Nachträglich installierte Bewehrungsstäbe: Grundlagen und Systemverständnis

Wer neue Betonbauteile tragfähig mit bestehenden Strukturen verbinden will, kommt an einem System nicht vorbei: nachträglich installierte Bewehrungsstäbe. Diese Bewehrungseisen werden in Bohrlöcher im Bestandsbeton eingesetzt und mit einem dafür qualifizierten Injektionssystem verankert. Typische Anwendungen finden sich bei Erweiterungen, Verstärkungen, Instandsetzungen und Umnutzungen im Hoch-, Brücken- und Tunnelbau. Damit der Anschluss die vorgesehene Tragwirkung erreicht, müssen Bemessung und Ausführung aufeinander abgestimmt sein.

Entscheidend ist dabei nicht allein die Geometrie des Anschlusses, sondern seine Funktion im Tragwerk: Welche Kräfte sind zu übertragen, wie verläuft der Lastpfad und handelt es sich um einen Übergreifungsstoß oder eine Endverankerung? Daraus leiten sich das geeignete Bemessungskonzept und die Anforderungen an die Ausführung ab.

Wie werden die Kräfte in den Beton übertragen?

Ein Bewehrungsstab überträgt Zugkräfte über den Verbund in den umgebenden Beton. Bei nachträglich installierter Bewehrung stellt das Injektionssystem den Verbund zwischen Bewehrungsstab und Bohrlochwand her. Das Tragprinzip ist damit mit dem eines einbetonierten Bewehrungsstabs vergleichbar. Die anzusetzenden Verbundkennwerte und Bemessungsparameter sind jedoch systemspezifisch und ergeben sich aus der jeweiligen Europäischen Technischen Bewertung (ETA). Die Leistungsfähigkeit des Anschlusses kann daher nicht allein aus Stabdurchmesser und Verankerungslänge abgeleitet werden.

Wichtig: Die Verankerung der Stäbe und die Übertragung von Kräften über die Kontaktfuge zwischen Alt- und Neubeton sind getrennt zu betrachten. Der Nachweis der Bewehrungsstäbe ersetzt nicht den Nachweis der Fuge und des gesamten Lastpfads.

_{Abbildung 1: Nachträglich eingemörtelte Bewehrungsstäbe über einer aufgerauten Fuge zwischen Bestandsbeton und neuem Beton, oben gerade und unten mit aufgebogenem Stabende}

Übergreifungsstoß oder Endverankerung?

Für die Bemessung ist zunächst zu unterscheiden, ob die Kraft des nachträglich installierten Stabs über einen Übergreifungsstoß oder eine Endverankerung in die bestehende Konstruktion eingeleitet wird.

Übergreifungsstoß

Beim Übergreifungsstoß wird die Stabkraft über den umgebenden Beton auf eine vorhandene Bewehrung übertragen. Maßgebend sind insbesondere die erforderliche Übergreifungslänge, die Lage und Ausbildung der vorhandenen Bewehrung sowie die geometrischen und konstruktiven Randbedingungen.

Endverankerung

Bei der Endverankerung endet der nachträglich installierte Bewehrungsstab im bestehenden Bauteil. Seine Stabkraft muss innerhalb der verfügbaren Verankerungszone in den Beton eingeleitet werden. Der geeignete Bemessungsweg hängt unter anderem von Geometrie, Stabkraft, Lastpfad und den Anwendungsgrenzen des verwendeten Systems ab.

Für die Planung wichtig: Nicht allein aus der Geometrie auf das Bemessungsverfahren schließen. Zuerst wird die Funktion des Anschlusses im Tragwerk bestimmt, anschließend der geeignete Bemessungsweg.

Die Bemessung von Übergreifungsstößen und Endverankerungen nach EN 1992-1-1 beziehungsweise mit erweiterten Bemessungsansätzen nach EOTA TR069 oder einem Stabwerkmodell wird im Artikel „Welche Bemessungsmethode passt zu welchem nachträglichen Bewehrungsanschluss?“ vertieft.

Abgrenzung zu anderen Verbindungen

Nachträglich installierte Bewehrungsstäbe sind von anderen Befestigungs- und Verbindungslösungen wie Verbunddübeln oder Schubverbindern zu unterscheiden. Maßgebend ist nicht, dass sich einzelne Montageschritte wie Bohren, Reinigen und Injizieren ähneln, sondern welche Funktion das Stahlelement im Tragwerk übernimmt und welches Bemessungskonzept dafür gilt.

Bei nachträglich installierter Bewehrung bilden die Stäbe einen Bestandteil des Stahlbetontragwerks. Im eingemörtelten Bereich sind sie gerade; im Neubeton kann das freie Stabende je nach Konstruktion beispielsweise gerade, mit Haken oder mit Kopf ausgeführt werden. Bei typischen Betondeckungen von etwa 2Ø bis 3Ø kann die Verbundtragfähigkeit durch Spalten des Betons begrenzt werden. Die Querkraftübertragung zwischen Alt- und Neubeton erfolgt nicht über die Bewehrungsstäbe, sondern über die entsprechend ausgebildete Kontaktfuge. Dies ist bei der Bemessung und konstruktiven Durchbildung zu berücksichtigen.

Wo werden nachträglich installierte Bewehrungsstäbe eingesetzt?

Nachträgliche Bewehrungsanschlüsse werden eingesetzt, wenn bestehende Betontragwerke erweitert, verstärkt oder konstruktiv verändert werden. Typische Anwendungen finden sich im Hoch-, Brücken- und Tunnelbau. Die Anforderungen an Bemessung und Ausführung unterscheiden sich dabei je nach Bauwerk, Anschlussart und Einwirkung.

Hochbau:

Im Hochbau kommen nachträgliche Bewehrungsanschlüsse vor allem dann ins Spiel, wenn sich Nutzungsanforderungen ändern oder Bauteile erweitert werden müssen. Klassische Fälle sind neue Wandscheiben zur Aussteifung, Stützen zur Lastumlagerung oder Trägeranschlüsse bei Grundrissänderungen. Auch bei Gebäudeaufstockungen oder dem nachträglichen Einbau von Aufzügen oder Treppenhäusern werden vorhandene Bauteile statisch weitergeführt.

Je nach Anwendung sind neben den überwiegend statischen Einwirkungen auch Brand und Erdbeben zu berücksichtigen.

_{Abbildung 2: Deckenverlängerung, Deckenanschluss, Balkenanschluss – dargestellt als Übergreifungsstoß oder Endverankerung (schematisch)}

Brückenbau:

Im Brückenbau werden nachträgliche Bewehrungsanschlüsse unter anderem eingesetzt, um bestehende Tragwerke zu verstärken, zu verbreitern oder um zusätzliche Betonbauteile anzuschließen. Typische Anwendungen sind:

• die Verstärkung oder Verbreiterung bestehender Querschnitte mit Spritzbeton und zusätzlicher Bewehrung

• die Einbindung zusätzlicher Betonbauteile in den Bestand und

• der Anschluss von Ankerblöcken bei Spannbetonkonstruktionen

Diese Maßnahmen kommen häufig in Kombination mit Aufbetonlösungen zum Einsatz. Bei dynamisch beanspruchten Anschlüssen kann zusätzlich der Ermüdungsnachweis maßgebend werden.

_{Abbildung 3: Brückenverbreiterung als Übergreifungsstoß, zusätzlicher Betonbalken in der Ecke eines Hohlkastenquerschnitts und Querschnittsverbreiterung (schematisch)}

Tunnelbau:

Im Tunnelbau kommen nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse insbesondere dort zum Einsatz, wo komplexe Bauphasen, eingeschränkte Platzverhältnisse oder besondere Geometrien eine konventionelle Bauweise erschweren. Typische Anwendungen sind:

• Konsolen für Zwischendecken

• Anschlüsse von Gehwegen oder Fahrbahnteilern an die Innenschale

• Verstärkungen mit zusätzlicher Bewehrung und Spritzbeton

• die konstruktive Ausbildung nachträglicher Öffnungen

Darüber hinaus können nachträgliche Bewehrungsanschlüsse beispielsweise bei Start- und Zielschächten von Tunnelbohrmaschinen oder bei nachträglichen Öffnungen in Tübbingkonstruktionen eingesetzt werden.

_{Abbildung 4: Anschluss Konsole und Tunnelschale zur Auflagerung einer Stahlbetonzwischendecke, Gehwege im Tunnelbau mit direktem Anschluss an das Tunnelgewölbe (schematisch)}

Bemessung und Ausführung gehören zusammen

Ein nachträglicher Bewehrungsanschluss funktioniert nur, wenn Bemessung, verwendetes System und Ausführung aufeinander abgestimmt sind. Die Tragwerksplanung legt unter anderem Anschlussart, Lastpfad, Stabdurchmesser, Lage und erforderliche Verankerungs- oder Übergreifungslänge fest. Die ETA definiert die systemspezifischen Randbedingungen für Bemessung und Einbau, beispielsweise zulässige Bohr- und Reinigungsverfahren sowie Einbaubedingungen. Bereits in der Planung ist daher zu prüfen:

• Ist die Lage der vorhandenen Bewehrung bekannt?

• Ist die erforderliche Verankerungs- oder Übergreifungslänge geometrisch möglich?

• Können die vorgesehenen Bohrpositionen ausgeführt werden, ohne die vorhandene Bewehrung unzulässig zu beeinträchtigen?

• Sind das geplante Bohr- und Reinigungsverfahren für das verwendete System zulässig?

• Sind die in der Bemessung angesetzten Randbedingungen eindeutig in der Planung und Spezifikation berücksichtigt?

Die in der Bemessung angesetzten Bedingungen müssen auf der Baustelle umsetzbar sein und bei der Ausführung eingehalten werden.

Das Wichtigste auf einen Blick

• Nachträglich installierte Bewehrungsstäbe werden Bestandteil des Stahlbetontragwerks und sind entsprechend ihrer Funktion im Tragwerk zu bemessen

• Übergreifungsstoß und Endverankerung unterscheiden sich im Lastabtrag und stellen unterschiedliche Anforderungen an die Bemessung

• Maßgebend sind das qualifizierte Injektionssystem, seine ETA und die darin festgelegten Anwendungs- und Einbaubedingungen

• Die Verankerung der Bewehrungsstäbe und die Kraftübertragung über die Kontaktfuge zwischen Alt- und Neubeton sind im Gesamtlastpfad zu betrachten

• Die Annahmen der Bemessung müssen unter den vorgesehenen Baustellenbedingungen ausführbar und bei der Ausführung eingehalten werden

Vom Systemverständnis zur Bemessung

Welche Bemessungsmethode ist für den geplanten Anschluss geeignet? Der nächste Artikel erläutert, wie Anschlussart, Lastpfad und Einwirkungen die Auswahl zwischen EN 1992-1-1, EOTA TR 069 und einem geeigneten Stabwerksmodell bestimmen.

Zum nächsten Artikel: Welche Bemessungsmethode passt zu welchem nachträglichen Bewehrungsanschluss?

Weiterführende Links:

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Weitere Informationen zu nachträglich installierten Bewehrungsanschlüssen