Spannglieder, Schrägseile und Anker - Beschreibung der Systeme und Erkenntnisse aus Korrosionsschäden

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: AGB2000/470
• Projekttitel Englisch: Prestressing tendons, stay cables and graund anchors - Description of the systems and lessons learnt from corrrosion damages

Schlüsselwörter (Deutsch)

Spann- und Ankersysteme, Korrosionsschäden

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Seit rund 50 Jahren werden in der Schweiz Spannstähle verwendet. Dies bei Spanngliedern, im Spannbett, bei Ankern und seit einigen Jahren auch bei Schrägseilen. Der Zustand der eingebauten Spannstähle ist für die Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit des entsprechenden Bauwerkes wichtig und sollte für den Betreiber oder Eigentümer erfassbar und beurteilbar sein. Die Möglichkeiten, den Korrosionszustand von Spann- und Ankersystemen umfassend und zerstörungsfrei zu bestimmen sind nach wie vor relativ eingeschränkt. Für eine zielgerichtete Zustandserfassung ist damit das frühzeitige und richtige Erkennen von Gefährdungen wichtig.
Sind Korrosionsschäden an Spannstählen aufgetreten, können durch die genaue Abklärung der Schadenursache bzw. des Schadenmechanismus wertvolle Erfahrungen gesammelt und Gefährdungsbilder formuliert werden. Mit der Bearbeitung des Forschungsauftrages Nr. 86/95 des ASTRA wurde durch die Forschungsstelle ein Anfang zur Aufarbeitung und Veröffentlichung ausgewählter Schadenfälle gemacht. Die Arbeit wird mit dem hier vorliegenden Projekt ergänzt, vertieft und abgerundet.
Die Aufarbeitung weiterer, gezielt ausgewählter Fälle, welche neue Aspekte bzgl. der Dauerhaftigkeit, der konstruktiven Gegenbenheiten und der Angriffsbedingungen aufzeigen, bringt voraussichtlich neue Erkenntnisse über mögliche Gefährdungen.
In einem weiteren Teil wird in Zusammenarbeit mit dem Verein Schweizerischer Vorspannfirmen (VSV) die Entwicklung der verschiedenen, in der Schweiz über die letzten Jahrzente verwendeten Spann- und Ankersysteme aufgearbeitet. Eine vollständige Dokumentation der Systeme soll in der Forschungsstelle zur Information von Eigentümern und Ingenieuren zur Verfügung gestellt werden. Auch objektspezifische Sonderlösungen, dievor allem im Bereich der Anker immer wie der ausgeführt wurden, sollen dokumentiert werden, sofern genügend Informationen dazu vorhanden sind. Eine Auswertung und Beurteilung wird in den Schlussbericht integriert.

Projektziele (Deutsch)

Erfassen, Auswerten und Beurteilen von Korrosionsschäden an Spannstählen in vorgespannten und verankerten Konstruktionen sowie Zugstangen. Zusammenstellung und Dokumentation der Entwicklung der in der Schweiz gebräuchlichen Spann- und Ankersysteme.

Abstract (Deutsch)

Über Korrosionsschäden an Spanngliedern gibt es viele einzelne Informationen und Berichte, aber nur wenige zusammenfassende Darstellungen. Mit der Bearbeitung des Forschungsauftrages Nr. 86/95 des ASTRA wurde von der Forschungsstelle ein Anfang zur Aufarbeitung und Veröffentlichung ausgewählter Schadenfälle in der Schweiz gemacht. 1998 wurde der Bericht über das Projekt „Korrosionsschäden an Spannstählen in Spanngliedern und vorgespannten Boden- und Felsankern“ publiziert.

Mit dem zweiten Projekt wurde diese Arbeit fortgesetzt und erweitert. Zum einen wurde versucht, eine möglichst vollständige Dokumentation der in der Schweiz eingesetzten Spann-, Schrägseil- und Ankersysteme zu erstellen und diese zu beschreiben. Die TFB hat es übernommen, diese Unterlagen für Interessierte zur Verfügung zu halten. Diese sind für Zustandserfassungen und -beurteilungen von grossem Nutzen. Zum anderen wurden verschiedene weitere Schadenfälle in der Schweiz analysiert. Neben den üblichen Spannsystemen konnten insbesondere auch die Probleme mit Schrägseil- und Ankersystemen genauer untersucht werden. Daneben wurde eine breite Literaturrecherche zu Schäden an Spanngliedern und Ankern im Ausland durchgeführt. Dafür waren die persönlichen Kontakte der Autoren zu den ausländischen Experten sehr wertvoll. Diese Erkenntnisse sind in diesem Bericht berücksichtigt. Sie ergänzen die schweizerischen Erfahrungen.

Durch die genaue Abklärung der Schadenursache bzw. des Schadenmechanismus bei Korrosionsschäden an Spannstählen konnten wertvolle Erfahrungen gesammelt und Gefährdungsbilder beschrieben werden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Folgerung und Empfehlungen

 

Sowohl bei den Spanngliedern wie auch bei den Schrägseilen und Ankern gibt es systemabhängige konstruktive, material- und ausführungsbedingte Schwachstellen. Die aufgetretenen Schäden führten zu einer stetigen Verbesserung der Systeme.

Nur in wenigen Fällen war eine einzige Ursache für grössere Schäden oder einen Einsturz verantwortlich. Meistens führten erst die Empfindlichkeit der Konstruktion und eine Kombination verschiedener Ursachen zum Schaden oder Versagen. Aus der Auswertung der Schadenfälle im In- und Ausland konnten die wichtigsten äusseren und inneren Gefährdungen abgeleitet werden. Äussere Gefährdungen sind durch die Umwelt oder die Nutzung bedingt (Einwirkungsseite). Innere Gefährdungen umfassen Schwachstellen der Konstruktion und des eigentlichen Korrosionsschutzsystems der Spannglieder, Schrägseile und Anker (Widerstandsseite). In den allermeisten Fällen bildete die Kombination verschiedener Schwachstellen der Konstruktion (Gefährdungsbilder), bei vorhandener äusserer Gefährdung (Leiteinwirkung), die Schadenursache. Daraus ergeben sich „Schadenketten“, die beispielsweise bei Spanngliedern im Verbund oft an der Bauwerksoberfläche beginnen und somit meistens „sichtbar“ und daher bei Zustandsuntersuchungen feststellbar sind.

Für die Zustandserfassung und -beurteilung sind genaue und vertiefte Kenntnisse des Systems und der möglichen Gefährdungsbilder unerlässlich. Für den Neubau wird empfohlen, insbesondere die Korrosionsschutzarbeiten gut zu überwachen (z.B. Verpressen der Hüllrohre).

 

Umsetzung

Die Ergebnisse der Forschungsarbeit können in der Praxis direkt verwendet werden. Weiter können daraus Möglichkeiten zur weiteren Verbesserung der Spann-, Schrägseil- und Ankersysteme wie auch zur Überwachung der Arbeiten auf der Baustelle abgeleitet werden.

Beurteilungsbericht (Deutsch)

Das Projektteam war mit Fritz Hunkeler, Peter Matt und Ueli von Matt gut zusammengesetzt.

Der Bericht ist sehr umfassend, gut strukturiert und gut lesbar.

Die Beschreibung der Spann-, Schrägseil- und Ankersysteme, die aufgearbeiteten Schadenfälle sowie die erarbeiteten Zusammenhänge (Gefährdungsbilder) werden den interessierten Kreisen eine wertvolle Hilfe für deren tägliche Arbeit sein. Bereits der erste Bericht der Forschungsstelle fand grosse Beachtung in Fachkreisen.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Weiterer Forschungsbedarf

 

Obwohl laufend weitere Schäden auftreten und stetig neue Erkenntnisse anfallen, drängt sich eine direkte Fortsetzung des Projektes zurzeit nicht auf. Wünschenswert aber wäre, dass die Forschungsstelle die begonnene Dokumentation der Systeme und Schadenfälle übernehmen könnte. Hingegen wären die Bearbeitung der folgenden Themen zu empfehlen:

·        Anwendung von zerstörungsfreien Prüfmethoden zur Überwachung (Qualitätssicherung bei Neubauten und Langzeitüberwachung bei bestehenden Bauten) und zur Überprüfung von Spann- und Schrägseilsystemen

·        Risikobetrachtung von korrosionsgeschädigten Spanngliedern und Möglichkeiten der Instandsetzung von geschädigten Spanngliedern (inkl. Darstellung von nationalen und internationalen Beispielen).

Im Rahmen des Projektes wurden folgende Themen nicht bzw. nur am Rande behandelt (Abgrenzung):

·        Hängestangen (z.B. bei Zwischendecken in Tunnels)

·        Zugpfähle und vorgespannte Zug- oder Druckpfähle

·        ungespannte (schlaffe oder passive) Anker, oft Nägel genannt, deren Zugglieder nach heutiger Regelung nicht aus Spannstählen bestehen

·        vorgespannte Rohre

·        Spann-, Schrägseil- und Ankersysteme aus kohle- und glasfaserverstärktem Kunststoff (z.B. für Verstärkungen oder für Schrägseilbrücken).

Es sollte geprüft werden, welches dieser Themen im Rahmen eines neuen Forschungsprojektes bearbeitet werden sollte.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

·        Spannglieder, Schrägseile und Anker – Beschreibung der Systeme und Erkenntnisse aus Korrosionsschäden, Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und
Kommunikation, Bundesamt für Strassen, Bericht VSS Nr. 588, August 2005

·        Weitere Publikationen in Planung: z.B. Publikation fib-CH anlässlich des fib-Kongresses 2006 in Neapel

Referate an nationalen und internationalen Tagungen

Berichtsnummer (Deutsch)

588