Hier steht der Titel der Power Point Präsentation.

Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Massivbau 

VSVI Seminartag Brückenbau 05.03.2009 

Landesamt für r Straßenbau Stra enbau und Verkehr 

Mecklenburg-Vorpommern 

Mecklenburg Vorpommern 

Gefährdung älterer Spannbetonbrücken 

durch Spannungsrisskorrosion - 

Untersuchungen zum Gefährdungspotential 

Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach 

BOR Dipl.-Ing. Stefan Anker 

Dr.-Ing. Thomas Bösche 

Dr.-Ing. Torsten Hampel

Problemstellung 




• Seit der Einführung der Stahl- bzw. Spannbetonbau- 

weise gab es immer wieder Schadensfälle durch SpRK. 

• Vermehrtes Auftreten der SpRK im Hoch- und 

Brückenbau zwischen 1955 und 1965. Fast alle 

Schadensfälle entstanden vor, während bzw. 

unmittelbar nach dem Vorspannen von Bauteilen. 

Danach durch Änderungen der Normen scheinbare 

Problemlösung. 

• Ab den 80er Jahren erneut verstärktes Auftreten der 

SpRK vor allem im Hochbau mit z. T. schweren 

Schadensfällen 

05.03.2009 Curbach, Anker, Bösche, Hampel - VSVI Seminartag Brückenbau Folie 2 von 62

Bekannte Schadensfälle 

„Schwangere Auster“ in Berlin 

• Erbaut: 1956/57 von Hugh Stubbins 

• Einsturz: 21. Mai 1980, 1 Toter 

SpRK im Spannbetonrandbalken 

• Wiederaufbau: 1987 von H.-P. Störl 

[Foto: Addicks] 






Hallenbad in Uster/CH 

• Beginn des Betriebs: 1972 

• Einsturz: 09. Mai 1985 

• Ursache: transkristalline 

SpRK an den Abhängern der 

Sichtbetondecke infolge 

chloridhaltiger Luft 

[Foto: FH Deggendorf] 






Produktionshalle in Mannheim 

(Quelle: BASt / BAM / FMPA) 

• Träger gespannt: 1961 

• Einsturz: Himmelfahrt 1989 

• Ursache: wasserstoffinduzierte SpRK der 

Spanndrähte des Spannbetonbinders 









Innenkorrosion des Hüllrohres im 

oberen Spannglied 

Stärkste festgestellte 

Korrosionserscheinungen 

Bruch eines Drahtes des unteren 

Spanngliedes ca. 1,2 m neben dem 

Bruchquerschnitt des Trägers 



Darstellung des Binders 






Gebrochene Spannglieder 

Oberes Spannglied im Bruchbereich 




3,6 m vor Trägerende: unteres SG nicht verpresst 

3,6 m vor Trägerende: Schnittufer von 10 Drähten 

bewegte sich nicht (spannungslos) 



Mit Mörtel belegter Bruch 

(Bruchtyp M) 




Mit Rost belegter Bruch (Bruchtyp K) 


Abrissbauwerk 

Elsenbrücke Berlin (Quelle: BAM) 




Bauwerk mit Längs- und 

Quervorspannung aus 

SpSt 140/160 


Elsenbrücke Berlin 

Keine SpRK bei den Längsspanngliedern, 

jedoch Anzeichen für SpRK bei den Querspanngliedern 




Entnahme von 

Querspanngliedern 






Detektierter Anriss 

(Magnetpulververfahren) 

Metallographischer Schliff im 

Bereich eines detektierten Anrisses 



Rissbereich nach Zugversuch 





Was ist Spannungsrisskorrosion (SpRK)? 

DIN EN ISO 8044 (1999): 




• Spannungskorrosion ist ein Vorgang, bei dem Korrosion 

und Dehnung eines Metalls als Folge innerer oder 

aufgebrachter Zugspannungen auftreten. 

• Spannungsrisskorrosion ist Rissbildung als Folge von 

Spannungskorrosion. 

Oder: 

SpRK = chemische und/oder elektrochemische Korrosion 

Bedingung ist das gleichzeitige Einwirken von: 

– einer statischen Zugspannung 

– eines Korrosionsmittels. 





Einflussfaktoren für die Entstehung von SpRK 





Rissmechanismus Spannungsrisskorrosion 

Mögliche kathodische Reaktionen: 

- - 

O 2 + 2H2O + 4e 4 OH 

+ - 

2 H + 2e H2 

Elekrolyt 

Schutzschicht 

σ σ σ σ 

A 

Me + 

SpRK - auslösendes 

Anion 

Spannung 

e 

Me 

Metall 

- 

TK SpRK IK SpRK 





Zugversuche an Aluminiumproben (Quelle: BAM) 





Welche Materialien sind besonders gefährdet? 

Gefährdete Werkstoffgruppen: 

• Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) 

• einige Aluminium-Knetlegierungen 

• rost- und säurebeständige Stähle (teilweise) 

• martensitaushärtende Stähle 

• hochfeste Stähle (Anwendung im Spannbetonbau!) unter 

bestimmten Umständen → wasserstoffinduzierte SpRK 

• un- und niedriglegierte Stähle → SpRK durch Nitrate 


Arten der SpRK im Bauwesen 

Kritische chemische Zusammensetzung 




• Chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion 

(betrifft i. d. R. Schlaffstähle aus Edelstahl) 

• Wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion 

(betrifft vergütete Spannstähle mit bestimmter chemischer 

Zusammensetzung) 

• relativ hoher Kohlenstoffanteil 

• relativ niedriger Chromgehalt 

• bestimmtes Mangan-Silizium-Verhältnis 

• ovale Querschnitte sind stärker gefährdet als runde 


Welche Stahlsorten sind gefährdet? 

Alte Bundesländer (bis einschl. 1965) 

vergüteter Spannstahl St 145/160 der Firmen: 

– Felten & Guilleaume, Neptun N40 




– Hütten- und Bergwerke Rheinhausen AG, Sigma Oval 

(Beide Firmen verwendeten ähnliche Zusammensetzung bei 

unterschiedlichen Vergütungsarten.) 

Neue Bundesländer (bis einschl. 1983) 

ölschussvergüteter Spannstahl St 140/160 aus dem 

VEB Stahl- und Walzwerk „Wilhelm Florin“ Hennigsdorf 


Wie lange dauert die SpRK? 




Die Zeit bis zum vollständigen Durchreißen des Bauteils, also 

bis zum Versagen, kann zwischen Minuten und mehreren 

Jahrzehnten liegen. 

Gefahr durch SpRK im Bauwesen 

– SpRK von außen schwer feststellbar 

– i. A. keine sichtbaren Korrosionsprodukte 

– Trennung i. d. R. verformungsarm 

– kann zu schlagartigem Versagen von Spannbetonbauteilen 

führen 


Begünstigende Umstände für SpRK 

• unvollständig verpresstes Hüllrohr 

• längere Verweilzeiten (unverpresst) 




Begünstigende Umstände für das Auftreten von SpRK bei 

Vorspannung im nachträglichen Verbund: 

• unsachgemäße Behandlung des SpSt (Kerbung) während 

Transport, Lagerung oder Einbau 

• zu geringe Betondeckung oder Betondeckung von minderer 

Qualität mit Korrosion des SpSt nach Karbonatisierung oder 

Chlorideinwirkung 





Ergebnisse der Forschung im Auftrag des BMV 

(1)Bauwerke, die aus gefährdeten Spannstählen hergestellt 

wurden, bedürfen einer besonderen Prüfung. 

(2)Nur einzelne Chargen des gefährdeten Spannstahls weisen 

Neigung zur SpRK auf. 

(3)Unter Beachtung der Empfehlung des BMV Ausschluss der 

Risiken bzgl. der Standsicherheit. 

(4)Es gibt derzeit keine Anhaltspunkte für weitere 

Spannstahlsorten, die betroffen sein könnten. Beim Abbruch von 

Bauwerken sollten jedoch diesbezüglich Untersuchungen 

durchgeführt werden. 


Ziel der Untersuchungen zur SpRK 




Hauptziel ist langfristig die Beseitigung des Gefährdungspotentials 

– vollständiger Ausschluss einer Gefährdung für das Bauwerk 

(z. B. ausführliche Untersuchungen, Materialtests) 

– sofortiger Ersatzneubau (falls SpRK schon nachweisbar) 

– verzögerter/geplanter Ersatzneubau mit vorheriger ständiger 

Beobachtungsphase (bei Erfüllung der entsprechenden 

Kriterien dafür) 

Sämtliche anstehende Sanierungsmaßnahmen sind immer vor 

diesem Hintergrund zu sehen. 


Philosophie der Untersuchung der SpRK 




• Das Ziel ist es festzustellen, ob ein Versagen mit oder ohne 

Vorankündigung geschehen wird. 

• Deutliche Risse und Verformungen als Kriterium für Ankündigung 

des Tragwerkversagens. 

• Innerhalb der Abschätzung des Gefährdungspotentials werden 

durchgeführt: 

– analytische Untersuchungen, 

– Bauwerksprüfungen, 

– Entnahme von Spannstahlproben und deren Prüfung, 

– Verstärkungsmaßnahmen, veränderte 

Verkehrslasteinstufungen. 


Ablauf der analytischen Abschätzung des 

Gefährdungspotentials 





Faktoren, die die Ergebnisse beeinflussen 




• Berücksichtigung von Umlagerungsmöglichkeiten in Längsund/oder 

Querrichtung 

• Berücksichtigung des Einflusses der Querkraft 

• Reduzierung der anzusetzenden Volllast durch Einstufung in eine 

niedrigere Brückenklasse (Führt das zu einer Reduzierung der 

häufigen Last, muss dieser Umstand berücksichtigt werden.) 

• Die Auswirkung spezieller Lastfälle wie z.B. Temperatur oder 

Stützensenkung sollte nur in besonderen, begründeten Fällen 

herangezogen werden. 


Weitere Faktoren mit Einfluss auf die 

Standsicherheit 




Bei Überprüfung der Gefährdung durch SpRK ist die 

Mituntersuchung standsicherheitsrelevanter Faktoren ratsam: 

• Nachweis der Querkrafttragfähigkeit (Mindestbewehrung) 

• Nachweis der Einwirkungen von Fahrzeugen auf Geh- und 

Radwegen 

• Fahrzeuganprall auf Schrammborde, Schutzeinrichtungen oder 

tragende Bauteile 

• Untersuchung von Anpralllasten bei unterführten Verkehrswegen 


Festlegung der Untersuchungsreihenfolge 

Einteilung der Brückenbauwerke: 





Klasse I: Gefährdete Systeme 




• Statisches System bestimmt – unbestimmt (aufgelöste Bauteile) 

• Auffälligkeiten am Bauwerk 


Klasse II: Bedingt gefährdete Systeme 




• Statisch bestimmte Systeme mit Umlagerungsmöglichkeit 

in Querrichtung 

• Statisch unbestimmte Systeme ohne aufgelöste 

Bauteile 

• Flächentragwerke 





Prioritätenliste bzw. Bauwerksnote (BW-N) 

nach TU Dresden 

BW - N = N Herst + N UQ + N UL + 1/N Z 

N Herst : Note Herstellungsverfahren 

0,0 für Ortbeton 

0,5 für Fertigteile 

N UQ/UL : Note Umlagerungsvermögen Quer/Längs 

Quer: 1,0 für Platten + FT BT „B“ u. BT 700 V 

0,5 für Balkenreihen 

0,0 für PB mit < 3 Stegen 

Längs: 1,0 Bauwerke mit Umlagerungsmöglichkeit 

0,0 Bauwerke ohne Umlagerungsmöglichkeit 

1/N Z : 1/Zustandsnote besser 1/Substanznote 

Je kleiner die BW-Note je größer die Gefährdung! 


Inhalt der statischen Analyse 

Risse können nur entstehen, wenn in der Zugzone die 

Betonzugfestigkeit erreicht oder überschritten wird. 




• Sukzessiver Ausfall des Spannstahls unter häufigen 

Lasten, bis die Zugfestigkeit erreicht ist. Verbleibende 

Spannstahlfläche ist die Restspannstahlfläche. 

Bestimmung der Tragfähigkeit 

• Bestimmung der Restsicherheit zum Zeitpunkt der 

Rissbildung bei Volllast 

Verbesserung/Beeinflussung der Ergebnisse 

• Umlagerungsmöglichkeiten, Einfluss der Querkraft, 

Reduzierung der Volllast, … 





Modell der stat. Rechnung / Randbedingungen 

Die Schädigung tritt konzentriert in einem Schnitt auf, alle anderen 

Bauwerksbereiche sind ungeschädigt. 

Welche Lastfälle werden betrachtet: 

• Eigenlasten, Verkehrslasten 

verminderte Temperatur (50 %), keine Stützensenkung 

Nach welcher Norm wird gerechnet: 

• nach der zum Zeitpunkt der Herstellung des Bauwerks gültigen 

Norm 

• bei ausschließlicher Betrachtung der SpRK und Verwendung der 

Anpassungsfaktoren für die Lastbild, ist DIN-FB ebenfalls 

möglich 



< f ct 

unbelastet 

nur Vorspannung wirkt 




Druck 

Zug 

Spannglieder 



Gebrauchslast-Zustand 

alle Spannglieder intakt 

Querschnitt i. d. R. überdrückt 




Druck 

Zug 



f ct 


sukzessiver Ausfall der Spannglieder 

bis Zugfestigkeit am Rand erreicht 




Druck 

Zug 

Restspannstahlfläche 



Rissbildung 


Zugfestigkeit überschritten 




Druck 

Zug 


Im Anschluss Nachweis der Bruchsicherheit unter Verwendung der vorher ermittelten 






Momentennullpunkte und Erreichen der Zugfestigkeiten 

resultierende Momentenlinie 

Problemstellen 

•zum Erreichen der Betonzugfestigkeit 

ist Biegung erforderlich 

•Momentennullpunkte = 

Verformungsnullpunkte 

•Häufig vollständiger Ausfall des 

Spannstahls für Rissbildung 

erforderlich 

•Sicherheit dann ausschließlich 

durch Schlaffstahl gewährleistet 

Mögliche Lösungen: 

•Berücksichtigung der Temperatur 

•Schnittgrößenumlagerung 


Thema Schnittgrößenumlagerung 




Rissbildung an Stütze, dadurch 

Steifigkeitsverlust an dieser 

Stelle 

Momentenumlagerung und 

dadurch Verschiebung des 

Momentennullpunktes 





Mehrere Spanngliedlagen, in der Nähe des 

Momentennullpunktes 

oben Zug unten Zug 

SG Ausfall von oben 

SG Ausfall von unten 

Üblich: Reduzierung mehrerer 

Spanngliedlagen auf einen 

Spannstrang, dadurch u.U. 

Abweichungen vom realen 

Verhalten. 


Problem Rissbildung an den Stützstellen 

Längsvorspannung Längsschnitt A-A: 

Querschnitt: fct A 

A 

Bitumen gleicht Riss in 

Fahrbahnplatte aus 

nicht sichtbarer 

Riss oben in der 

Fahrbahnplatte 

Ansicht Steg 

Betonfahrbahn ist 

EVENTUELL ebenfalls gerissen 

Riss oben in der 

Fahrbahnplatte 




Quervorspannung, Schnitt A-A: Längsschnitt B-B: 

05.03.2009 Curbach, Anker, Bösche, Hampel - VSVI Seminartag Brückenbau Folie 42 von 62 

B 

B 

f ct 

A 

A 

Ansicht Steg




Ergebnis der statischen Analyse 

Einziges Ergebnis der statischen Analyse ist die Aussage: 

Das Bauwerk versagt bei vorliegender Spannungsrisskorrosion 

MIT oder OHNE Vorankündigung. 

• D. h. gibt es bei vorhandener SpRK Risse, die sichtbar sind? 

� Wenn Risse rechnerisch vorhanden sein müssten, müssen die 

Bauwerke jährlich überprüft werden, ob sich diese Risse 

zeigen. 

� Liegt keine Ankündigung vor, muss durch Materialuntersuchungen 

SpRK ausgeschlossen werden oder es erfolgt eine 

Verkehrslastreduzierung oder eine Verstärkungsmaßnahme. 

Die statische Analyse ist NICHT in der Lage, Gefährdung 

infolge Spannungsrisskorrosion zu beseitigen! 


Problem Verstärkung 




Die Verstärkung muss entweder so ausgelegt sein, dass ein 

Ankündigungsverhalten gegeben ist oder sie wird so ausgelegt, 

dass sie die komplette Tragfähigkeit ALLEIN sichert. 

Grenzen des Verfahrens 

• Sichtbare Risse auf Fahrbahnoberseite problematisch 

• Bauwerke mit rissüberbrückender Beschichtung nicht 

nachweisbar, da nicht kontrollierbar 


Maßnahmen der SBV-MV 

1. Analyse des Brückenbestandes 

- Ermittlung von ca. 145 Bauwerken 

- Einteilung der Bauwerke in Gruppen 

- Auswahl von 20 repräsentativen Bauwerken 

2. Ermittlung des Gefährdungspotentials 

- Statische Analyse der 20 Bauwerke 

- Ableitung von Aussagen für den Gesamtbestand 




3. Erarbeitung eines nach Prioritäten gestaffelten Bauprogramms 

- Prioritätenliste entsprechend der Dringlichkeit 





Untersuchung des Anteils von SpRK-gefährdeten 

Brücken bzgl. der Tragfähigkeit (Stand 06/2005) 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

2 

Verteilung nach Tragfähigkeit 

4 

70 

16/16 30 30/30 60 60/30 


1 

68




Untersuchung des Anteils von 

spannungsrisskorrosionsgefährdeten Brücken 

in MV (Stand 06/2005) 

624 

145 

327 

Brücken mit der Vermutung der SpRK 

Brücken mit Vorspannung nach 1982 

Sonstige Brücken 


Ablauf der Untersuchungen zur SpRK 

Analyse des Bestandes 

Abgleich mit Datenbank 

Feststellung des Spannstahls 

Zuordnung zu Risikoklassen 

Ermittlung des Gefährdungspotentials 

Statische Untersuchung 

Beprobung 

Untersuchung am Abriss 




Programm zur Beseitigung 

Priorisierung 

Bauprogrammplanung 





Einteilung der repräsentativen Bauwerke in 

Gruppen 

• Balkenreihentragwerke aus Spannbetonfertigteilen, 

Typ BTB 


Typ BT 50/70/500/700 – Einfeldbauwerke 


Typ BT 50/70/500/700 – Mehrfeldbauwerke 


Typ BT 500V/700V 

• Ortbetonbauwerke, mit und ohne Hohlkörpern 

• Sonderbauwerke 


Zusätzliche Untersuchungen 

Bei den Bauwerken wurden zusätzlich untersucht : 

• die Querkrafttragfähigkeit, 




• Einwirkungen durch Fahrzeuge auf Geh- und Radwegen, 

• Einwirkungen durch Fahrzeuganprall auf Schrammborde, 

• Einwirkungen durch Anprall auf Schutzeinrichtungen oder 

tragende Bauteile, 

• Anprall-Lasten aus Fahrzeugen unter dem Bauwerk. 





Ergebnisse der zusätzlichen Untersuchungen 

• Aus den zusätzlichen Untersuchungen ergibt sich (in M-V) kein 

übermäßig akuter Handlungsbedarf. 

• Für einzelne Bauwerke sind für bestimmte Lastfälle 

Tragsicherheitsgefährdungen gegeben. 

• Diese gehen bei den untersuchten Bauwerken mit einem 

gleichzeitigen hohen Risiko gegenüber SpRK einher. 


Zusammenfassung der Ergebnisse der 

statischen Analyse 




Von 17 in der ersten Phase statisch untersuchten Bauwerken 

sind gegenüber SpRK: 

• 9 mit geringem Risiko, welches durch verdichtete 

Inspektion kontrolliert werden kann, 

• 8 mit hohem Risiko, welches nur durch kurzfristige 

Materialuntersuchung eliminiert werden kann. 


Schlussfolgerungen 




• Die Einteilung der Brücken mittels Bauwerksnote hat sich 

bewährt und spiegelt die tatsächliche Risikohöhe wider. 

• Die am meisten gefährdeten Bauwerke sind bereits in der 

ersten Phase bearbeitet worden. 

• Im verbleibenden Bestand waren jedoch weitere gefährdete 

Bauwerke, wobei für die Mehrheit von einem niedrigeren 

Risiko ausgegangen werden kann. 

• Die Übertragbarkeit der statischen Ergebnisse auf die 

verbleibenden Bauwerke war in Verbindung mit einzelnen 

punktuellen Ergänzungen möglich. 





Beispiel einer SpRK-Prüfung – Abrissbauwerk 






Beispiele für markierte Entnahmestellen (HT C-D, RT C-D) an den 

Überbaufertigteilen 






Sägearbeiten an den Großproben 






Einzelproben nach dem Heraustrennen aus den Großproben 






Darstellung der Betonstruktur und der Körnungsverteilung der Zementmatrix in 

den Hauptträgern Feld C-D (links) und D-E (rechts) 






Probeentnahme durch Kernbohrung für die Bestimmung der Druckfestigkeit und 

der Rohdichte 






Freigelegtes Spannglied mit angerostetem Hüllrohr 






Rissdetektion mittels 

Fluoreszenzanalyse 

Rissdetektion mittels 

Magnetpulververfahrens 






Zugversuch an Stahlproben 






Ermittelte Spannungs-Dehnungs- 

Linien 

Kennwerte 

Maßeinheit 

E-Modul N/mm² 

Streckgrenze 

R p0,2 

Zugfestigkeit R m 

N/mm² 

N/mm² 

Dehnung ε % 

Einzelwerte 

182.800 

bis 203.000 

1268 

bis 1326 

1378 

bis 1455 

6,4 

bis 7,2 

Mittelwert 


TGL 

6477 

190.200 210.000 

1296 1400 

1419 1600 

6,8 6





• keine Hinweise auf SpRK erkennbar 

• Betondruckfestigkeit deutlich oberhalb projektierter Festigkeit: 

projektiert B 450 – ermittelt C 80/95 

• keinerlei Rissbildungen an den Spannstählen St 140/160, 

50 mm², Materialkennwerte entsprechend Einbaunorm 

TGL 6477 

• Umhüllung der Spannstähle bzw. die Auspressung der Hüllrohre 

der BSG 100 mit Verpressmörtel war einwandfrei 

• Der Mörtel war hochalkalisch mit niedrigen Chloridgehalten. 


Danksagung 




Wir danken dem Arbeitskreis Spannungsrisskorrosion in Mecklenburg-Vorpommern für 

die freundliche Unterstützung. 

Insbesondere (alphabetisch): 

• Herr Baumgarten 

(Straßenbauamt Neustrelitz) 

• Herr Freitag 

(Straßenbauamt Stralsund) 

• Herr Fritsche 

(Straßenbauamt Schwerin, Autobahn) 

• Herr Rehm 

(Straßenbauamt Schwerin) 

• Frau Sommerfeld 

(Landesamt Straßenbau und Verkehr, MV, Rostock) 

• Herr Wiedewald 

(Straßenbauamt Güstrow) 

Sowie den Ingenieurbüros Otte, Koldrack und Wurm für die ausgezeichnete 

Zusammenarbeit bei der Anfertigung der statischen Analysen.

Hier steht der Titel der Power Point Präsentation.

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