Belastungsversuche zur Ermittlung von Traglastreserven

(Experimentelle Tragsicherheitsbewertung)
 
Oftmals steht das Problem, dass bei Umbauten oder Sanierungen festgestellt wird, dass die neu anzusetzenden Lasten (z.B. für eine Umnutzung) die ursprünglichen Lasten deutlich überschreiten. Dies kann dazu führen, dass die errechneten Schnittgrößen nicht mehr 100%ig abgedeckt sind oder, dass die Durchbiegungen (Gebrauchstauglichkeit!) relativ groß werden können. Somit ist die Tragfähigkeit der Konstruktion rechnerisch nicht nachweisbar. In Folge dessen werden die Bauteile entweder verstärkt oder komplett zurückgebaut und durch neue ersetzt. Diese Vorgehensweise ist sehr zeit- und kostenintensiv. Eine Probebelastung kann diese Umbaumaßnahmen überflüssig machen, indem experimentell die Tragfähigkeit der Konstruktion nachgewiesen wird.


Mehr über Probebelastungen

Mehr über Probebelastungen

Mehr über Probebelastungen

Das Team der MFPA Leipzig GmbH hat in den vergangenen Jahren zahlreiche Erfahrungen bei Probebelastungen sammeln können. Die Kombination aus theoretischem Wissen und praktischer Erfahrung ist auf diesem Gebiet fast unschlagbar. Dennoch ist jeder Versuch eine neue Herausforderung für unser Team.


Der Versuch bietet gegenüber dem verwendeten Rechenmodell den Vorteil, dass er keine Idealisierungen hinsichtlich Struktur und Material kennt. Das Materialmodell hat außerdem den Vorzug, dass räumliche Lastabtragung und die reale Materialfestigkeit angesprochen werden. Mitwirkende Fußbodenaufbauten oder die geringe Zugfestigkeit werden bei einer Berechnung ebenfalls nicht berücksichtigt. Bei einer Probebelastung werden sie als Tragreserven aufgedeckt.


Der größte Vorteil einer Probebelastung ist neben dem Kostenfaktor die Zeit. Nach einer gewissen Vorbereitungsphase werden zeitnah die Versuche durchgeführt. Das Ergebnis der Probebelastung steht unmittelbar nach den Versuchen fest und gibt Auftraggebern und Planern die Sicherheit mit der vorhandenen Konstruktion die zukünftigen Aufgaben abdecken zu können.


Eine Probebelastung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren und wird gemäß der Richtlinie „Belastungsversuche an Betonbauwerken“ des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAStb) durchgeführt. Demnach werden für die neu anzusetzenden Lasten die Versuchsziellasten ermittelt, indem die Lastanteile mit den vorgegebenen Sicherheitsbeiwerten multipliziert werden. In mindestens 4 Laststufen werden die Lasten aufgebracht. Die Reaktionen des Bauteils werden dabei online gemessen, dargestellt und bewertet. Das Lastverformungsverhalten hat dabei den angegebenen Verformungskriterien der oben erwähnten DAfStb-Richtlinie zu genügen. Durch diese Kriterien werden Schädigungen des Versuchsobjektes vermieden und die beabsichtigte Nutzung gewährleistet.


Mit einem Belastungsfahrzeug können auch Brücken bis zu einer Spannweite von 18 m geprüft, und somit der experimentelle Nachweis der ausreichenden Tragsicherheit z.B. vorgeschädigter Brücken erbracht werden.


Durch die Online-Darstellung der Belastungskräfte und der resultierenden Verformungen ist bereits unmittelbar nach der jeweiligen Probebelastung eine Aussage über die Tragfähigkeit des geprüften Bauteils möglich!


Unsere Leistungen

Unsere Leistungen

Unsere Leistungen

  • Ortsbesichtigung sowie die Erstellung eines unverbindlichen Angebots mit Festpreis
  • Alle notwendigen materialtechnischen Voruntersuchungen (Bohrkerne, Bewehrungssuche, Bewehrungskennwerte u.s.w.)
  • Sichtung der Unterlagen, Berechnungen der Ziel- und Grenzlasten für die zerstörungsfreien Belastungsprüfungen, Berechnungen und Konzeption zur Einleitung der Reaktionslasten in das Bauwerk
  • Formulierung von Abbruchbedingungen zum Schutz der bestehenden Bauteile und deren Abstimmung mit dem Prüfstatiker/ der bauaufsichtsführenden Behörde.
  • Versuchsvorbereitungen (Konfiguration Messstand, Anpassung Belastungsrahmen, Auswahl und Konfiguration der hydraulischen Belastungstechnik).
  • Aufbau und Einrichtung der Mess- und Versuchsstände vor Ort, Applikation der Verankerungen.
  • Durchführung von Probebelastungen inkl. Kraft- und Verformungsmessungen mit Online-Darstellung, kontinuierliche Datenerfassung und –aufzeichnung.
  • Erstellung eines Untersuchungsberichtes mit graphischer Darstellung und Auswertung der Versuchsergebnisse, Fotodokumentation
  • Aussage über die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf benachbarte Bauteile

Referenzen

Referenzen

Referenzen

Die Arbeitsgruppe Experimentelle Baumechanik der MFPA Leipzig GmbH hat in den letzten Jahren zahlreiche Probebelastungen durchgeführt. Einige Projekte sollen hier kurz vorgestellt werden.


Beherbergungsstätte Bad Aibling

  • Objekttyp: Unterkunftsgebäude einer ehemaligen Kaserne
  • geprüftes Bauteil: mehrere Geschossdecken
  • Anlass: Umnutzung

Die Umnutzung von Unterkunftsgebäuden der ehemaligen Kaserne in einen Beherbergungsbetrieb machte es erforderlich, die anzusetzenden Verkehrslasten der vorhandenen Verbunddecken zu erhöhen. Diese Lasten konnten rechnerisch nicht nachgewiesen werden. Daher wurden Belastungsversuche an den Geschossdecken durchgeführt.


Schwimmhalle Dresden

  • Objekttyp: öffentliches Gebäude
  • geprüftes Bauteil: Hängedach
  • Anlass: Gewährung der Nutzungssicherheit für 30 Jahre

Die Schwimmhalle soll nach 40 Jahren Nutzung für weitere 30 Jahre zur Verfügung stehen. Dazu soll sie auf den entsprechenden technischen Stand gebracht werden. Das setzt voraus, dass die Konstruktion der Halle eine ausreichend dauerhafte und sichere Nutzung zulässt. 


Ab Oberkante Fußboden besteht die Halle durchweg aus Fertigteilen. Die wesentlichen Tragelemente sind die vorgespannte Seilhängeschale, die Randträger, die Stützböcke und die Fundamente. Verbunden bilden sie ein Tragsystem, dessen Wirksamkeit auch entscheindend von Art und Zustand der Bindungselemente abhängt.


Um eventuelle Schäden und Mängel an den Bindungselementen festzustellen wurden Belastungsversuche der Dachkonstruktion durchgeführt. Da die Dachkonstruktion eine gekrümmte Form aufweist, konnten die Lasten nicht auf herkömmliche Weise erzeugt werden. Hier wurden speziell angefertigte Wasserschläuche befüllt, die sich der Form des Daches anpassen. Dies stellte an unser Team eine große Herausforderung dar, die hervorragend gelöst wurde.


Gymnasium Bad-Neustadt

  • Objekttyp: Schule
  • geprüftes Beuteil: Geschossdecken
  • Anlass: Aktualisierung der Belastung nach DIN 1055-3:2006

Die Decken des Gymnasiums sind so genannte Monoferdecken. Diese Spannbeton-Montagedecken bestehen aus einem Spannbeton-Untergurt und einem T-förmigen Stahlbeton-Gurt-Flansch-System mit Druckbetonschicht. Beide Teile werden mit Gitterträgern ähnlich einer Filigrandecke miteinander verbunden. Die Hohlsteine dienen dabei als Schalung.


Laut Zulassung des Deckensystems beträgt die Ortbetonschicht 4cm. Die Überprüfung des Betons ergab eine Festigkeitsklasse C16/20. Diese ist für Spannbeton nicht akzeptabel. Zusätzlich sollte die Belastung der neuen DIN 1055 Teil 3 von Ausgabe 2006 angepasst werden. Aus diesen Gründen musste die Tragfähigkeit der Spannbetondecken überprüft werden.


Industriebau Wernigerode

  • Objekttyp: Industriehalle
  • geprüftes Bauteil: Decke Kellergeschoss (Baujahr ~1938)
  • Anlass: Schäden an der Tragkonstruktion

Die Halle II der VEM motors GmbH Wernigerode soll zwecks neuer Nutzung saniert werden. Sie stand seit Anfang der 90-er Jahre leer und war seitdem den klimatischen Bedingungen weitgehend ungeschützt ausgesetzt. 


Für die weitere Nutzung interessiert vor allem die Tragfähigkeit der Kellerdecke. Da Konstruktionsunterlagen von dem monolithisch erstellten Stahlbatonbau (Baujahr ~1938) nicht vorhanden sind, wurden eine Reihe von Bewehrungsfreilegungen vorgenommen, um deren Führung und Querschnitte zu erhalten. Auf dieser Grundlage konnten Nachrechnungen angestrengt werden, die aber nur für augenscheinlich gesunde Bereiche der Kellerdecke gelten.


Da auch in diesen Bereichen die Umsetztiefe bis über die äußerem Bewehrungslagen in den Beton reicht, muss betonseitig mit Festigkeitsverlusten und stahlseitig mit Rostbefall gerechnet werden, so dass auch Verbundstörungen auftreten können. Rechnerisch lassen sich derartige Schädigungen nicht erfassen, so dass auf eine experimentelle Tragsicherheitsbewertung orientiert wurde. 


Ehemalige Kaserne Würzburg

  • Objekttyp: öffentliches Gebäude
  • geprüfte Bauteile: mehrere Geschossdecken
  • Anlass: Umnutzung

Acht ehemals durch die US-Army zu Wohnzwecken genutzte 4-stöckige Gebäude der Leighton-Kaserne in Würzburg sollen zukünftig als Büro-, Seminar- und Vorlesungsräume der Universität umgenutzt werden. Das bedeutet in der Regel höhere Lasten für die Decken und Wände. Aus der Bauzeit (in den 50-iger Jahren des vorigen Jahrhunderts) liegen keine statisch-konstruktiven Unterlagen mehr vor, so dass zum einen das Tragsystem und sein Zustand sorgfältig erkundet wurde und eine Nachrechnung erfolgte.


Ausgiebige Zustandsuntersuchungen ergaben, dass die Decken einachsig gespannte, über die Mittelwand durchlaufende Stahlbetonrippenplatten mit Lochziegeln und Massivbetonstreifen in den Auflagerbereichen der Mittelwand sind. Die Nachrechnung zeigte, dass die Überschreitung des vorhandenen Querschnitts bei weniger als 20% lag.


Demnach hat eine experimentelle Tragsicherheitsbewertung durchaus eine Chance, bei Nutzung eventuell vorhandener Tragreserven am realen Modell, dass heißt der Hauptausführung, gegenüber dem Rechenmodell erfolgreich zu sein. Im Besonderen werden bei einem Versuch die tatsächlich vorhandene Steifigkeit des Tragsystems, der Lastabtrag in Querrichtung, das heißt Plattenwirkung und Einspannung in den Auflagerbereichen mit erfasst. Das ist rechnerisch nicht ohne weiteres machbar.


Grundschule "Neues Schloss" Neustadt a.d. Aisch

  • Objekttyp: Schule
  • geprüfte Bauteile: mehrere Geschossdecken
  • Anlass: Aktualisierung der Belastung nach DIN 1055-3:2006

Das seit etwa 100 Jahren bestehende Gebäude wird derzeit als Grundschule genutzt und soll saniert werden. Aus diesem Grund müssen die Lasten der neuen DIN 1055 von 2006 angepasst werden. Die Tragfähigkeit der Decken war mit den neuen Lasten nicht mehr gegeben.


Zusätzlich sind Schäden an der Baukonstruktion aus Temperaturbeanspruchung bekannt, die in statischen Nachweisen nicht berücksichtigt werden können. Daher wurden insgesamt 4 Decken untersucht. Eine davon im Flurbereich mit der höchsten Belastung von 5 kN/m² und 3 Decken in Klassenzimmern mit jeweils 3 kN/m² und Spannweiten bis 7,00 m.  


König-Albert-Museum Chemnitz

  • Objekttyp: öffentliches Gebäude
  • geprüftes Bauteil: Decke über 1. Obergeschoss
  • Anlass: Umbaumaßnahmen

In den Räumen des 2. Obergeschosses sollen nach Umbaumaßnahmen Archive und eine Bilbiothek eingeräumt werden. Dass bedeutet, dass die betreffenden Decken einer Nutzlast von 5kN/m² standhalten müssen. 


Da ein rechnerischer Nachweis der Decken, es handelt sich um Koenensche Voutendecken, nicht machbar war, wurden Belastungsversuche konzipiert und durchgeführt. Nach entsprechenden Voruntersuchungen wurden die beiden Endfelder des offenbar über 2 Innenwände durchlaufenden Deckensystems ausgewählt. Es wurde mit ausreichend breiten Belastungsstreifen gearbeitet, um neben der maximalen Feldbelastung auch die Lastabtragung als Halbflächenlast in Querrichtung mit zu erfassen. Da ein Durchbohren der Decken nicht zugelassen  wurde, erfolgte die Ableitung der auftretenden Reaktionskräfte bei den Tests gegen die Wand-, Decken- und Dachlasten des Dachgeschosses.


Weinhold-Bau, Technische Universität Chemnitz

  • Objekttyp: Universität
  • geprüfte Bauteile: Fertigteil-Unterzüge
  • Anlass: Risse im Auflagerbereich der Unterzüge 

Die Auflagerung der 7,20 m langen Doppelriegel der 2,0 Mp-Bauweise fällt mit 140 mm auf den nur 300 mm breiten Stützen relativ klein aus. Toleranzen aus Fertigteilabmessungen und der Montage, nicht voll ausgefüllte Lagerfugen und beschädigte Säulenkanten am Lagerquerschnitt führen in zahlreichen Fällen zu noch geringeren Auflagertiefen. Dies führte zu zahlreichen Rissbildungen im Auflagerbereich.


Der MFPA Leipzig GmbH ist es gelungen durch Belastungsversuche an ausgewählten Untersuchungsstellen die Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der Riegel sicherzustellen. Ein Aufweiten der Risse konnte nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die angetroffenen Risse (mit Ausnahme der Abplatzungen an den Stirnseiten) nicht durch den ganzen Querschnitt verlaufen.


ehemaliges Kaufhaus Schocken Chemnitz

  • Objekttyp: Kaufhaus
  • geprüfte Bauteile: mehrere Geschossdecken und Unterzüge
  • Anlass: Lasterhöhung durch Umnutzung, schlecht verfüllte Rippen

Bei den Decken im ehemaligen Kaufhaus Schocken handelt es sich um durchlaufende Ackermanndecken mit Stützweiten von 6,60 m. Im Stützbereich der Decke wurden die Deckensteine durch Vollbeton ersetzt, so dass sich für die gevouteten Rahmenriegel ein Plattenbalkenquerschnitt ergibt. Die Konstruktion wurde seinerzeit bereits für eine Nutzlast von 5,0 kN/m² berechnet.


Das Gebäude soll nach der Sanierung als Museum dienen und soll für eine Nutzlast von 6,0 kN/m² nachgewiesen werden. Da die Rippen der Ackermanndecke nicht dicht verfüllt waren, sodass der Haftverbund gestört war, wurde auf Belastungsversuche orientiert, um Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der Konstruktion nachzuweisen.


Stadtbibliothek Leipzig

  • Objekttyp: Bibliothek, ehemaliges Museum
  • geprüfte Bauteile: mehrere Geschossdecken und Unterzüge
  • Anlass: Nachweise rechnerisch nicht möglich

Für einige Bereiche des ehemaliges Grassi-Musuems konnte rechnerisch kein Nachweis der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit für die Decken und Unterzüge erbracht werden. Daher wurde auf Belastungsversuche durch die MFPA Leipzig GmbH orientiert.


Die untersuchten Bereiche waren reine Stahlbetondecken, die auf Stahlbetonunterzügen mit Stützweiten bis 7,20 m auflagen. Durch ingesamt 16 Belastungsversuche konnten die erforderlichen Nachweise durch die MFPA Leipzig GmbH erbracht werden.


Oberfinanzdirektion Chemnitz

  • Objekttyp: Hofkellerdecke
  • geprüfte Bauteile: Decken und Unterzüge
  • Anlass: Befahrbarkeit für LKW bis 16 Tonnen

Die 20 cm starken Stahlbeton-Decken mit Stützweiten von 6,00 m wurden in den 60er Jahren nach damaliger Norm als Hofkellerdecke für LKW bis 7,5 t und Feuerwehrfahrzeuge LKW 15 bemessen. Nach 40-jähriger Nutzung wurden weitflächige Durchfeuchtungen der Rohdecke und des Aufbaus festgestellt, die befürchten ließen, dass die Deckenbewehrung durch Korrosion geschädigt und damit die Tragfähigkeit eingeschränkt ist. Daher wurde die Verkehrslast auf Fahrzeuge bis 2,5 t begrenzt.


Die Parkfläche und die Zufahrt zur Anlieferungsrampe sollen sicher genutzt und durch LKW bis 16 t befahren werden können. Um die eventuellen Einflüsse aus Durchfeuchtung erfassen zu können, wurden Belastungsversuche an den Decken und Unterzügen durchgeführt.


Bildungszentrum Lutherstadt Wittenberg

  • Objekttyp: öffentliches Gebäude
  • geprüfte Bauteile: mehrere Decken und Unterzüge
  • Anlass: Umnutzung (Einrichtung einer Bibliothek)

Das ehemals vorwiegend als Schule genutzte Gebäude an der Ecke Zimmermann – Falkstraße soll umgenutzt werden. Es soll künftig dem Netzwerk „Bildung und Kultur“ (u.a. mit Kreismedienstelle und Kreismusikschule) dienen.


Ein rechnerischer Nachweis der Decken und Unterzüge ist mit den heutigen Vorschriften und bautechnischen Vorgaben nicht möglich. Es fehlen z.B. Lastverteilungseisen in der Druckbetonschicht der Decken sowie Bügel in den Rippen und Unterzügen. Deshalb ist es zweckmäßig, die Nachweise für die Gebrauchstauglichkeit und Tragsicherheit auf experimentellem Weg zu erbringen. Dazu bieten sich Belastungsversuche nach der Richtlinie an.


Kurzreferenzliste

Kurzreferenzliste

Kurzreferenzliste

  • Mosenschule Plauen, 2003
  • Alte Feuerwache Plauen, 2004
  • Kindertagesstätte Coswig, 2005
  • Wohngebäude Österreichviertel Dessau, 2005
  • Gehörlosenschule Güstrow, 2006
  • Batschari-Palais Baden-Baden, 2007
  • Gut Gimritz Halle/S., 2007
  • Universität Leipzig, historische Geländerkonstruktion, 2007
  • Werkhalle St. Egidien, 2007
  • Landgericht Nürnberg, 2008
  • Beherbergungsstätte Bad Aiblingen, 2008
  • Schwimmhalle Dresden, 2008
  • Gymnasium Bad-Neustadt, 2008
  • Industriebau Wernigerode, 2008
  • Leighton-Kaserne Würzburg Haus 131, 2009
  • König-Albert-Museum Chemnitz, 2009
  • Grundschule "Neues Schloss" Neustadt a.d. Aisch, 2009
  • Leighton-Kaserne Würzburg Haus 129, 2009
  • Weinhold-Bau, Technische Universität Chemnitz, 2010
  • Kaufhaus Schocken, Chemnitz, 2010
  • Stadtbibliothek Leipzig, 2010
  • Oberfinanzdirektion Chemnitz, 2010
  • Bildungszentrum Lindenfeld Lutherstadt Wittenberg, 2010
  • Harvey Barracks im Richthofen Circle Kitzingen, 2010
  • Flaschenturm Berlin, 2011
  • Fabrikhalle mit Gabelstaplerverkehr und Ermüdungsnachweis Schweinfurt, 2011
  • "Rotes Haus" Universitätsklinik Leipzig, 2011
  • 2. Fabrikhalle mit Gabelstaplerverkehr und Ermüdungsnachweis Schweinfurt, 2011
  • Brücke über die BAB 38 im Zuge der B 180 nahe Querfurt, 2011
  • Realschule Regen, 2011
  • Mensagebäude Studentenwerk Leipzig, 2011
  • 3. Fabrikhalle mit Gabelstaplerverkehr und Ermüdungsnachweis Schweinfurt, 2011
  • historische Geländerkonstruktion Halle, 2011
  • Dachkonstruktion einer Fabrikhalle in Schweinfurt, 2011
  • Bestandsgeländer eines ehemaligen Kaufhauses in Chemnitz, 2011
  • ehemaliges Kasernengebäude in Bad Aibling, 2012
  • Absturzsicherheit von Lüftungskanälen in einer Fabrikhalle in Schweinfurt, 2012
  • ehemaliges Kasernengebäude in Friedrichshafen, 2012
  • Rathaus Dresden, 2012
  • Balkonbelastung, Merseburg, 2012
  • Dachbelastung mit Schneelastmonitoring in Plauen, 2012
  • Medienzentrum Mainz, 2013
  • Rathaus Dessau, 2013
  • Gustav-Esche-Brücke Leipzig, 2013
  • Schule in Bad Dürrenberg, 2013

Ansprechpartner

Arbeitsgruppenleiter
Dipl.-Ing. (FH)
Robert Herold
T +49 (0)341 6582-128
F +49 (0)341 6582-199