Titelaufnahme

Titel
Segmentierte Vergussverankerung für Spannglieder mit Kohlenstofffaserverbundwerkstoff / Johann Horvatits
VerfasserHorvatits, Johann
Begutachter / BegutachterinKollegger, Johann ; Peter, Marti
Erschienen2008
UmfangXII, 294 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2008
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)CFK-Spannglied / Verankerung / Praxiseinsatz / Zugversuche / Dauerstandsversuche / Epoxidharzvergusskörper / FE-Berechnung
Schlagwörter (GND)Vorspannung / Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff / Spannglied / Verankerung
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-26678 Persistent Identifier (URN)
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Segmentierte Vergussverankerung für Spannglieder mit Kohlenstofffaserverbundwerkstoff [20.51 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Vorgespannte Zugelemente aus kohlebstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) stellen aufgrund ihrer hervorragenden Werkstoffeigenschaften wie z.B. Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit in Faserlängsrichtung, gutem Langzeitverhalten und geringem spezifischen Gewicht eine ausgezeichnete Alternative zu konventionellen Stahlspanngliedern dar. Bei der Entwicklung einer effizienten Verankerung für CFK-Zugelemente ist infolge des anisotropen Aufbaus von CFK besonders auf die hohe Querdruckempfindlichkeit und die niedrige interlaminare Schubfestigkeit zu achten.

Die in dieser Arbeit vorgestellte segmentierte Vergussverankerung erfüllt diese Forderungen durch ihre spezielle Innengeometrie.

Numerische und experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass mit der segmentierten Vergussverankerung eine hohe Effizienz des Verankerungssystems erzielt werden kann. Die Effizienz, definiert als Prozentanteil der Traglast im Zugversuch auf die Nennbruchlast (mit der vom Hersteller garantierten Zugfestigkeit ermittelt), beträgt bei den 19 und 37 Drahtverankerungen 105 - 110 % und bei den 84 Drahtverankerungen 86 %. Für die Ermittlung der Verankerungsgeometrie werden sowohl allgemeine Konstruktionshilfen als auch kritische Spannungszustände für den CFK-Draht und den Vergusskörper angegeben. Weiters wurden die beiden wesentlichsten Materialien, CFK für das Zugelement und das Epoxidharz für den Vergusskörper, hinsichtlich ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften detailliert untersucht und die wesentlichen Einflussfaktoren und Abhängigkeiten ermittelt.

Das Verhalten der segmentierten Vergussverankerung unter Dauerlast und infolge Temperatureinwirkung wurde ebenfalls untersucht.

Dauerstandsversuche mit einer hohen Anfangslast zeigen, dass nur relativ geringe Spannkraftverluste durch Relaxation der CFK-Drähte und Kriechen des Epoxidharzkörpers entstehen. Mittels FE Methoden wurden mögliche Auswirkungen auf die Trag- und Gebrauchstauglichkeit, Erhöhung der Radialdruckspannungen und Spannkraftverluste infolge einer Temperaturverringerung und -erhöhung ermittelt.

Im Sommer des JAhres 2003 konnte die segmentierte Vergussverankerung bei der Verstärkung der Autobahnüberführung Golling eingesetzt werden. Dies ist auch die erste Anwendung von CFK-Spannglieder (Anzahl: 16 Stück / Spanngliedlänge: 39 m / 37 Drahtverankerung) in Österreich.

Zusammenfassung (Englisch)

Tendons made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) offer a true alternative to conventionel high strength steel tendons, because of their excellent mechanical properties, namely corrosion resistance, high tensile strength in fiber direction, low weight and excellent fatigue behaviour. However, the outstanding strength of CFRP is only pronounced in axial direction. In the transverse direction the strength is much lower. The development of an efficient anchorage for prestressed CFRP-elements is rather difficult, because of the anisotropic properties of the CFRP and an optimized ratio between lateral compression and interlaminar shear strength is of utmost importance.

The segmented casting anchorage presented in this thesis has a unique geometry to meet the necessary performence requirements. Numerical and experimental investigations on the segmented casting anchorage have shown that a high efficiency in terms of anchorage performance could be reached. The efficiency is defined as the percentage of ultimate tensile load reached in the tensile tests versus the nominal load (calculated using the strength guaranteed by the manufacturer), which is 105 - 110 % for anchorages that are designed for 19 and 37 wires and approx. 86 % for anchorages with 84 wires. For the determination of the anchorage geometry general construction guidelines as well as critical stress conditions are presented. Furthermore, the mechanical and thermal properties of the main anchorage materials, i.e. CFRP for the tensile member and epoxy resin for the casting element, are studied in detail and the main influence factors were determined.

The behaviour of the segmented casting anchorage under permanent as well as temperature loading was also analysed. Long-term tests with high initial loading showed that the relatively low loss of prestressing is caused by relaxation of the CFRP-wire and creep of the epoxy resin. With FE analysis the influence on the bearing capacity and serviceability due to an increase of lateral pressure and loss of prestressing caused by increasing or decreasing the temperature were determined.

The first application of prestressed CFRP-tendons, which are equipped with the new anchorage system, is the bridge over the highway in Golling, which is located in the province of Salzburg, Austria. It was also the first time that CFRP-tendons were used in Austria. For strengthening purposes 16 external prestressed tendons each consisting of 37 CFRP-wires with a length of about 39 metres were successfully installed.