Numerische Untersuchungen zur Rissentwicklung in Vorsatzschalen bei massiven Wasserbauwerken

Die Instandsetzung von bestehenden Bauwerken gewinnt weltweit zunehmend an Bedeutung. Dieser Trend betrifft auch den Sanierungsbedarf von massiven Wasserbauwerken in Deutschland. Einen großen Anteil der Sanierungsmaßnahmen macht das Instandsetzen von beschädigten Randzonen aus, um die Dauerhaftigkeit der Bauwerke weiterhin sicherstellen zu können. Eine häufig angewandte Methode der Oberflächeninstandsetzung stellt das Anbringen einer bewehrten Stahlbetonvorsatzschale dar. Allerdings ist der Einbau der für die Rissbreitenbegrenzung erforderlichen Bewehrung zeit‐ und somit kostenaufwendig. Im Wesentlichen hängt die erforderliche Bewehrung von der Rissbildung im frühen Alter und somit von der Hydratationswärmeentwicklung und den daraus resultierenden Verformungen sowie von der gegenseitigen Behinderung zwischen Alt‐ und Neubeton ab. In diesem Beitrag wird ein numerisches Modell der Vorsatzschale und des bestehenden Bauwerks zur Simulation der Spannungsentwicklung und der Rissbildung infolge der Erhärtung des Betons vorgestellt. Eine möglichst realitätsnahe Abbildung des Bauteilverhaltens setzt dabei die Verwendung geeigneter Modelle voraus, die die zeitabhängigen Eigenschaften des Betons in Bezug auf Temperatur‐, Festigkeits‐ und Steifigkeitsentwicklung sowie dessen zeitliches Verformungsverhalten berücksichtigen. Die Ergebnisse der numerischen Simulation zeigen insgesamt, dass eine Optimierung der Bewehrung zur Begrenzung der vorgegebenen Rissbreite grundsätzlich möglich ist.

The repair of existing structures is becoming increasingly important worldwide. This trend also affects the need for renovating massive hydraulic structures. A large share of these restorations involves repairing damaged concrete surfaces. A common approach in these cases is the installation of a reinforced concrete facing. However, the installation of the reinforcement required to limit the crack width in the facing layer is both time‐consuming and, consequently, costly. The required reinforcement essentially depends on the development of the hydration heat and the resulting restrained deformations at an early age. This article presents a numerical model to simulate the interaction between the concrete facing and the existing structure, analyzing the stress development during concrete hardening and the subsequent crack formation. A realistic representation of the structural behavior requires the use of suitable models to simulate time‐dependent properties such as temperature evolution, strength and stiffness development of the concrete, as well as its time‐dependent deformation behavior (creep and shrinkage). The simulation results show that an optimization of the reinforcement for crack width control is possible.