteter Hennigsdorfer Spannstahl St 140/ 160, Querschnitt rund oder oval, Hersteller VEB Stahl- und Walzwerk Hennigsdorf (ehemals DDR); Produktionszeitraum 1960 bis 1983 • HTMB-Stahl: Querschnitt oval, Hersteller VEB Stahl- und Walzwerk Hennigsdorf (ehemals DDR), Produktionszeitraum 1981 bis 1993. Insbesondere die ovalen bzw. rechteckigen Querschnitte, wie diese in Abb. 2 dargestellt sind, gelten aufgrund der eingewalzten Eigenspannungen als besonders problematisch. Abb. 2: Querschnitte der Ovalstähle Für den Hennigsdorfer Spannstahl wurden ovale Querschnitte mit den Querschnittsflächen von 30, 35, 40 und 50 mm² gefertigt. Mit der Umstellung der Produktion auf HTMB-Stahl wurde der Querschnitt 30 mm² aus dem Lieferprogramm entfernt. Neben der Verwendung in Spannverfahren wurden die ovalen Querschnitte besonders oft beim Vorspannen im sofortigen Verbund verwendet, da die Eintragungslängen aufgrund der ovalen Form sehr kurz werden. 4. Nachweis zum Ankündigungsverhalten 4.1 Grundlagen Aufgrund der ersten Schadensfälle mit verzögerten Spannstahlbrüchen nach langjähriger Nutzung wurde mit [15] die erste Vorschrift für SpRK-gefährdete Bauwerke erlassen. Das prinzipielle Vorgehen nach diesen Empfehlungen basiert auf einem Vorschlag von [16]. Laut [15] wird in einer querschnittsweisen Betrachtung gefordert, dass bei sukzessiv reduziertem Spannstahl unter häufigen Lasten eine Rissbildung im Beton auftritt und zugleich unter der vollen Verkehrslast die Tragfähigkeit noch gewährleistet werden kann. Dieses Verhalten wird als Ankündigungsverhalten (AKV) des Tragwerks bezeichnet. In allen betrachteten Querschnitten, wie beispielsweise den Zehntelspunkten, ist ein Ankündigungsverhalten nachzuweisen. Die Erfahrungen aus den Berechnungen nach [14] zeigten gemäß [17] ein Problem bei der Nachweisführung in gering belasteten Querschnitten. Um im Betonquerschnitt unter häufiger Belastung eine Rissbildung zu erreichen, müssen in einzelnen Bereichen, wie beispielsweise im Momentennulldurchgang, aufgrund der geringen Bewehrung mit Betonstahl sehr hohe Mengen an Spannstahl ausfallen. Die Tragfähigkeit unter voller Verkehrslast kann mit der geringen verbleibenden Menge an Spannstahl nicht nachgewiesen werden. Das gesamte Bauwerk muss daher aufgrund des querschnittsweisen Nachweises als SpRK-gefährdet eingestuft werden. In anderen Querschnitten, wie etwa in der Feldmitte, würde jedoch bereits bei einer deutlich geringeren Ausfallquote des Spannstahls ein Riss entstehen. Es wurde von [17] angenommen, dass ein lokal signifikant unterschiedliches Verhalten des Spannstahls über die Bauteillänge nicht zu erwarten ist. Aus diesem Grund wurde auf Basis der querschnittsweisen Vorgehensweise von [18] ein stochastischer Nachweis auf Systemebene entwickelt. Dieser stochastische Nachweis wurde in vereinfachter Form in die HA-SPK [14] implementiert. Neben den Regelungen der Bundesfernstraßen hat auch die Deutsche Bahn AG Regelungen für Eisenbahnbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdeten Spannstählen in der RiL 805 (03.2022) [19] erlassen. Die rechnerischen Nachweise sind mit Nachrechnungskonzept (NK SpRK) durchzuführen, welche z. B. auszugsweise in [20] enthalten ist. Nachfolgend ist das Konzept der HA-SPK [14] für die Querschnittsweise Betrachtung wiedergeben und erläutert. Hintergründe zu stochastischen Beurteilungsverfahren, welche die Basis für das vereinfachte stochastische Verfahren nach HA-SPK [14] bilden, sind in [18,-21] enthalten. In [22] wird die HA-SPK [14] für Brücken in Längstragrichtung analysiert und eine Optimierung vorgeschlagen. Auf Basis eines stochastischen Ansatzes schlägt [22] ein praxistaugliches Bewertungskonzept für die SpRK-Gefährdung in Quertragrichtung vor. Zusätzlich zur HA-SPK [14] wurde in [23] ein probabilistisches Verfahren entwickelt, um Prüfintervalle für SpRK-gefährdete Bauwerke festzulegen. Eine Zusammenfassung zu „Spannungsrisskorrosion bei Massivbrücken“ findet sich z. B. in [24]. Weitere Informationen zur Integration der Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion in die Nachrechnungsrichtlinie [25] finden sich in [26]. 16 7. Brückenkolloquium - September 2026 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton Der rechnerische Nachweis des Ankündigungsverhaltens hat das Ziel, bei vorgespannten Betonbauteilen mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl die Fähigkeit zur frühzeitigen Erkennung eines drohenden Versagens nachzuweisen. Es soll gezeigt werden, dass vor dem eigentlichen Versagen eine Veränderung im Verformungsverhalten oder in der Traglastaufnahme des Bauteils auftritt, was bei einer Rissbildung der Fall ist. Diese Risse dienen als sichtbare oder messbare Vorankündigungen, die eine rechtzeitige Detektion des Schadenszustands und damit ein Eingreifen zur Schadensbegrenzung oder Verstärkung ermöglichen. Der rechnerische querschnittsweise Nachweis erfolgt in zwei aufeinander auf bauenden Schritten: • Schritt 1: Bestimmung der Restspannstahlflächebei Rissbildung (Abschnitt 4.2) • Schritt 2: Nachweis der Restsicherheit (Abschnitt 4.3) Der Querschnittsnachweis sollte in den Zehntelspunkten der einzelnen Feldlängen des Bauwerks durchgeführt werden, um eine Vergleichbarkeit der Berechnungsergebnisse mit anderen Bauwerken zu erhalten. Bei Querschnittsänderungen oder Spanngliedverankerungen kann ein zusätzlicher Schnitt eingefügt oder verschoben werden. In [24] wird darauf hingewiesen, dass ein Spannglied beim Nachweis des Ankündigungsverhaltens in einem Querschnitt als „gerissen“ und gleichzeitig im benachbarten Querschnitt als „ungerissen“ und somit voll wirksam betrachtet werden kann. Aus diesem Grund muss der minimale Abstand der Untersuchungsquerschnitte größer oder gleich der Verankerungslänge der vorhandenen Spannglieder sein, um Auswirkungen eines Spanndrahtbruchs auf die Tragfähigkeit in benachbarten Querschnitten auszuschließen. Bei Bauteilen mit geringem Bewehrungsgrad entspricht der Abstand zwischen Biegerissen in etwa der Bauteilhöhe. Daher sollte auch der Abstand zwischen Untersuchungsquerschnitten nicht viel kleiner als die Bauteilhöhe sein. In den Querschnittsnachweisen werden nur die Einwirkungen aus Biegung und Längskraft berücksichtigt. Ein Hauptzugspannungsnachweis, der die Querkraftbeanspruchung berücksichtigt, führt gemäß [27] in der Regel nur zu einer geringfügigen Verbesserung der rechnerischen Vorhersage und wird daher normalerweise nicht durchgeführt. Darüber hinaus ist ein plötzliches Querkraftversagen nach [27] aufgrund des Ausfalls von Spanngliedern in der Regel nicht entscheidend. 4.2 Restspannstahlfläche bei Rissbildung Im ersten Schritt wird die Restspannstahlfläche A Z,r berechnet, bei der im betrachteten Querschnitt unter der häufigen Einwirkungskombination die zentrische Betonzugfestigkeit überschritten wird. Dies wird als Indiz für die Bildung sichtbarer Biegerisse gewertet, die im Sinne des Ankündigungsverhaltens als Frühsymptom eines bevorstehenden Versagens interpretiert werden. Die Restspannstahlfläche kann dabei mit Gleichung (1) berechnet werden. Vereinfachend werden zur Ermittlung aller Spannungen Bruttoquerschnittswerte angesetzt. (1) Die Formelzeichen sind der HA-SPK [14] zu entnehmen. Die Gleichung (1) wurde gemäß [24] für reine Biegebeanspruchung hergeleitet. Bei Einwirkung äußerer Normalkraft wie z. B. Erddruck sind die Betonspannungen aus den jeweiligen Normalkräften zusätzlich zu berücksichtigen. Ein Riss tritt nur auf, wenn die Spannung am Rand die Zugfestigkeit des Betons übersteigt. In weniger belasteten Bereichen, wie nahe den Momentennullpunkten, kann der Spannstahl komplett ausfallen, ohne dass Risse entstehen. Der auftretende Riss an der Betonoberfläche bei reduzierter Restspannstahlfläche muss eindeutig erkennbar sein. Gemäß HA-SPK [14] ist sicherzustellen, dass ein unter häufiger Belastung entstandener Riss in der Randfaser der Zugzone auch bei geringeren konstanten Lasten während einer visuellen Inspektion, beispielsweise im Rahmen einer Bauwerksprüfung, sichtbar bleibt. Im Feldbereich ist die Unterseite des Querschnitts in der Regel detektierbar, sofern keine rissüberbrückende Beschichtung auf der Betonoberfläche vorhanden ist. Im Stützbereich sind die Risse häufig nicht detektierbar, da die Oberseite meist mit einer Abdichtung versehen ist. Eine Detektierbarkeit an der Unterseite der Fahrbahnplatte im Stützbereich ist auch kritisch zu bewerten, da die Druckzonenhöhen im Stützbereich meist groß ist und somit kaum Rotationsfähigkeit vorhanden ist, um die Risse an der Unterseite gut sichtbar zu machen. Wenn rechnerisch auftretende Risse nicht sichtbar sind oder durch ein Monitoring nicht entdeckt werden können, gibt es im entsprechenden Untersuchungsquerschnitt kein Ankündigungsverhalten. 4.3 Nachweis der Restsicherheit Im zweiten Schritt wird überprüft, ob das Bauteil bei der zuvor berechneten Restspannstahlfläche A Z,r unter der seltenen Einwirkungskombination noch ausreichende Tragreserven besitzt. Gemäß HA-SPK [14] gilt eine ausreichende Restsicherheit gegenüber einem Biegebruch als sichergestellt, wenn nach Gleichung (2) die Verkehrseinwirkung unter Berücksichtigung der sonstigen Einwirkungen mit einer Sicherheit von mindestens γ p ≥ 1,10 aufgenommen werden kann. (2) (3) 7. Brückenkolloquium - September 2026 17 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton Die Formelzeichen sind der HA-SPK [14] zu entnehmen. In Gleichung (2) werden Biegemomente aus Einwirkungen den Widerständen gegenübergestellt. Die Eingangswerte müssen zwingend vorzeichenkorrekt eingesetzt werden. Ist die Summe der Biegemomente aus ständigen Lasten, Vorspannung und Temperatur höher als das aufnehmbare Moment der Bewehrung und des Spannstahls, entstehen rechnerisch negative Werte für γ p . Auch wenn dies nicht sinnvoll erscheint, sollte das Ergebnis trotzdem dokumentiert werden, um auf Ausnutzung des Querschnitts zurückschließen zu können. Ein Bauwerk erfüllt die Anforderungen an ein ausreichendes Ankündigungsverhalten („Riss-vor-Bruch“-Kriterium), wenn in sämtlichen betrachteten Querschnitten unter Ansatz der ermittelten Restspannstahlfläche eine ausreichende Restsicherheit nachgewiesen werden kann. Ist dies nicht gegeben, so kann bei statisch unbestimmten Systemen gemäß HA-SPK [14] noch überprüft werden, ob die erforderliche Sicherheit von γ p ≥ 1,10 für das Gesamtsystem unter Ausnutzung von Umlagerungsmöglichkeiten für Schnittgrößen erreicht wird. Mit Rücksicht auf ein ggf. begrenztes Dehnungsvermögen des Spannstahls sollte eine Schnittgrößenumlagerung restriktiv gehandhabt werden und 15 % bezogen auf das lokal auftretende Gesamtmoment nicht übersteigen. Sofern mit dem querschnittsweisen Verfahren nicht in allen relevanten Bereichen ein ausreichendes Ankündigungsverhalten nachgewiesen werden kann, steht alternativ das stochastische Nachweisverfahren zur Verfügung. Dieses geht über die rein querschnittsbezogene Betrachtung hinaus und wird im nächsten Abschnitt erläutert. Bei Ansatz des stochastischen Nachweisverfahrens ist eine Schnittgrößenumlagerung generell nicht zulässig. 5. Herstellung eines Ankündigungsverhaltens mit eingeklebter Bewehrung Bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl kann es möglicherweise zu einem plötzlichen und verformungsarmen Bruch der beanspruchten Stähle zumeist ohne eine mit bloßem Auge sichtbare Korrosionsausbildung kommen. Um einen plötzlichen und unangekündigten Biegebruch des Bauteils auszuschließen, soll mithilfe der HA-SPK [14] überprüft werden, ob ein Spannstahlausfall durch Rissbildung am Bauwerk angezeigt wird und sich somit ein drohender Biegebruch rechtzeitig ankündigt (Riss vor Bruch). Falls der Nachweis nicht erfüllt werden kann, ist es möglich durch die Anordnung einer zusätzlichen Bewehrung das Ankündigungsverhalten des Bauteils zu verbessern. Ziel ist dabei, so viel Bewehrung anzubringen, dass nach einer Rissbildung an einem Träger aufgrund des Ausfalls der Spanndrähte die vorhandene Belastung mit ausreichender Sicherheit abgetragen werden kann. Diese Möglichkeit ist in der HA- SPK [14] genannt, eine Beschreibung wie dies im Falle einer Verstärkung mit geklebter Bewehrung durchzuführen ist, wird jedoch nicht angegeben. Diese Lücke wird nachfolgend unter Berücksichtigung der Besonderheiten der geklebten Bewehrung geschlossen. Zum Nachweis des Ankündigungsverhaltens mit einer Verstärkung muss die Gleichung für die Ermittlung der Restsicherheit wie folgt modifiziert werden. (4) Dabei ergibt sich der zusätzliche Widerstand der Verstärkung M L bei eingeklebter Bewehrung aufgrund des robusten Verbundverhaltens einfach über die Kraft und den inneren Hebelarm der Lamelle. (5) Es sollte jedoch beachtet werden, dass die in der HA-SPK [14] vorgesehene maximale zusätzliche Dehnung von 5‰ bei einem Bruch einzelner Spanglieder nicht überschritten wird. Damit ergibt sich die maximale Festigkeit vereinfacht zu: (6) Die Beiwerte der Festigkeiten können den Zulassungen bzw. der DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] entnommen werden (siehe z. B. auch [1]). Bei den Nachweisen des Ankündigungsverhaltens in der HA-SPK [14] ist für die vorhandene Betonstahlbewehrung ein Teilsicherheitsbeiwert von 1,0 zu verwenden. Daher sollte auch für die eingeklebte Bewehrung die Teilsicherheitsbeiwerte für die außergewöhnliche Bemessungssituation nach DAfStb- RiLi VBgB (03.2012) [5] verwendet werden. Diese ergeben sich nach DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] zu γ L -=-1,05 für die CFK-Lamelle. Neben der Kraft muss auch nachgewiesen werden, dass an der Nachweisstelle die Kraft in der Lamelle über Verbund aufgenommen werden kann. Auch hier können die Teilsicherheitsbeiwerte für die außergewöhnliche Bemessungssituation nach DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] verwendet werden. 6. Herstellung eines Ankündigungsverhalten mit aufgeklebter Bewehrung Auch mit aufgeklebter Bewehrung lässt sich ein Ankündigungsverhalten herstellen. Besondere Bedeutung kommt bei dem Verfahren der aufgeklebten Bewehrung dem Verbundverhalten zu. Die oberflächig aufgeklebte Bewehrung weist eine mäßige Verbundtragfähigkeit auf, die durch die geringe Zugfestigkeit oberflächennaher Betonschichten geprägt ist. Da am Einzelriss somit nur geringe Verbundbruchkräfte verankert werden können, gehen die Ansätze davon aus, dass eine weitere Verbundkraftübertragung im Bauteil über weitere Risse stattfindet. In der DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] wird dies konsequent realitätsnah über die Nachweise am Zwischenrisselement gemäß [28] beschrieben. Die Besonderheit bei der Anwendung der aufgeklebten Bewehrung zur Herstellung eines Ankündigungsverhaltens eines Spannbetonbauteils ist jedoch, dass bei einem angenommen Aus- 18 7. Brückenkolloquium - September 2026 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton fall nur ein Riss an der Stelle des Ausfalls entsteht. Eine Anwendung der Nachweise am Zwischenrisselement ist somit nicht möglich. Dies ist in der DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] auch so beschrieben und die Anwendung der Verbundkraftübertragung am Zwischenrisselement sowie die zugehörigen Vereinfachungen auf den gerissen Zustand beschränkt. Des Weiteren wird das veränderte Rissbild der Spannbetonbauteile konsequent gemäß [29] in der DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] und in den zugehörigen Erläuterungen [9] berücksichtigt. Dies würde im vorliegenden Fall ebenfalls zu einem Ausschluss der Verbundkraftübertragung am Zwischenrisselement führen. Für den vorliegenden Fall kann somit nur eine Verbundkraftübertragung am Einzelriss stattfinden. Dies wird in der DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] als örtliche Verstärkung bezeichnet und ist in der Richtlinie für den vorliegenden Anwendungsfall vorgesehen. Da wie im Vorherigen beschrieben am Einzelriss und somit auch über die örtliche Verstärkung nur geringe Kräfte übertragen werden können und die Festigkeit der CFK-Lamelle somit nicht ausgenutzt werden kann, wird es wahrscheinlich nicht möglich sein, ohne weitere Maßnahmen die freiwerdenden Kräfte bei einem Spannstahlausfall durch die aufgeklebte Bewehrung aufzunehmen. Hierfür ist in der DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] zusätzlich die Möglichkeit vorgesehen, die verbundkrafterhöhende Wirkung von Umschließungsbügeln gemäß [30] anzurechnen. Hier tritt jedoch im vorliegenden Fall die Besonderheit auf, dass ein Spannstahlbruch an jeder Stelle im Bauteil auftreten kann und somit eventuell der Bügel weit von der Rissstelle entfernt sein kann. Um eine geringe Entkopplungslänge vor dem Umschließungsbügel und eine weitere Mitwirkung der gerissenen Spannstähle in dem restlichen Bauteil zu gewährleisten sollte nicht nur ein Bügel am Ende angebracht werden, sondern immer in einem bestimmten Abstand. Des Weiteren soll damit verhindert werden, dass der verbleibende Spannstahl die in der HA-SPK [14] vorgesehene maximale zusätzliche Dehnung von 5 ‰ bei einem Bruch einzelner Spanglieder nicht überschreitet und somit kein Versagen eintritt. Um dies zu gewährleisten, muss bei der Bemessung zunächst die zusätzliche Dehnung des Spannstahls im Riss bei einer Querschnittsbemessung beschränkt werden und die Bügel so angeordnet werden, dass die Aktivierung der Lamelle keine weiteren größeren Verformungen des Spannstahls nötig macht. Im Weiteren wird der dafür nötige Bügelabstand anhand der Rissbreiten gemäß Abb. 3 abgeschätzt. Abb. 3: Schematische Darstellung der Dehnungen und zugehörigen wirksamen Längen an dem kritischen Einzelriss Die Rissbreite am Einzelriss ergibt sich aus der zweifachen Eintragungslänge l t mal die mittlere Dehnungsunterschiede (ε sm - ε cm ) (vgl. z. B. [31]). (7) Dabei ist ε r,p der Dehnungszuwachs des Spannstahls im Riss, l t,p die Eintragungslänge des intakten Spannstahls und β t der Völligkeitsbeiwert. Vereinfacht kann als Dehnungszuwachs des Spannstahls im Riss die maximale zusätzliche Dehnung von ε r,p -=-5‰ der HA-SPK [14] angenommen werden. Als Völligkeitsbeiwert kann nach DIN EN 1992-1-1 (01.2011) [6] in Verbindung mit der DIN EN 1992-1-1/ NA (04.2013) [7] β t -= -0,4 angenommen werden. Die in [7] zugrunde liegende Eintragungslänge ergibt sich am Einzelriss gemäß [32] zu Gleichung (8). (8) Dabei ist U p der Umfang des Spanndrahts nach Tab. 1, τ pm die Verbundspannung der Spanndrahts nach Gleichung (9), A p der Querschnitt des Spanndrahts nach Tab. 1 und β 0,2 der Rechenwert der Streckgrenze nach HA-SPK [14]. Für Bündelspannglieder ist für A p Querschnitt aller Spannglieder anzusetzen und der für den Umfang ist nach DIN EN 1992-1-1 (01.2011) [6] in Verbindung mit der DIN EN 1992-1-1/ NA (04.2013) [7] zu verwenden. 7. Brückenkolloquium - September 2026 19 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton Verbundspannungen für Ovaldrähte wurden von [33] an im Hüllrohr verpressten Einzeldrähten und in [34] an Spanngliedern mit 12 und 48 Drähten an Pull-out Versuchen bestimmt. Anhand der Versuche und der Umrechnung zwischen sofortigen und nachträglichem Verbund nach der DIN EN 1992-1-1 (01.2011) [6] können die Verbundspannungen mit Gleichung (9) abgeschätzt werden. Dies deckt sich auch mit der in [22] angegeben Spannbreite. τ sm = k ⋅ f ck (9) Dabei ist k: • 0,16 für Bündelspannglieder mit mehr als 12 Spanndrähten je Hüllrohr • 0,23 für Bündelspannglieder weniger 12 Spanndrähten je Hüllrohr • 0,27 für Spandrähte im sofortigen Verbund Der Umfang und der Querschnitt der Ovaldrähte ist näherungsweise in Tab. 1 angegeben. Hierbei sind die Messungen aus [33] an Sigma Oval 40 Drähten auf die anderen Ovaldrähte übertragen und für den Neptunstahl der Umfang des Rechtecks nach Abb. 2 angenommen. Tab. 1: Fläche und Umfang der Ovaldrähte Typ Querschnitt in mm² Umfang in mm Sigma Oval 20 20 18,2 mm Sigma Oval 30 30 21,4 mm Sigma Oval 35 35 23,4 mm Sigma Oval 40 40 25,6 mm Neptun N20 20 19,4 mm Neptun N40 40 27,2 mm Neptun N60 60 33,4 mm Hennigsdorfer 30 30 21,4 mm Hennigsdorfer 35 35 23,6 mm Hennigsdorfer 40 40 25,7 mm Hennigsdorfer 50 50 28,5 mm Für die weitere Abschätzung des Bügelabstandes wird die verbundwirksame Länge der Lamelle vor der Bügelumschließung benötigt, welche sich aus der Randbedingung ergibt, dass die Lamelle am Umschließungsbügel nahezu keine Verschiebung hat. Diese entspricht aufgrund der äquivalenten Problemstellung ungefähr der maximal wirksamen Verbundlänge der aufgeklebten Bewehrung nach DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] am Einzelriss (vgl. z. B. [1]): (10) Dieser Länge ist nach der DGL des verschieblichen Verbundes der Schlupfwert s L0 nach DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] zugeordnet. Der maximale Abstand zwischen zwei Bügeln ergibt sich gemäß Abb. 3 nun zu: (11) Vereinfacht kann ε L -=-ε r,p -=-5‰ angenommen werden. Bei den Nachweisen des Ankündigungsverhaltens in der HA- SPK [14] ist für die vorhandene Betonstahlbewehrung ein Teilsicherheitsbeiwert von 1,0 zu verwenden. Da die aufgeklebte Bewehrung durch ein deutlich spröderes Verhalten als die Betonstahlbewehrung gekennzeichnet ist, sollte hier nicht der Teilsicherheitsbeiwert von 1,0 angewendet werden. Ein Teilsicherheitsbeiwert von 1,0 für den Betonstahl ist DIN EN 1992-1-1/ NA (04.2013) [7] für die außergewöhnliche Bemessungssituation vorgesehen. Daher sollten auch für die aufgeklebte Bewehrung die Teilsicherheitsbeiwerte für die außergewöhnliche Bemessungssituation nach DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] verwendet werden. Diese ergeben sich nach DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] zu γ L -=-1,05 für die CFK-Lamelle und zu γ BA -=-1,2 für den Verbund der aufgeklebten Bewehrung. 7. Ausführungsbeispiel In [10] ist ein umfangreiches Bemessungsbeispiel enthalten, was auf einer realen Verstärkung basiert. In dem Beispiel wurde ein Spannbettträger mit Sigma-Oval Drähten verstärkt. Dieser Träger hatte neben der Spannbewehrung nahezu keine Längsbewehrung aus Betonstahl. Zunächst wurde nach HA-SPK [14] an 22 Querschnitten Abstand von circa 1m ermittelt, welche Restspannstahlfläche nach Gleichung (1) bei Rissbildung noch vorhanden ist. Mit dieser Spannstahlfläche wurde dann die Restsicherheit der unverstärkten Konstruktion mit Gleichung (3) ermittelt. Die Restspannstahlfläche und die Restsicherheit sind in Abb. 4 dargestellt. Abb. 4: Ankündigungsverhalten des unverstärkten Bauteils Man erkennt, dass das Bauteil an keiner Stelle ein ausreichende Restsicherheit und somit kein Ankündigungsverhalten hatte. Insbesondere bei einem Spannstahlbruch am Auflagern ist nahezu keine Restsichersicherheit vorhanden. 20 7. Brückenkolloquium - September 2026 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton Aus diesem Grund wurde eine Verstärkung von aufgeklebten CFK-Lamellen gewählt. Mit Gleichung (4) und (5) und wurde eine erforderliche Verstärkungskraft ermittelt. Über Gleichung (6) wurde ermittelt, dass zur Aufnahme dieser Kraft circa 3 Lamellen mit der Breite von je b L = 80 mm und der Dicke von t L = 1,4 mm notwendig sind. Mit dem gewählten Querschnitt und der daraus folgenden Verstärkungskraft ergibt sich die Restsicherheit Gleichung (4). Die Restsicherheit mit dieser Verstärkung ist in Abb. 5 dargestellt. Abb. 5: Restsicherheit mit der gewählten Verstärkung Man erkennt, dass die Restsicherheiter nun überall größer ist als der nach HA-SPK [14] geforderte Wert. Um zu gewährleisten, dass die Spannstahldehnung nicht größer als 5‰ wird, muss bei der Bemessung zunächst die zusätzliche Dehnung des Spannstahls im Riss bei einer Querschnittsbemessung beschränkt werden und die Bügel so angeordnet werden, dass die Aktivierung der Lamelle keine weiteren größeren Verformungen des Spannstahls nötig macht. Dazu wurde nach Gleichung (10) der zulässige Abstand berechnet. Dazu muss jedoch erst die Rissbreite bei Spannstahlbruch nach Gleichung (7) abgeschätzt werden, welcher sich in diesem Beispiel zu 1,6mm ergab. Damit konnte der Bügelabstand zu circa 750mm berechnet. Am Schluss muss noch nachgewiesen werden, dass die Verstärkungskraft auch durch lokale Verstärkung mit Bügelumschließung aufgenommen werden kann. Dies erfolgt nach DAfStb-RiLi VBgB (03.2012) [5] unter Berücksichtigung der verbundkrafterhöhenden Wirkung von Umschließungsbügeln. Über diesen Ansatz werden dann auch die Größe und die Detailausführung der Bügelumschließung dimensioniert. Alle diese Nachweise führte zu der Konstruktion, welche in Abb. 6 dargestellt ist. Abb. 6: Schematische Darstellung der konstruktiven Durchbildung der SpRK-Verstärkung Bei dem Beispiel handelt es sich um einen real Verstärkten Binder. Die Verstärkungsmaßnahme ist in Abb. 7 im Foto dargestellt. Abb. 7: Konstruktive Durchbildung der SpRK-Verstärkung am Foto 8. Zusammenfassung Die geklebte Bewehrung ist ein etabliertes und umfangreich geregeltes Verstärkungsverfahren, welches auch im Brückenbau angewendet werden darf und wird. Für die Anwendung im Brückenbau stehen mit [10] Hintergrunderläuterungen und Berechnungsbeispiele zur Verfügung, welche eine breitere Anwendung in der Ingenieurpraxis ermöglichen. 7. Brückenkolloquium - September 2026 21 Brückenverstärkung mit CFK-Lamellen - Herstellung eines Ankündigungsverhaltens bei spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannbeton Ein Anwendungsgebiet im Brückenbau ist die nachträgliche Herstellung eines Ankündigungsverhaltens von Bauwerken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl. Für dieses Anwendungsgebiet sind Zusatzüberlegungen erforderlich, welche im Rahmen dieses Beitrags erläutert wurden. Literatur [1] Finckh, W.: Verstärken von Betonbauteilen. Tragwerksplanung im Bestand, Springer Vieweg, Wiesbaden; 2024 DOI: -10.1007/ 978-3-658-45857-7 [2] Zilch, K., Niedermeier, R., Finckh, W. Sachstandbericht „Geklebte Bewehrung“; DAfStb Heft 591. Berlin: DIN Media, 2011 [3] EN 1992-1-1: 2023-11: Eurocode 2. Design of concrete structures. 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