Untersuchungen zur Rauigkeit und Tragfähigkeit von Verbundfugen zwischen normalfestem Beton und UHFB

Vor 1980 in Deutschland errichtete Stahlbeton‐ und Spannbetonbrücken weisen häufig geringe Bügelbewehrungsgrade und rechnerische Querkraftdefizite auf. Eine Querschnittsergänzung der Brückenfahrbahnplatte mit faserbewehrtem ultrahochfestem Beton (UHFB) ist eine einfache, schnelle und wirtschaftliche Verstärkungsmöglichkeit, insbesondere wenn sie ohne eine fugenkreuzende Verbundbewehrung ausgeführt wird. Voraussetzung für ein quasimonolithisches Bauteilverhalten ist ein weitgehend schubsteifer Verbund zwischen dem normalfesten Beton (NB) der Brückenfahrbahnplatte und dem UHFB‐Aufbeton, was eine ausreichende Rauigkeit der UHFB‐NB‐Verbundfuge erfordert. Hierzu wurde ein Verfahren zur berührungslosen lokalen und großflächigen Bestimmung von Rauigkeitsparametern auf Basis von hochaufgelösten Messdaten eines 3D‐Streifenlichtscanners entwickelt, die Rauigkeit der Fugenoberflächen von kleinformatigen UHFB‐NB‐Schubversuchskörpern sowie von einem NB‐Balken mit UHFB‐Aufbetonergänzung ermittelt und die Wirksamkeit der Verstärkungsmaßnahme bei ausreichender Fugenrauigkeit durch kleinmaßstäbliche UHFB‐NB‐Schubversuche sowie Biege‐ und Querkraftversuche an einem NB‐Balken mit und ohne UHFB‐Aufbetonergänzung nachgewiesen. Bei den Balkenversuchen konnte durch die UHFB‐Verstärkung ein Wechsel des maßgebenden Versagensfalls von Querkraft zu Biegung bewirkt werden, was diese Verstärkungsmaßnahme für die Kompensation von Querkraftdefiziten prädestiniert.

Reinforced concrete and prestressed concrete bridges built in Germany before 1980 often have low ratios of shear stirrup reinforcement and deficits in the calculated shear capacity. A cross‐sectional strengthening of the bridge deck slab with fiber‐reinforced ultra‐high performance concrete (UHPC) is a simple, fast and economical strengthening option, especially if it is designed as an unreinforced joint. The prerequisite for quasi‐monolithic component behavior is a largely rigid bond‐slip behavior between the normal strength concrete (NSC) of the bridge deck slab and the UHPC topping concrete, which requires sufficient roughness of the UHPC‐NSC joint. For this purpose, a method for the non‐contact local and large‐area determination of roughness parameters was developed on the basis of high‐resolution measurement data from a 3D stripe light scanner, the roughness of joint surfaces of small‐scale UHPC‐NSC shear test specimens and of an NSC beam with UHPC concrete topping was determined and the effectiveness of the strengthening measure with sufficient joint roughness was verified using small‐scale UHPC‐NSC shear tests as well as bending and shear force tests on an NSC beam with and without UHPC concrete topping. In the beam tests, the UHPC strengthening caused a change in the decisive failure case from shear force to bending, which predestines this strengthening measure for the compensation of shear force deficits.