Viele Gebäude, die vor modernen seismischen Normen errichtet wurden, weisen dieselben Schwächen auf: Stützen mit zu wenig Querbewehrung, kurze Übergreifungen, schwache Balken-Stützen-Knoten und Wände, die keine Scheibenschubkräfte aufnehmen können. Bei einem Erdbeben versagen diese Details spröde. Die Verstärkung mit Carbonfaser zielt genau auf diese Probleme ab und verleiht Festigkeit und – ebenso wichtig – Duktilität, die Fähigkeit, sich zu verformen, ohne einzustürzen.
Umschnürung von Stützen
Die häufigste seismische Anwendung von CFK ist das Umwickeln von Stützen. Eine Fasergelegehülle, bei der die Fasern um die Stütze herum verlaufen, versetzt den Beton in einen Zustand der Umschnürung. Umschnürter Beton kann erheblich höhere Dehnungen ertragen, bevor er zerdrückt wird, was sowohl die Tragfähigkeit als auch – entscheidend – die Fähigkeit der Stütze erhöht, Energie durch wiederholte Lastzyklen aufzunehmen. Eine dünne Carbonumhüllung kann eine Umschnürung bieten, die mit einer massiven Stahlhülle vergleichbar ist, dabei nahezu keine Abmessungen und kein Korrosionsrisiko hinzufügt.
Übergreifungs- und Schubnachbesserungen
Ältere Stützen haben oft Bewehrungsübergreifungen, die zu kurz sind und sich im plastischen Gelenkbereich befinden. Eine umlaufende Umhüllung klemmt die Übergreifung und verhindert das Abgleiten der Stäbe. Dieselbe Umhüllung bietet eine Schubverstärkung und verhindert die diagonalen Schubbrüche, die bei einem Beben zu den gefährlichsten gehören, da sie plötzlich und mit wenig Vorwarnung auftreten.
Wände, Balken und Knoten
Neben Stützen verstärkt CFK-Gelege unbewehrte Mauerwerks- und Betonschubwände gegen Scheiben- und Plattenkräfte, verstärkt Koppelbalken und wird in detaillierten Systemen um Balken-Stützen-Knoten herum eingesetzt. Da das Material dünn und verklebt ist, kann es oft hinter Oberflächen versteckt werden, während das Gebäude teilweise in Nutzung bleibt – ein großer Vorteil gegenüber einer Ertüchtigung mit Stahlmanschetten oder zusätzlichen Schubwänden.
Bemessungshinweise
Die seismische Ertüchtigung ist leistungsbasiert und anspruchsvoll. Die Verstärkung muss mit dem Gesamtverhalten des Bauwerks kompatibel sein: Eine Festigkeitserhöhung an der falschen Stelle kann das Versagen auf einen spröderen Mechanismus verlagern, daher ist das Ziel in der Regel eine ausgewogene Steigerung von Festigkeit und Duktilität. Die Verankerung des CFK ist entscheidend – Umhüllungen und Lamellen müssen so detailliert werden, dass sie sich unter zyklischer Belastung an ihren Enden nicht ablösen. Anschlüsse, Deckenscheiben und Fundamente müssen als Teil des Gesamtsystems überprüft werden. Diese Arbeit gehört in die Hände eines qualifizierten Tragwerksplaners, der die geltende seismische Norm und CFK-Richtlinien wie ACI 440.2R befolgt.
Richtig ausgeführt, ist die Umschnürung mit Carbonfaser eine der effektivsten und am wenigsten störenden Methoden, um ein älteres Betonbauwerk auf den neuesten Stand der seismischen Sicherheit zu bringen.