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Weiterentwicklung des Stands der Technik bei Vorspannungslösungen

Ein innovatives neues Vorspannsystem könnte die Nutzungsdauer – und Sicherheit – von Stahlbetonkonstruktionen wie Brücken verlängern.

Industrielle Technologien

Die Verlängerung der Nutzungsdauer von Stahlbetonkonstruktionen wie zum Beispiel Brücken hat viele Vorteile. Eine längere Nutzungsdauer bedeutet zum Beispiel weniger Kosten für den Eigentümer der Konstruktion und erhöhte Sicherheit in der Endbenutzung. Es kann außerdem dazu beitragen, den Kohlenstoffausstoß zu verringern, indem die durch Bauarbeiten verursachte Luftverschmutzung minimiert wird. Um diese Vorteile zu erreichen, ist natürlich zuerst die Fähigkeit erforderlich, die Betonstruktur einfach und kostengünstig nachzurüsten. Dafür wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SMArtPlate ein innovatives, schnelles und zuverlässiges, auf Vorspannung basierendes Verstärkungssystem entwickelt. „Praktische Machbarkeit und Leistungszuverlässigkeit sind für eine erfolgreiche Verstärkungslösung von größter Bedeutung“, sagt Esmaeel Esmaeeli, Dozent für Bauingenieurwesen an der Brunel University London, dem federführenden Partner des Projekts. „Darüber hinaus muss die Lösung jegliche Störung minimieren, die eine Verstärkungsinitiative für die Nutzung der Struktur verursachen könnte – zum Beispiel der Verkehrsfluss auf Brücken.“

Ein schneller Vorteil

Mit der Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen nutzt das Projekt die synergistischen Vorteile von ultra-duktilem Mörtel (UDM) und Formgedächtnislegierungen. Mit diesen Materialien kreierten die Forscher eine vorgefertigte Platte aus ultra-duktilem Mörtel, verstärkt mit Bewehrungsstäben – ein von dem hybrid composite plate (HCP)-Verstärkungssystem inspiriertes Design, das das Hauptergebnis von Esmaeelis Doktorarbeit war. Das Ergebnis dieser Arbeit ist SMArtPlate, ein innovatives, schnelles und zuverlässiges Vorspannsystem, das über den Stand der Technik bestehender Lösungen hinausgeht. Nach Angaben von Esmaeeli werden die vorgefertigten SMArtPlates an den Standort des Projekts gebracht, um Durchbiegungen zu reduzieren und die Verkehrskapazität einer Brücke zu erhöhen. „Sobald sie an der Soffitte der Träger angebracht sind, erfolgt der Verstärkungseingriff, indem vorübergehend die Temperatur der Bewehrungsstäbe aus Formgedächtnislegierungen auf die Umgebungstemperatur heruntergebracht wird“, erklärt Esmaeeli. Eines der Hauptunterscheidungsmerkmale von SMArtPlate im Vergleich mit herkömmlichen Systemen ist die hohe Geschwindigkeit der Nutzung. „Konventionelle Systeme, wie zum Beispiel Laminate oder Stäbe aus vorgespannten, faserverstärkten Kunststoffen (FVK) erfordern die Einrichtung mechanischer Geräte und die Aushärtung der Verklebung mit Epoxidkleber. Hierbei handelt es sich um einen zeitaufwändigen Prozess“, ergänzt Esmaeeli. „SMArtPlate kann dagegen mit mechanischen Befestigungselementen schnell installiert werden und elektrischer Strom, der durch die Bewehrungsstäbe aus Formgedächtnislegierungen geleitet wird, erzeugt die Vorspannkräfte.“

Ein Durchbruch bei Vorspannsystemen

Laut Esmaeeli stellt SMArtPlate einen Durchbruch bei Vorspannlösungen dar und bietet Industrie, dem Ingenieurwesen und der Forschung eine innovative und robuste Nachrüstlösung. „Die schnelle Anwendung von SMArtPlate, gemeinsam mit ihrer hohen Haltbarkeit und Verbindungszuverlässigkeit, macht es zu einer einzigartigen Lösung für die Vorspannung einer Vielzahl von Stahlbetonkonstruktionen, insbesondere Brücken“, schließt er. „Durch die Minimierung jeglicher Störungen der vorhandenen Struktur bietet es darüber hinaus auch bemerkenswerte sozioökonomische Vorteile.“ Das Projekt ist jetzt zwar beendet, aber die Arbeit geht weiter. Das Team, zu dem re-fer in Österreich und Empa in der Schweiz zählen, ist zurzeit auf der Suche nach weiteren Finanzmitteln zur Unterstützung von Tests im großen Maßstab, um die kurz- und langfristige Leistung von SMArtPlate umfassend zu bewerten. Die Ergebnisse dieser Tests werden die Entwicklung von Entwurfsleitlinien ermöglichen – der nächste Schritt in Richtung einer industriellen Nutzung der SMArtPlate-Lösung.

Schlüsselbegriffe

SMArtPlate, Vorspannlösungen, Stahlbetonkonstruktionen, Brücken, Formgedächtnislegierungen

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