Die Erfindung betrifft ein Bauteil oder Bauwerk, das wenigstens teilweise eine Verbundstruktur mit einer Vielzahl von im wesentlichen zueinander parallel angeordneten Tragfasern und eine Binderkomponente aufweist, in der die Tragfasern mitein¬ ander schubfest verbunden eingebettet sind. Zum Erfindungs¬ gegenstand gehört auch ein entsprechendes Verbundbauelement und ein Herstellungsverfahren.

Verbundstrukturen der genannten Art finden breite Anwendung in verschiedensten Gebieten der Technik, insbesondere z.B. auch bei der Instandsetzung oder nachträglichen Verstärkung von ursprünglich ohne ein zusätzliches Verbundbauelement erstellten Bauteilen oder Bauwerken, vor allem bei solchen mit einem Stahlbeton-Grundkörper. In diesem Zusammenhang ist oft eine Einstellung oder Anpassung der Elastizitätseigen¬ schaften und der Festigkeitswerte erwünscht oder erforderlich, insbesondere auch unter Berücksichtigung der Eigenschaften von mit dem Verbundbauelement zusammenwirkenden Bauwerken und Anschlusselementen. Die hierfür in Betracht kommenden Fasern, vor allem Glas- und Carbonfasern, gegebenenfalls aber auch z.B. Borfasern sowie Fasern aus hochfesten polymeren Kunststoffen, sind zwar in einem grossen Bereich unterschiedlicher Modulwerte verfügbar, jedoch im allgemeinen nur mit grossen Lücken im Wertebereich und in Kombination mit anderen Materialparametern, vor allem der Zug-Bruchfestigkeit. Dies hat in der Praxis eine starke Einschränkung der Auswahl- und Anpassungsmöglichkeiten zur Folge.

ORIGINAL UNTERLAGEN

Ein verwandter Problemkreis betrifft die Verteilung der Beanspruchung unter Last in einem Bauteil oder Bauwerk mit unterschiedlichen Verbundstrukturen, insbesondere in einem Verbund zwischen einem Beton-Grundkörper, der seinerseits eine Stahlarmierung und damit eine eigene Verbundstruktur enthält, und einem mit diesem Grundkörper stoff- oder formschlüssig verbundenen Faser-Verbundbauelement. Auch in dieser Hinsicht besteht ein praktisches Fortschrittsbedürfnis.

Aufgabe der Erfindung ist daher zunächst die Schaffung einer Konstruktionsweise für Bauteile, Bauwerke oder Verbund¬ bauelemente sowie einer Gestaltung für ein Herstellungs¬ verfahren, mittels deren eine Einstellung und Anpassung der Elastizitäts- und Festigkeitseigenschaften erleichtert und verbessert werden kann, insbesondere auch im Hinblick auf einen hohen und gleichmässigen Ausnutzungsgrad der Tragfasern.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist bestimmt hin¬ sichtlich eines Bauteils oder Bauwerks oder Verbundbauelementes durch die Merkmale eines oder - in sinnvoller Kombination - gegebenenfalls mehrerer der selbständigen Ansprüche 1, 2, 12, 14 bis 16 bzw. 21 bis 23. Hinsichtlich des Herstellungs¬ verfahrens ist die erfindungsgemässe Aufgabenlösung bestimmt durch die Merkmale des Anspruchs 25 bzw. 27. Wesentliche Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfndung sind bestimmt durch die Merkmale der jeweils nachgeordneten Ansprüche.

Die Erfindungsmerkmale gemäss den genannten Ansprüchen und vorzugsweise deren Kombination mit den Merkmalen der nachgeord¬ neten Ansprüche ermöglichen einen weitgehend lückenlosen Einstellungsbereich für die Elastizitäts- und Festigkeits¬ eigenschaften sowie für die Spannungsverteilung im Bauteil oder Bauwerk bzw. im Verbundbauelement. Weiterhin wird erfindungs¬ gemäss der Weg in Richtung einer Optimierung des Ausnutzungs¬ grades sowie des Trag- und Verformungsverhaltens von Bauteilen,

Bauwerken oder Verbundbauelementen eröffnet. Insbesondere kann ferner das Verformungsverhalten in bruchnahen Belastungs- zuständen beeinflusst und gezielt verbessert werden.

Die Erfindungsmerkmale gemäss Anspruch 1 ermöglichen einen weitgehend lückenlosen Einstellungsbereich für die Anpassung zwischen den Elastizitätseigenschaften der verbundrelevanten Abschnitte des Grundkörpers einerseits und des Verbundbau¬ elementes andererseits. Dies findet Ausdruck in einem beider¬ seits zu definierenden Gesamt-Elastizitätsmodul, d.h. einem Mittelwert, der sich für den Grundkörper nach bekannten analytischen Verfahren aus dem jeweiligen Grundkörperquer¬ schnitt und für das Verbundbauelement aus der Summe der mit ihrem Faser-Querschnittsanteil gewichteten Elastizitätsmodule der verschiedenen Faserkomponenten ergibt. Konstruktiv bzw. herstellungstechnisch mit an sich bekannten Mitteln kontinuier¬ lich wählbare Parameter sind dabei die genannten Querschnitts¬ anteile. Um einen ausreichend angenähert homogenen bzw. nicht zu stark inhomogenen Gesamt-Querschnittsaufbau zu erreichen, sind die Fasern der Faserkomponenten im Querschnitt der Verbundstruktur wenigstens abschnittsweise in gegenseitiger Vermischung anzuordnen. Aus dem gleichen Grund sowie im Hinblick auf die Vermeidung einer untragbar geringen oder ungleichmässigen Ausnutzung von Querschnittsanteilen ist das Verhältnis der Komponenten-Querschnittsanteile gegen gewisse Extremwerte abzugrenzen. Diese Abgrenzung findet ihren Ausdruck in den gemäss Anspruch 1 definierten Grenzwerten des Quer¬ schnittsanteils der jeweils zugsteiferen bzw. der zugstei¬ festen Faserkomponente. Im Zuge einer Optimierung hinsichtlich Homogenität bzw. Querschnittsausnutzung ergeben sich in Weiter¬ bildung der Erfindung Mindestwerte für die Querschnittsanteile der jeweils zugsteiferen bzw. zugsteifesten Faserkomponente von 18% und vorzugsweise von 25%.

Zur Definition des Begriffs "Querschnittsanteil" sei angemerkt, dass dieser im vorliegenden Zusammenhang als auf eine Gesamt¬ querschnittsfläche bezogene Verhältnisgrösse zu verstehen ist.

Dabei kann diese Verhältnisgrösse grundsätzlich sowohl auf eine Gesamt-Faserquerschnittsfläche mehrerer oder aller Faser¬ komponenten als auch auf eine Gesamtquerschnittsfläche des Verbundbauelementes oder innerhalb desselben bezogen sein. In die letztgenannte Definition der Gesamtquerschnittsfläche gehen auch Teilflächen ein, die für die Zugelastizität des Verbund¬ bauelementes irrelevant oder vernachlässigbar sind, z.B. die auf die Binderkomponente entfallende und jedenfalls nicht für die Faserkomponenten massgebende Teilfläche. In die erst¬ genannte Definition gehen dagegen nur Massgrössen der Faser¬ komponenten selbst ein.

Nachdem sich der Gesamt-Elastizitätsmodul gemäss Vorstehendem für das Beispiel von zwei Faserkomponenten FK1, FK2 mit den Querschnittsanteilen AI, A2 und den Modulen El und E2 als EO = AI.El + A2.E2 ergibt, ist EO im erstgenannten Fall eine Elastizitätskenngrösse für die Kombination der gemeinsam verformten Faserkomponenten, im zweiten Fall dagegen eine solche für das Verbundbauelement mit seiner jeweiligen Gesamtquerschnittsgestaltung. Für EO ergeben sich in beiden Fällen grundsätzlich unterschiedliche Zahlenwerte, nämlich im zweiten Fall im algemeinen ein niedrigerer Zahlenwert. Dies ist bei der Verwendung von EO für auswertende Rechnungen, z.B. für eine Verformungsbestimmung unter Belastung, zu berücksich¬ tigen. Im ersten Fall wird - sofern keine weiteren elasti¬ zitätsrelevanten Komponenten vorhanden sind - nur mit den tatsächlichen Querschnittsflächen der Faserkomponenten gerechnet, im zweiten Fall mit der durch konstruktive Vorgaben bedingten Gesamtquerschnittsfläche des Verbundbauelementes. Letzteres kann in der Praxis gerade erwünscht sein, aber zu Unhandlichkeit führen, z.B. wenn elastizitätstechnisch irrelevante Querschnittsanteile und damit die Gesamtquer¬ schnittsfläche bei konstanten Faserkomponentenquerschnitten längs des Verbundbauelement variieren.

Eine erfindungswesentliche Weiterbildung sieht ein an einen Grundkörper stoffschlüssig und damit schubfest, z.B. durch Klebung, angeschlossenes Verbundbauelement vor, wobei der Grundkörper eine zugspannungsübertragende Armierung, insbesondere eine Stahlarmierung aufweist, die schubspannungsübertragend in Beton als Grundmasse eingebettet ist. Der resultierende Gesamt-Elastizitätsmodul EO der Faserkomponenten wird dann erfindungsgemäss entsprechend dem Zug-Elastizitätsmodul der Armierung bzw. in vorgegebenen Grenzen von diesem abweichend eingestellt. Dies ermöglicht im Normal-Belastungsfall der Gesamtanordnung eine vorteilhafte Teilnahme der Armierung und des Verbundbauelementes an der Tragfunktion. Wenn nun - wie mit verfügbaren Fasermaterialien erreichbar - die Kombination der Faserkomponenten eine höhere Zugspannungsfestigkeit als die Stahlarmierung aufweist, so führt eine Ueberlastung der Stahlarmierung des Grundkörpers mit Ueberschreiten der Fliessgrenze noch nicht zum Versagen der Gesamanordnung, sondern nur zu einer überhöhten, aber bis zu einer gewissen höheren Belastungsgrenze noch zulässigen Spannung im Verbundbauelement. Die Ueberlastung macht sich also vor dem Versagen durch eine erhöhte Verformung bemerkbar, die gegebenenfalls mit an sich bekannten Detektionsmitteln überwacht werden kann.

In Optimierung dieser Erfindungsvariante kann vorgesehen werden, dass die Abweichung des Gesamt-Elastizitätsmodul der Faserkomponenten vom Armierungs-Elastizitätsmodul höchstens 20%, insbesondere höchstens 10% des letzteren beträgt.

Für die unterschiedliche Elastizitätseinstellng der Faser¬ komponenten und die Anordnung bzw. Verteilung und Ausbildung der Fasern kommen erfindungsgemäss verschiedene Optimierungen in Betracht. So kann es hinsichtlich der Verformungseigen¬ schaften bzw. der Tragfähigkeit je nach den Gegebenheiten des Anwendungsfalles vorteilhaft sein, wenn die Faserkom¬ ponenten des Verbundbauelementes unterschiedliche Einzelfaser-

Querschnittsflächen und/oder unterschiedliche Mittelwerte dieser Querschnittsflächen aufweisen. Insoweit und auch hinsichtlich der Herstellungstechnik bietet es oft Vorteile, dass mindestens zwei Faserkomponenten des Verbundbauelementes jeweils eine Mehrzahl von Faserbündeln aufweisen, wobei die Faserbündel beider Faserkomponenten im Gesamt-Faserquerschnitt vermischt angeordnet sind. Meist wird eine Anordnung der Fasern bzw. Faserbündel der verschiedenen Faserkomponenten des Verbundbauelementes über den Gesamt-Faserquerschnitt oder einen Teil desselben in wenigstens annähernder Gleichverteilung sinnvoll sein.

Das zum Erfindungsgegenstand gehörende Verbundbauelement ist hauptsächlich vorteilhaft in einem erfindungsgemässen Bauteil oder Bauwerk, grundsätzlich jedoch auch in anderem Zusammen¬ hang einsetzbar. Dabei handelt es sich jedenfalls um ein Verbundbauelement, das mindestens eine Faserkomponente mit einer Vielzahl von im wesentlichen zueinander parallel angeordneten Tragfasern und mindestens eine Binderkomponente aufweist, in der die Tragfasern miteinander schubfest verbunden eingebettet sind. Dabei sind mindestens zwei Faserkomponenten vorgesehen sind, bezüglich deren die Verhältniswerte der Elastizitätsmodule einerseits und der Bruchspannungen anderer¬ seits einen Differenzbetrag von höchstens 0,25, vorzugsweise jedoch von höchstens 0,15 aufweisen. Bei Kompositstrukturen der vorliegenden Art entspricht das Verhältnis der sich in den Faserkomponenten einstellenden Zugspannungen bei - wegen des Schubverbundes - gleicher Zugverformung im wesentlichen dem Verhältnis der Elastizitätsmodule dieser Faserkomponenten. Infolgedessen bewirken die Merkmale der vorgenannten Erfin¬ dungsvariante, dass die im allgemeinen unterschiedlichen Bruchspannungen bzw. die als übereinstimmende Bruchteile derselben bestimmten zulässigen Spannungen in den betroffenen Faserkomponenten mit zunehmender Belastung im wesentlichen gleichzeit bzw. nur mit vorgegebenen Abweichungen erreicht werden. Dies bedeutet eine optimale Ausnutzung der Tragfähig¬ keit der verschiedenen Faserkomponenten.

Eine weitere, ebenfalls ein Verbundbauelement der vorgenannten Art betreffende Erfindungsvariante, die insbesondere mit den zuletzt erläuterten Erfindungsmerkmalen, jedoch grundsätzlich auch unabhängg von diesen anwendbar ist, sieht mindestens eine Faserkomponente vor, die Fasern aus einem Material von bezüglich einer anderen Faserkomponente unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Beschaffenheit aufweist. Dies bietet unabhängig von bzw. in Kombination mit der Wahl der Quer¬ schnittsanteile eine vorteilhafte Erweiterung der Möglichkeiten zur unterschiedlichen Parametereinstellung der verschiedenen Faserkomponenten, und zwar nicht nur hinsichtlich der Elastizi¬ tätseigenschaften, sondern auch der erreichbaren Verbund¬ festigkeit. Z.B. können in diesem Zusammenhang Glasfasern unterschiedlicher Zusammensetzung bzw. unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit mit entsprechenden Haftungseigenschaten gegenüber der Binderkomponente eingesetzt werden. Weiterhin lässt eine Vereinigung von Fasern aus Materialien unterschied¬ licher Zusammensetzung und/oder Beschaffenheit in ein und derselben Faserkomponente interessante Einstellungsmöglich¬ keiten erwarten. Entsprechendes gilt für eine weitere wesent¬ lich Erfindungsvariante, nämlich die Bildung von Faserkompo¬ nenten aus von Komponente zu Komponente bzw. auch innerhalb ein und derselben Komponente unterschiedlichen Fasermateria¬ lien, nämlich Kohlenstoff, Glas und/oder Polymersubstanzen. Zum Begriff "Faserkomponente" sei angemerkt, dass darunter im vorliegenden Zusammenhang eine aus Fasern - gegebenenfalls solche verschiedener Art in einer örtlichen Zusammenfassung - bestehende Komponente einer umfassenderen Faseranordnung zu verstehen ist, nicht jedoch etwa eine Materialkomponente einzelner Fasern.

Die vorstehend allgemein erläuterten Erfindungsmerkmale ermöglichen es, aus vergleichsweise wenigen verfügbaren Tragfasertypen ein breites Spektrum von Kennwertpaarungen aus Elastizitätsmodul und Zugfestigkeit zu erstellen.

Allerdings ist dann im allgemeinen nicht davon auszugehen, dass die in verschiedenen im Querschnitt des Verbund¬ bauelementes vorhandenen Fasermaterialien hinsichtlich ihrer Festigkeit in einem definiert vorgegebenen Mass, insbesondere etwa annähernd gleich gut ausgenutzt sind bzw. jeweils vorgegebene Abstände zwischen den Nenn-Belastungsspannungen und Bruchspannung einhalten. Dem kann jedoch erfindungsgemäss durch Vorspannung der Fasern im Schubverbund abgeholfen werden, wobei mindestens ein Teil der Tragfasern unter Zugspannung steht. Der erforderliche innere Kräfteausgleich hat dann zur Folge, dass ein anderer Teil der Tragfasern und/oder die Matrix bzw. Teile derselben vor der Belastung unter Druckvorspannung stehen. Im Sinne einer Optimierung kann erfindungsgemäss eine Mehrzahl von Faserkomponenten mit unterschiedlichen Werten der Tragfaser- Zugfestigkeit vorgesehen und die Vorspannungen dieser Faser¬ komponenten entsprechend vorgegebenen Bruchteilswerten der zugehörigen Zugfestigkeitswerte bemessen werden. Dabei kann eine solche Vorspannungsanordnung gegebenenfalls auch unab¬ hängig von einem Aufbau der Verbundstruktur mit verschiedenen Faserkomponenten, d.h. auch im Falle von gleichartigen Fasern, bereits erfindungsgemäss erhebliche Fortschritte bringen.

Grundsätzlich kann eine solche gezielte Faservorspannung und eine entsprechende vorgegebene Spannungsverteilung im Belastungszustand innerhalb der Verbundstruktur eines grösseren Bauteils oder Bauwerks verwirklicht sein. In vielen Fällen bringt jedoch ein bereits unabhängg von der Verbindung mit einem anderen Bauteil oder einem Bauwerk mit interner Faser¬ vorspannung versehenes Faser-Verbundbauelement oder Faser- Verbundbauteil besonderen Fortschritt. Die hierzu erforder¬ liche, gegensinnig zur Faser-Zugvorspannung wirkende Druckkraft wird hier von der Matrix oder einem in deser gebundenen und gegen Knickung abgestützten Faseranteil übernommen. Erfahrungs- gemäss können Tragfasern infolge starrer und insbesondere schubfester Einbindung in eine Matrix mit ihrerseits hochem

Elastizitätsmodul ohne Knick- bzw. Beulgefahr solche Druck¬ spannungen aufnehmen, und zwar auf grossen Längen auch in schlanken, Stab- oder lamellenförmigen Verbundbauelementen. Ein so intern vorgespanntes Verbundbauelement oder Verbundbauteil kann dann grundsätzlich ohne externe Vorspannung mit einem in unbelastetem oder vermindert belastetem, gegebenenfalls mit einem nur unter Eigenbelastung stehenden Bauwerk oder anderen Bauteil verbunden werden, wobei sich die vorgegebene Gesamt- Spannungsverteilung unter ebenfalls vorzugebenden Belastungen ergibt. Andererseits kann es je nach Anwendungsfall auch angebracht sein, das intern vorgespannte Verbundbauelement noch unter zusätzlicher externer mit dem Bauwerk oder anderen Bauteil zu verbinden. Anzumerken ist noch, dass in einfachen Fällen sogar die Verbindung eines nicht intern vorgespannten Verbundbauelementes mit einem Bauwerk oder anderen Bauteil unter externer Vorspannung ausreichend sein kann.

Die Erfindung wird ergänzend anhand der schematischen Darstellungen in den Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt:

Fig.l einen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Stahlbeton- Bauwerks mit einem Verbundbauelement in Seitenansicht und

Fig.2 einen Querschnittsbereich des Verbundbauelementes in Fig.l mit einem angrenzenden Bereich eines Bauwerk- Grundkörpers in bezüglich Fig.l wesentlich grösserem Massstab,

Fig.3 das Last-Dehnungsdiagramm einer ersten Ausführungs¬ form eines erfindungsgemässen Verbundbauelements mit Armierung nur aus hochelastischen Tragfasern,

Fig.4 ein Diagramm nach Art von Fig.3, jedoch für ein erfindungsgemässes Verbundbauelement mit kombinierter Armierung aus hochelastischen Tragfasern und Tragfasern mit plastischer Bruchverformung,

Fig.5 einen Einspannabschnitt eines erfindungsgemässen Verbundbauelementes mit kraftschlüssiger, wärme¬ unempfindlicher Lasteinleitung sowie mit bruch¬ ankündigender Lastübertragung und

Fig.6 ein Blockdiagramm einer Durchlauf-Fertigungsanlage für die Herstellung erfindungsgemässer Verbund¬ bauelemente.

In Fig.l ist als Beispiel eines erfindungsgemässes Bauteils innerhalb eines ebensolchen Bauwerks ein auf Vertikalstützen statisch bestimmt gelagerter Durchlaufträger 1 mit einem Beton-Grundkörper GK angedeutet. Wie in einem Teilschnitt angedeutet, enthält der Träger 1 im Bereich seiner Unterseite eine nur mit einem Stab veranschaulichte Stahlarmierung AR üblicher Art. Der Durchlaufträger ist in nicht näher dargestellter Weise für die Aufnahme einer Biegebeanspruchung ausgebildet, so dass der Armierungsstab an der Trägerunter¬ seite im Zugspannungsbereich des Trägers liegt.

Zur Verstärkung dieses Spannungsbereiches ist an der Träger¬ unterseite mittels einer Klebschicht 2 bekannter Art ein erfindungsgemässes, in Trägerlängsrichtung langgestreckt und im übrigen flächenhaft ausgebildetes Verbundbauelement VBE in schubspannungsübertragender Verbindung mit dem Grundkörper GK angebracht. Armierung AR und Verbundbauelement VBE bilden also zusammen den Zugspannungsteil des Trägers 1.

Wie in Fig.2 angedeutet, umfasst das Verbundbauelement VBE eine Vielzahl von parallel zur Längsrichtung des Trägers 1 verlaufenden Faserbündeln FB, die ihrerseits je eine Vielzahl von einzelnen, in enger Packung aneinanderliegenden Tragfasern Fl bzw. F2 umfassen. Die Faserbündel können gegebenenfalls zwecks dichter Packung der Fasern Fl, F2 mit einer Hülle versehen sein. Die Fasern der einzelnen Bündel sind zweckmässig durch einen Binder schubfest zusammengefügt.

Die Faserbündel FB sind in eine Binderkomponente BK, z.B. ein Epoxiharz, eingebettet und miteinander ebenfalls schub- spannungsübertragend stoffschlüssig verbunden. Ueber die Klebschicht 2 und die Betonmasse des Grundkörpers GK ist eine schubspannungsübertragende Verbindng auch zur Armierung AR hergestellt. Wie vorangehend ausführlich dargelegt, ist zwischen der Armierung AR und der Tragfaseranordnung des Verbundbauelementes VBE eine Anpassung ihrer Elastizitäts¬ module hergestellt. Dazu bilden die Faserbündel FB zwei Faserkomponenten FK1 und FK2 mit unterschiedlichen Elasti¬ zitätsmodulen El, E2 ihrer Fasern. Die gewählten Querschnitts¬ anteile der Komponenten FK1 und FK2 werden im Beispiel durch unterschiedlicher Dicke der Fasern Fl und F2 bei gleichem Durchmesser der Faserbündel erreicht, so dass sich entsprechend unterschiedliche Faserpackungsdichten innerhalb der Bündel und damit unterschiedliche bzw. gezielt vorgegebene Gesamtfaser¬ querschnitte pro Bündel ergeben. Hierdurch und gegebenenfalls zusätzlich durch unterschiedliche Bündelzahlen pro Faser¬ komponente lassen sich die gewünschten Querschnittsanteile einstellen. Die Faserbündel sind im Beispiel einzeln alter¬ nierend angeordnet, so dass sich eine vergleichsweise geringe Inhomogenität des gesamten Querschnittsaufbaues ergibt.

Mit Hilfe der im Beispiel veranschaulichten Faserkombination und Faserverteilung im Querschnitt des Verbundbauelementes lässt sich aus vergleichsweise wenigen verfügbaren Tragfaser¬ typen ein breites Spektrum von Kennwertpaarungen aus Elasti¬ zitätsmodul und Zugfestigkeit erstellen. Allerdings ist dann im allgemeinen nicht davon auszugehen, dass die verschiedenen im Querschnitt des Verbundbauelementes vorhandenen Faser¬ materialien hinsichtlich ihrer Festigkeit auch nur annähernd gleich gut ausgenutzt sind, d.h. jeweils vorgegebene Abstände zwischen den Nenn-Belastungsspannungen und der Bruchspannung einhalten.

Dem kann jedoch erfindungsgemäss durch Vorspannung der Fasern im Schubverbund abgeholfen werden. Der erforderliche innere Kräfteausgleich hat dann zur Folge, dass ein anderer Teil der Tragfasern und/oder die Matrix bzw. Teile derselben unter Druckvorspannung stehen. Erfahrungsgemäss können Tragfasern infolge starrer und insbesondere schubfester Einbindung in eine Matrix mit ihrerseits hochem Elastizitätsmodul ohne Knick- bzw. Beulgefahr solche Druckspannungen aufnehmen, und zwar auf grossen Längen auch in schlanken, Stab- oder lamellenförmigen Verbundbauelementen. Die Vorspannung, und zwar bereits im ein¬ fachsten Fall einer mehr oder weniger den Gesamt-Faserquer¬ schnitt erfassenden Vorspannung, hat auch bei hinsichtlich des Fasermaterials homogenem Querschnitt wesentliche Vorteile, z.B. durch Vermeidung eines Vorzeichenwechsels bei schwingender Belastung (keine Spannungsnulldurchgänge). Gezielt ungleich¬ förmige Vorspannungsverteilungen im Gesamt-Faserquerschnitt ermöglichen Optimierungen der Spannungaverteilung im Quer¬ schnitt unter Last, z.B. hinsichtlich erhöhter Biegemoment¬ aufnahme. Weiterhin kann eine solche ungleichförmige Quer¬ schnittsverteilung der internen Vorspannung dazu ausgenutzt werden, einen kleinen Querschnittsanteil schon bei Nennlast oder einer sonst passend vorgegebenen Belastung durch erhöhte Vorspannung nahe an seine Bruchgrenze zu bringen. Der eintre¬ tende Bruch dieser kleinen Faserkomponente führt dann zu einer sprunghaften Verformung, z.B. einer erhöhten Durchbiegung, des Gesamt-Verbundbauelementes und damit zu einer erwünschten, Vorsignalisierung nahender Gesamt-Bruchgefahr.

In Fig.3 ist ein spezielles Beispiel wiedergegeben, bei dem eine Mehrzahl von Faserkomponenten mit unterschiedlichen Werten der Tragfaser-Zugfestigkeit vorgesehen und die Vorspannungen dieser Faserkomponenten entsprechend vorgegebenen Bruchteils¬ werten der zugehörigen Zugfestigkeitswerte bemessen sind. Im tragenden Querschnitt mindestens eines Abschnitts des Verbund¬ bauelementes sind dort zwei Faserkomponenten FK1, FK2 mit

unterschiedlichen Elastizitäts- und Bruchverformungs-Kennwerten vorgesehen. Letztere gehen im Diagramm gemäss Fig.3 aus den mit FK1 bzw. FK2 bezeichneten Kennlinien der Verformungs- oder Vorspann- und Belastungskraft P über der auf die spannungslose Länge bezogenen Verformung e hervor. Mit el ist die Verformung von FK1, mit €2 diejenige von FK2 und mit eE diejenige des Verbundbauelementes bezeichnet. Im Nullpunkt der Verformung des Verbundbauelement, d.h. eE = 0, ist die Zug-Vorspannkraft P1V von FK1 entgegengesetzt gleich der Druck-Vorspannkraft P2V von FK2. Von eE = 0 ausgehend steigt die Belastungskennlinie von VBE an, bis FK1 mit seiner Bruch- Verformung eiB seine Bruchlast PIB erreicht. Der Gesamtbetrag /elB/ der Bruch¬ verformung von FK1 ist am oberen Diagrammrand eingetragen, ausgehend von der Nullverformung el = 0.

Da FK1 als die dehnungsweichere Komponente mit höherer Bruchdehnung sowie unter weit höherer Vorspannungsdehnung stehend angenommen ist, jedoch infolge entsprechend geringen Anteils am Gesamt-Faserquerschnitt nur einen kleinen Teil der Gesamtlast aufnimmt, fällt die Gesamt-Lastaufnähme des Verbund¬ bauelementes bei Erreichen von elB instationär nur relativ wenig ab, nämlich auf P2u, um sogleich - nur durch einen Trägheitsmechanismus verzögert - wieder auf PIB anzusteigen, jedoch nun auf dem allein noch wirksamen Kennlinienteil VBE = FK2, und zwar mit einem entsprechenden Vervormungssprung /eES/, der die Annäherung an den Gesamtbruch vorsignalisiert. Letzterer wird sodann mit dem Gesamtbetrag /e2B/ der Bruch¬ verformung von FK2 erreicht.

Insgesamt wird also mit dieser Faservorspannungskombination ein quasi-plastisches Bruchverhalten realisiert, allerdings mit einer oft u.U. als nachteilig zu bewertenden Stosserschei- nung beim Bruch der hochelastischen Signalisierungskomponente FK1.

Im Beispiel gemäss Fig.4 - ein Last-Verformungsdiagramm wie Fig.3 - ist mindestens eine hochelastische Faserkomponente FK1, insbesondere mit Kohlenstoff-, Glas- und/oder Polymer¬ fasern, und mindestens eine Faserkomponente FK2 mit einem relevanten plastischen Bruchverformungsrest von z.B. minde¬ stens 1% vorgesehen. Für FK2 kann gegebenenfalls mit besonderem Vorteil eine metallische Faserkomponente mit ausgeprägtem Fliessbereich und gegebenenfalls sogar mit anschliessender Umformungsverfestigung (Stahlkennlinie) gewählt werden. Der Vorspannungs- und Verformungsmechanismus ist der gleiche wie in Fig.3, weshalb auf eine nochmalige Darstellung verzich¬ tet wurde.

Wesentlich ist jedoch in der Kennlinie FK1 eine ausgeprägte Fliessgrenze elF/PlF anstelle einer Bruchgrenze von Fkl wie in Fig.3. Im Anschluss an elF ist in Fig.4 beispielsweise in ausgezogener Linie ein relativ steiler Spannungsabfall mit nachfolgendem "schleichenden" Dehnbruch angedeutet, der jedoch beim Uebergang von der Kennlinie VBE zur Kennlinie VBE = FK2 eine deutliche "Beruhigung", d.h. eine wesentliche Stoss- dämpfung bewirkt. Wie rechts von elF feinstrichliert angedeutet, lässt sich durch entsprechende Materialwahl für FK2 sogar ein ausgeprägt "stahlähnliches" Fliess¬ und Bruchverhalten erzielen.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig.5 ist wieder ein Verbund¬ bauelement VBE durch eine Klebung K an der Unterseite eines Bauwerk-Grundkörpers GK schubfest verankert. Es ist auch hier ein Verbundbauelement mit mindestens einer hochelastischen Faserkomponente vorgesehen, insbesondere eine Anordnung von Kohlenstoff-, Glas- und/oder Polymerfasern. Zur Vermeidung eines durch keine merkliche Verformung sich ankündigenden Bruchs ist mindestens ein in der Kraftübertragung auf die Tragfasern angeordnetes, bei vorgegebener Grenzbelastung vor Versagen des Verbundbauelementes VBE nachgebendes

Uebertragungselement UE vorgesehen, z.B. aus plastisch verformbarem Metall mit ausgeprägter Fliessgrenze. Dieses Uebertragungselement ist im Beispiel als Hülse ausgebildet und sitzt auf einem Anker- und Anschlagbolzen AS, der seiner¬ seits mit hitzebeständigem Mörtel oder dergl. im Grundkörper verankert ist. Der Kraftfluss zum Verbundbauelement erfolgt weiter über eine kauschenartige, selbsthemmende Klemmvorrich¬ tung KV mit einem keilförmigen Anschlusselement AE. Auf diese Weise wird nicht nur bei Ueberlastung des Verbundbauelement durch radiale Fliessverformung des Uebertragungselementes UE ein signalisierendes Nachgeben der Verbindung und anschliessend wieder eine starre Formschluss-Kraftübertragung durch Berührung des Kragens KR der Klemmvorrichtung KV mit dem Anker- und Anschlagbolzen AS erreicht, sondern auch eine Notsicherung gegen Erweichung und Versagen der Matrix des Verbundbauele¬ mentes durch etwaige Wärmeeinwirkung, z.B. infolge Brand im oder am Bauwerk.

Die in Fig.6 im Blockdiagramm angedeutete Anlage zur Durch¬ führung eines Beispiels des erfindungsgemässen Herstellungs¬ verfahrens mit kontinuierlichem Matrialdurchlauf längs einer Durchlaufbahn DB arbeitet wie folgt:

Eine Vielzahl von Tragfasern bzw. Tragfaserbündeln wird in einer Zuführstation ZFS auf einer Batterie von z.B. koaxial oder gestaffelt angeordneten Zuführspulen ZS bereitgestellt. Jede dieser Spulen ist mit einer individuell einstellbaren Bremsvorrichtung BV versehen. Ueber eine Ausgangsführung AFR gelangen die Faserbündel zu einer zusammenführenden Kamm- bzw. Lochanordnung KA, wo sie in eine der Form der gewünschten Faserarmierung entsprechende, zweidimensionale Querschnitts¬ verteilung gebracht werden. In einer anschliessenden Einbet- tungs- und Formgebungsstation EFS, die z.B. einen die Armie¬ rungsfasern im Durchlauf aufnehmenden und mit dem Bindemittel für die Matrix beschickten Extruder aufweist, erfolgt die

Profil-Formgebung des strangförmigen Verbundrohlings. Letztere gelangen sodann in eine Heiz- und Härtestation HHS, in deren Ausgangsbereich auch eine Bearbeitungs- und Konfektionierungs- station integriert sein kann, beispielsweise für ein Form¬ schleifen der ausgehärteten Rohlinge. In der abschliessenden Abzugs- und Aufnahmestation werden die in Einzelstücken aufeinanderfolgend oder auch kontinuierlich als Endlosware eintreffenden Verbundbauelement, sofern sie flach gestaltete und genügend biegsam sind, zusammen mit der Faserarmierung kontinuierlich aufgewickelt. Wesentlich ist hierbei die Erzeugung ausreichender Zugkräfte auf die gesamte im Durchlauf befindliche Faserarmierung. Dies ermöglicht in Verbindung mit der bereits erwähnten individuellen Abbremsung der Armierungs¬ fasern bzw. Faserbündel oder Fasergruppen die Aufrechterhaltung der eingestellten Vorspannungen bis zur Einbettung und Aushärtung der Matrix im festen Schubverbund mit der Faser¬ armierung.

Grundsätzlich können in dieser Weise auch Verbundbauelemente mit komplizierteren Querschnitts- und Profilformen hergestellt werden, z.B. auch Mehrfach-Winkelprofile und Hohlprofile.

Insbesondere für Zwecke der nachträglichen Verstärkung und der Reparatur von Bauwerken durch Anbau oder Einbau von meist lamellenförmigen und langgestreckt ausgebildeten Faser- Verbundbauelementen ist es oft erwünscht, ohne oder mit vergleichsweise geringer Vorspannung des Verbundbauelementes zu arbeiten, wobei selbst im Falle der Vorspannungsmontage keine hohen Anforderungen hinsichtlich einer definierten Vorspannungseinstellung angebracht sind. Gleichwohl erfolgt die Herstellung des Verbundes zwischen dem Verbundbauelement und dem Grundkörper des Bauwerks - vor allem bei stark frequen¬ tierten Verkehrsbauten - oft unter Betriebslast. Dies hat im Hinblick auf die belastungsabhängige Verformung des Bauwerks eine an sich unerwünschte Begrenzung der Lastübernahme durch

das Verbundbauelementzur Folge. Ein erfindungsgemässes Verfahren sieht daher vor, dass die Verbindung zwischen Verbundbauelement und Grundkörper unter einer Belastung bzw. Verformung des Bauteils oder Bauwerks bzw. eines Teils desselben hergestellt wird, die in Bezug auf eine vorgegebene, maximale Gesamtbelastung bzw. Gesamtverformung vermindert eingestellt ist, vorzugsweise in Bezug auf eine vorgegebene, maximale Gesamtbelastung bzw. Gesamtverformung um mindestens etwa 40%, insbesondere mindestens etwa 75%, vorteilhaft sogar unter der blossen Eigenbelastung des Bauwerks. Erleichtert und vielfach überhaupt ermöglicht wird dies gemäss Weiterbildung der Erfndung dadurch, dass die Verbindung zwischen Verbund¬ bauelement und Grundkörper wenigstens teilweise durch Verkle¬ bung mit einem schnellhärtenden, hochfesten Polymerkleber, insbesondere eines solchen auf Acrylatbasis, hergestellt wird.