Das IGF-Vorhaben mit dem Förderkennzeichen 01|F22622 wurde über den DLR im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaft (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.
Geforscht wurde an der RWTH Aachen, Lehrstuhl und Institut für Massivbau.
Motivation und Zielsetzung
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung des Verbundverhaltens von Spannstahllitzen mit großen Litzendurchmessern von 0,6“ (15,2 mm) und 0,62“ (15,7 mm) für Vorspannung im sofortigen Verbund (Spannbettvorspannung), um die wirtschaftliche Anwendung der großen Litzendurchmesser nach DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2; EC2) im Betonfertigteilbau zu ermöglichen. Aktuell ist die Anwendung nach EC2 in Deutschland im Nationalen Anhang durch einen NCI auf Litzen mit einer Querschnittsfläche von Ap ≤ 100 mm² und somit auf einem maximalen Durchmesser von 0,5“ (12,5 mm) begrenzt.
Experimentelle Untersuchungen
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde das Verbund-, Übertragungs- und Verankerungsverhalten von Spannstahllitzen mit großen Durchmessern (0,62″) bei Vorspannung mit sofortigem Verbund systematisch untersucht. Grundlage bilden umfangreiche Pull-Out-Versuche, Spannkrafteinleitungsversuche sowie Balkenversuche unter statischer und zyklischer Beanspruchung, ergänzt durch die Auswertung vorhandener Versuchsdaten.
Abschließend wurden die bestehenden Bemessungsansätze nach EC2, EC2/NA(D) und dem neuen Eurocode-Entwurf systematisch aufgearbeitet. Im Fokus standen Übertragungs- und Verankerungslängen sowie geometrische Mindestanforderungen (Betondeckung, Litzenabstände) für Spannstahllitzen im sofortigen Verbund. Die experimentellen Ergebnisse wurden direkt mit den normativen Vorgaben abgeglichen.
Zentrale fachliche Ergebnisse
Die experimentellen Untersuchungen wurden bewusst ohne umschnürende Bügelbewehrung im Verankerungsbereich durchgeführt und stellen damit eine konservative Betrachtung dar. In realen Bauteilen vorhandene Querbewehrung trägt zusätzlich zur Aufnahme radialer Zugspannungen bei.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Verbund- und Verankerungsverhalten maßgeblich durch den Litzendurchmesser, die Betonfestigkeit zum Zeitpunkt des Vorspannkraftablasses sowie die geometrischen Randbedingungen bestimmt wird:
- Einfluss des Litzendurchmessers:
Mit zunehmendem Litzendurchmesser steigen sowohl die Übertragungs- als auch die Verankerungslängen deutlich an. Dieser Effekt ist bei 0,62″-Litzen besonders ausgeprägt und stellt einen maßgebenden Bemessungsparameter dar. - Verbundmechanismus und Hoyer-Effekt:
Die Pull-Out-Versuche bestätigen die zentrale Rolle des Hoyer-Effekts für die Spannkraftübertragung. Gleichzeitig führen größere Durchmesser zu erhöhten radialen Zugspannungen im Beton. Eine hohe Betonfestigkeit beim Spannkraftablass wirkt sich dabei günstig aus und reduziert Schlupf sowie Übertragungslängen. - Einfluss der Betonfestigkeit:
Die Betonfestigkeit zum Zeitpunkt des Spannkraftabbaus ist ein zentraler Einflussparameter. Höhere Frühfestigkeiten führen zu geringerem Schlupf und kürzeren Übertragungslängen. Insbesondere bei großen Litzendurchmessern steigt die Sensitivität gegenüber niedrigen Festigkeiten. Die untersuchten Betone lagen typischerweise im Bereich von etwa 30 bis 50 N/mm²; ein allgemeingültiger Mindestwert lässt sich daraus jedoch nicht ableiten. - Spannkrafteinleitung und Geometrie:
Die Spannkrafteinleitungsversuche zeigen, dass die im EC2 vorgesehenen Mindestwerte für Betondeckung und Litzenabstand bei 0,62″-Litzen nicht in allen Fällen ausreichen, um eine rissfreie Spannkrafteinleitung sicherzustellen. Insbesondere geringe Betondeckungen und enge Litzenanordnungen führen zu erhöhten Querzugspannungen und begünstigen Längsrissbildung. - Verankerungsverhalten unter zyklischer Beanspruchung:
Die Balkenversuche belegen, dass bei ausreichend bemessenen Verankerungslängen ein sicheres Trag- und Verankerungsverhalten auch unter zyklischer Beanspruchung gewährleistet ist. Eine signifikante Abminderung der Verbundtragfähigkeit wurde im untersuchten Bereich nicht festgestellt, sofern Rissbildung im Verankerungsbereich vermieden wird. - Bewertung der Bemessungsansätze:
Die Auswertung zeigt, dass der Ansatz des Eurocode-Entwurfs (FprEC2) den Einfluss großer Litzendurchmesser konsistenter und im Mittel konservativer abbildet als EC2 bzw. EC2/NA(D), insbesondere bei Berücksichtigung größerer Betondeckungen und Litzenabstände. Die im EC2/NA(D) angesetzte deutliche Erhöhung der Verankerungslängen für zyklische Beanspruchung wird durch die vorliegenden Versuchsergebnisse nicht bestätigt. Der FprEC2-Ansatz bildet die beobachteten Effekte hingegen plausibel ab.
Fazit und Ausblick
Mit Abschluss des Projekts liegt eine fundierte theoretische und experimentelle Grundlage für die Anwendung großer Litzendurchmesser im sofortigen Verbund vor. Die Ergebnisse belegen, dass 0,62″-Litzen bei geeigneter Auslegung von Übertragungs- und Verankerungslängen sowie bei Einhaltung angepasster geometrischer Randbedingungen eingesetzt werden können. Damit werden die Voraussetzungen geschaffen, die bisherigen Beschränkungen im Nationalen Anhang zu EC2 zu überprüfen und die normative Anwendbarkeit großer Litzendurchmesser im Hoch-, Brücken- und Industriebau zu erweitern.
Das Projekt wurde Ende Oktober 2025 abgeschlossen. Der Forschungsbericht kann bei unserer Geschäftsstelle angefordert werden.
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