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Planung und Berechnung einer stählernen Eisenbahnbrücke, ausgeführt als zweigleisige Stabbogenbrücke nach den neuen DIN-Fachberichten 101 und 103

©2003 Diplomarbeit 127 Seiten

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit umfasst die Planung und Berechnung einer stählernen Eisenbahnbrücke, ausgeführt als zweigleisige Stabbogenbrücke. Im Einzelnen werden die folgenden Punkte zu bearbeitet:
- Zusammenstellung der maßgebenden Lastfälle.
- Ermittlung der maßgebenden Schnittgrößen.
- Dimensionierung und Nachweis der gesamten Tragkonstruktion.
- Alle erforderlichen Stabilitätsnachweise.
- Führen der Betriebsfestigkeitsnachweise (Ermüdung).
- Nachweis der Gebrauchstauglichkeit.
- Konstruieren der Anschlüsse zwischen den einzelnen Bauteilen.
- Erstellen der dazugehörigen Planunterlagen.
Die Aufgabenstellung umfasst nicht die Berechnung der Fundamente und Auflager sowie die Werkstattform. Alle Berechnungen erfolgen auf Basis der neuen DIN – Fachberichte 101 und 103.

Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Aufgabenstellung3
1.1Allgemeines3
1.2Vorgaben4
2.Projektbeschreibung5
2.1Standort und Zweck5
2.2Wahl der Bauweise7
3.Einleitung8
3.1Tragverhalten von Stabbogenbrücken8
3.2Geometrie10
3.3Die DIN - Fachberichte11
4.Lastannahmen13
4.1Vorbemessung13
4.1.1Ständige Lasten13
4.1.2Verkehrslasten14
4.23D - Modell15
4.2.1Lastverteilung15
4.2.2Ständige Lasten15
4.2.3Verkehrslasten16
4.2.4Außergewöhnliche Einwirkungen23
4.2.5Dynamischer Beiwert24
4.2.6Imperfektionen der Bögen26
4.2.7Lasten für Ermüdungsnachweise29
5.Modellbildung31
5.1Vorbemessung31
5.1.1System31
5.1.2Lastfälle32
5.1.3Lastfallkombinationen33
5.23D - Modell34
5.2.1System34
5.2.2Lastfälle38
5.2.3Lastfallkombinationen39
6.Nachweise und Bemessung43
6.1Nachweis der maßgebenden Stäbe43
6.1.1Versteifungsträger45
6.1.2Querträger52
6.1.3Längsträger62
6.1.4Endrost69
6.1.5Bogen75
6.1.6Endbereich Versteifungsträger81
6.1.7Vierendeelträger / Portalriegel86
6.1.8Hänger91
6.1.9Fahrbahnblech94
6.2Nachweis der maßgebenden Anschlüsse99
6.2.1Bogen an aufgefächerten Versteifungsträger100
6.2.2Aufgefächerter Versteifungsträger an Versteifungsträger101
6.2.3Endrost an aufgefächerten Versteifungsträger104
6.2.4Querträger an Versteifungsträger105
6.2.5Längsträger an Querträger110
6.2.6Längsträger an Endrost113
6.2.7Hänger an Bogen114
6.2.8Hänger an Versteifungsträger117
6.2.9Portalriegel an Bogen118
6.2.10Fahrbahnblech auf Längs- und Querträger119
6.3Nachweis der Gebrauchstauglichkeit121
6.3.1Vertikale Beschleunigung des Überbaus121
6.3.2Verwindung des Überbaus121
6.3.3Endtangentendrehwinkel des […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis


ID 7534
Remmel, Markus: Planung und Berechnung einer stählernen Eisenbahnbrücke,
ausgeführt als zweigleisige Stabbogenbrücke nach den neuen DIN-Fachberichten 101
und 103
Hamburg: Diplomica GmbH, 2003
Zugl.: Fachhochschule Karlsruhe, Fachhochschule, Diplomarbeit, 2003
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Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2003
Printed in Germany

Markus Remmel
Matr.Nr.:009933
1
Inhalt
1. Aufgabenstellung
1.1 Allgemeines
3
1.2 Vorgaben
4
2. Projektbeschreibung
2.1
Standort
und
Zweck 5
2.2
Wahl
der
Bauweise 7
3. Einleitung
3.1 Tragverhalten von Stabbogenbrücken
8
3.2 Geometrie
10
3.3
Die
DIN
­
Fachberichte
11
4. Lastannahmen
4.1
Vorbemessung
13
4.1.1
Ständige
Lasten
13
4.1.2 Verkehrslasten
14
4.2
3D
­
Modell 15
4.2.1
Lastverteilung
15
4.2.2
Ständige
Lasten
15
4.2.3 Verkehrslasten
16
4.2.4 Außergewöhnliche Einwirkungen
23
4.2.5 Dynamischer Beiwert
24
4.2.6 Imperfektionen der
Bögen 26
4.2.7
Lasten
für
Ermüdungsnachweise 29
5. Modellbildung
5.1
Vorbemessung
31
5.1.1 System
31
5.1.2 Lastfälle
32

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Matr.Nr.:009933
2
5.1.3
Lastfallkombinationen
33
5.2
3D
­
Modell 34
5.2.1 System
34
5.2.2 Lastfälle
38
5.2.3
Lastfallkombinationen
39
6.
Nachweise und Bemessung
6.1
Nachweis
der
maßgebenden
Stäbe
43
6.1.1
Versteifungsträger
45
6.1.2 Querträger
52
6.1.3
Längsträger
62
6.1.4
Endrost
69
6.1.5
Bogen 75
6.1.6
Endbereich
Versteifungsträger
81
6.1.7
Vierendeelträger
/
Portalriegel
86
6.1.8
Hänger 91
6.1.9
Fahrbahnblech
94
6.2
Nachweis
der
maßgebenden
Anschlüsse
99
6.2.1
Bogen
an
aufgefächerten
Versteifungsträger
100
6.2.2 Aufgefächerter Versteifungsträger an Versteifungsträger
101
6.2.3 Endrost an aufgefächerten Versteifungsträger
104
6.2.4
Querträger
an
Versteifungsträger
105
6.2.5
Längsträger
an
Querträger 110
6.2.6
Längsträger
an
Endrost
113
6.2.7
Hänger
an
Bogen
114
6.2.8
Hänger
an
Versteifungsträger
117
6.2.9
Portalriegel
an
Bogen
118
6.2.10
Fahrbahnblech
auf
Längs-
und
Querträger
119
6.3
Nachweis
der
Gebrauchstauglichkeit
121
6.3.1
Vertikale
Beschleunigung
des
Überbaus
121
6.3.2
Verwindung
des
Überbaus 121
6.3.3 Endtangentendrehwinkel
des
Überbaus 121
6.3.4
Horizontalverformung
des
Überbaus
122
6.3.5 Vertikaldurchbiegung des
Überbaus
123
7. Selbstständigkeitserklärung
124
8. Literaturverzeichnis
125

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3
1. Aufgabenstellung
1.1 Allgemeines
Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit umfasst die Planung und Berechnung einer stählernen
Eisenbahnbrücke, ausgeführt als zweigleisige Stabbogenbrücke.
Im einzelnen sind die folgenden Punkte zu bearbeiten:
o Zusammenstellung der maßgebenden Lastfälle.
o Ermittlung der maßgebenden Schnittgrößen.
o Dimensionierung und Nachweis der gesamten Tragkonstruktion.
o Alle erforderlichen Stabilitätsnachweise.
o Führen der Betriebsfestigkeitsnachweise (Ermüdung).
o Nachweis der Gebrauchstauglichkeit.
o Konstruieren der Anschlüsse zwischen den einzelnen Bauteilen.
o Erstellen der dazugehörigen Planunterlagen.
Die Aufgabenstellung umfasst nicht die Berechnung der Fundamente und Auflager sowie die
Werkstattform.
Alle Berechnungen sind auf Basis der neuen DIN ­ Fachberichte 101 und 103 zu erstellen.
Die Bearbeitungszeit beträgt 4 Monate.

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4
1.2 Vorgaben
Da es sich bei dem vorliegenden Bauwerk um ein tatsächlich existierendes Projekt handelt,
unterliegt diese Diplomarbeit einigen Vorgaben und Einschränkungen.
So ist die Geometrie des Bauwerkes (Spannweite, Stich des Bogens, Höhe der einzelnen
Querschnitte, Fahrbahn ausgeführt als Gitterrost) bereits weitestgehend festgelegt.
Diese Vorgaben, die einer mir nicht zugänglichen Vorstatik entstammen, führen zu einigen
Schwierigkeiten bei der Bemessung, auf die ich im einzelnen an den betreffenden Stellen
eingehen werde.
Selbstverständlich sind diese Vorgaben so allgemein gehalten, dass sie die selbstständige
Erarbeitung der unter 1.1 genannten Punkte nicht erleichtern oder gar erübrigen.

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5
2. Projektbeschreibung
2.1 Standort und Zweck
Das Bauwerk ist Teil der Strecke 2550 Aachen Hbf ­ Arnsberg ­ Kassel bei km 209.222 und
überspannt die Ruhr zwischen den Orten Schwerte und Bestwig.
Das Bauwerk ersetzt die bestehende Trogbrücke Baujahr 1925.
Hierbei handelt es sich um zwei, parallel zueinander liegende Einzelbrücken, die sich als
Einfeldträger jeweils über drei Felder erstrecken. Wie zur damaligen Zeit üblich, wurden die
Brücken als Trogbrücken mit offener Fahrbahn erstellt. Die Verbindung der einzelnen
Bauteile erfolgte ausschließlich mit Nieten.
Abb. 1, Bestehende Trogbrücke
Aus heutiger Sicht ist diese Bauweise überholt, und wäre als Neubaukonzept nicht mehr
genehmigungsfähig.
Dies liegt zum einen an der hohen Anfälligkeit solcher Bauwerke für Korrosion. Sämtliche
Teile der Tragkonstruktion sind hier der Witterung ausgesetzt. Zusätzlich verschmutzen
sowohl die Fahrbahn, als auch die darunter liegenden Teile wie z.B. Brems- und
Windverbände sehr stark, was die Korrosionsanfälligkeit weiter steigert.
Die Richtigkeit dieser Überlegungen bestätigt sich bei der Betrachtung des vorliegenden
Bauwerkes. An allen sechs Einzelbrücken sind schwere Korrosionsschäden bis hin zu

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6
stellenweiser Durchrostung zu finden. Im übrigen weisen selbst die gemauerten Wiederlager
Baujahr 1870 bereits Schäden wie z.B. Risse und herausgebrochene Steine auf.
Ein weiterer Grund, der gegen das Konstruktionsprinzip der offenen Fahrbahn spricht, ist ein
höherer Aufwand bei der Instandhaltung des Schotterbettes.
Der Übergang von der, mit Schotterbett ausgeführten Strecke, auf die Brückenkonstruktion
und danach wieder zurück, stellt einen deutlich erhöhten Arbeitsaufwand bei der
Instandhaltung der Strecken dar. Aus diesem Grund werden heute ausschließlich Brücken mit
geschlossener Fahrbahn und durchgehendem Schotterbett gebaut, die im übrigen auch einen
geringeren Schallpegel aufweisen. Da hierbei die gesamte Unterkonstruktion durch das
Deckblech vor Witterung geschützt ist, ist gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit dieser
Bauweise der, der offenen Fahrbahn weit überlegen.
Aus der Summe der genanten Überlegungen heraus wurde daher beschlossen, dass eine
Erhaltung des bereits stark geschädigten Bauwerkes unwirtschaftlich wäre.

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2.2 Wahl der Bauweise
Da aufgrund der im vorangegangenen Abschnitt erläuterten Überlegungen die Entscheidung
für einen Neubau gefallen war, galt es nun eine Bauweise zu wählen, die mit den vorhandenen
Randbedingungen verträglich ist.
Da die vorhandenen Auflager nicht mehr sanierungsfähig waren, wurde entschieden die zu
überspannende Länge von fast 60 Metern mit einem einzigen, durchgehenden Bauwerk zu
überwinden.
Für gewöhnlich fällt hier die Wahl der Bahn meist auf eine Hohlkastenkonstruktion aus
Spannbeton, da diese Bauweise sich in der Vergangenheit als sehr wirtschaftlich und
unterhaltsfreundlich erwiesen hat. Der Nachteil dieser Bauwiese liegt jedoch darin, dass
praktisch der gesamte tragende Querschnitt unterhalb der Fahrbahn liegt.
Da im vorliegenden Fall aber nur eine Höhe von 2,60 m zwischen OK ­ Fahrbahn und der
maßgebenden Hochwassermarke zur Verfügung steht, von der auch noch 1,00 m Freibord
(Sicherheitsabstand zwischen UK ­ Bauwerk und Wasserstand) abzuziehen ist, kam diese
Bauweise nicht in Frage.
Da also nur eine Bauweise in Betracht kam, bei der die Haupttragkonstruktion oberhalb der
Fahrbahn liegt, musste zwischen einer Fachwerkbrücke und einer Stabbogenbrücke gewählt
werden.
Da Fachwerkbrücken aufgrund ihrer Geometrie ebenfalls problematisch in Hinsicht auf
Korrosion zu bewerten sind, werden Stabbogenbrücken hier meist bevorzugt.
Bei einer Spannweite von ca. 60 m kann die Stabbogenbrücke durchaus als wirtschaftliche
Lösung angesehen werden.
Außerdem werden Stabbogenbrücken für gewöhnlich als architektonisch ansprechender
empfunden als die wuchtiger erscheinenden Fachwerkbrücken.

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3. Einleitung
3.1 Tragverhalten von Stabbogenbrücken
Stabbogenbrücken sind Bogenbrücken, bei denen sich der Bogen über der Fahrbahn befindet
und seine Drucknormalkräfte an den Auflagern in ein Zugband einleitet, welches die
Bogenenden verbindet. Das Zugband, das über Hänger mit dem Bogen verbunden ist, besitzt
ebenso eine Biegesteifigkeit, weshalb es als Versteifungsträger bezeichnet wird.
Abb. 2, Prinzip der Stabbogenbrücke, [5]
Da der Versteifungsträger aufgrund seiner größeren Bauhöhe meist eine höhere
Biegesteifigkeit besitzt als der Bogen, beeinflusst er die Steifigkeit des Gesamttragwerkes
erheblich.
Der Versteifungsträger wird also auf Zug und Biegung beansprucht, während die
Lastabtragung des Bogens überwiegend durch Druck erfolgt.
Im Idealfall beschränkt sich die Lastabtragung des Bogens sogar ausschließlich auf
Drucknormalkräfte, was jedoch nur möglich ist wenn die 3 folgenden Bedingungen erfüllt
sind:
o Die Brücke wird über ihre gesamte Länge durch eine Gleichstreckenlast belastet.
o Die Gleichstreckenlast wird kontinuierlich in den Bogen eingeleitet.
o Der Bogen hat die Form einer quadratischen Parabel.

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Da die oben genannten Bedingungen in der Praxis kaum umzusetzen sind, ist der Bogen
normalerweise ebenfalls durch Momente belastet.
Die Lasteinleitung vom Versteifungsträger in den Bogen erfolgt durch die Hänger. Deren
Steifigkeit beeinflusst in besonderem Maße die Gesamttragfähigkeit des Tragwerkes.
Sind die Hänger zu ,,weich", muss praktisch die gesamte Belastung über Biegemoment durch
den Versteifungsträger abgetragen werden. Sind sie hingegen zu ,,steif", trägt der Bogen den
Hauptteil der Belastung während die Biegesteifigkeit des Versteifungsträgers nicht ausgenutzt
wird.

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3.2 Geometrie
Die Geometrie des Tragwerkes und insbesondere des Bogens ist von verschiedenen Faktoren
abhängig.
Wie bereits angesprochen hat besonders die Bogenform eine entscheidende Wirkung auf die
Tragfähigkeit des Bogens.
Als ideale Form kann hier die Biegemomentenlinie eines beidseitig gelenkig gelagerten
Einfeldträgers unter Gleichstreckenlast angesehen werden.
Ebenso wie die Form des Bogens beeinflusst auch dessen Verhältnis von Höhe zu Länge das
Tragverhalten. Im Idealfall liegt die Konstruktionshöhe des Bogens etwa zwischen 1/5 und
1/8 der Stützweite.
Besonders Form und Höhe des Bogens sind jedoch nicht nur von technischen Erwägungen
abhängig. Gerade das Zusammenspiel dieser beiden Größen bestimmt maßgeblich ob die
Brücke als architektonisch stimmig empfunden wird.
Des weiteren ist im allgemeinen eine gerade Anzahl von Hängern anzustreben. Dadurch wird
erreicht, dass die Mitte des Bogens, welche die Symmetrieachse darstellt, keinen Hänger
aufweist. Dies ist sowohl aus statischer, als auch aus architektonischer Sicht sinnvoll.

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3.3 Die DIN ­ Fachberichte
Mit den allgemeinen Rundschreiben Straßenbau ARS 8/2003 bis 13/2003 hat der
Bundesminister für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen die DIN ­ Fachberichte 100 bis 104
als für den Brückenbau verbindliches Regelwerk eingeführt. Diese Dokumente gelten im
einzelnen für die Bereiche:
DIN ­ Fachbericht 100:
Beton
DIN ­ Fachbericht 101:
Einwirkungen auf Brücken
DIN ­ Fachbericht 102:
Betonbrücken
DIN ­ Fachbericht 103:
Stahlbrücken
DIN ­ Fachbericht 104:
Stahlverbundbrücken
Im folgenden soll kurz auf die Historie der genannten DIN ­ Fachberichte eingegangen
werden.
Gerade im Bereich des Brückenbaus müssen unsere nationalen Regelwerke als größtenteils
veraltet angesehen werden, da sie den Entwicklungen und Erfahrungen der zurückliegenden
Jahre nur teilweise Rechnung tragen.
Aufgrund dieser Tatsachen beschloss im November 1996 der NABau ­
Koordinierungsausschuss 07.1 ,,Brücken" des Deutschen Instituts für Normung die
baldmöglichste Einführung des Eurocodes für den Straßen- und Eisenbahnbrückenbau unter
Beibehaltung des nationalen Sicherheitsniveaus in Deutschland.
Um dies zu ermöglichen wurde beschlossen, Nationale Anwendungsdokumente (NAD) in den
zuständigen NA ­ Bau ­ Ausschüssen erarbeiten zu lassen, die zusammen mit den
entsprechenden Eurocodes, bzw. Europäischen Vornormen (ENV) das neue Normenwerk für
die genannten Bereiche bilden sollten.
Es zeigte sich jedoch bereits in dieser frühen Phase, dass dieses Konzept zu einem Geflecht
von Einzelregelungen führt, das sich für den täglichen Gebrauch in der Praxis nicht eignet.
Dies beruht vor allen Dingen auch auf der Gestaltung der Eurocodes, die in weiten Teilen
keine selbstständigen Dokumente darstellen, sondern zahlreiche Rück- und Querverweise
enthalten.

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Die Konsequenz aus diesen Mängeln konnte also nur darin bestehen, ,,Zusammenfassungen"
zu erstellen, die durch ihre in sich geschlossene, und als ganzes lesbare Form, praxisgerecht
und verständlich wären.
Aus diesen Zusammenfassungen gingen schließlich die DIN ­ Fachberichte in ihrer heutigen
Form hervor.
Da aus rechtlichen Gründen bei der Vergabe von Aufträgen aus öffentlicher Hand eine
parallele Geltung von ,,alten" und ,,neuen" Regelwerken nicht möglich ist, wurden die DIN ­
Fachberichte 100 bis 104 am 01.05.2003 ohne Übergangsfrist als allein geltendes Regelwerk
eingeführt.

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4. Lastannahmen
4.1 Vorbemessung
Da es bei der Komplexität des Bauwerkes nicht sinnvoll wäre, die gesamte Bemessung, die
teils durch schrittweise Erhöhung der Querschnittssteifigkeiten erfolgt, am 3D ­ Modell
vorzunehmen, führe ich eine grobe Vorbemessung des Haupttragwerks (Bogen, Hänger,
Versteifungsträger) an einem einfachen, ebenen System durch.
X
Y
Z
Abb. 3, Ebenes System für Vorbemessung
Alle, im folgenden aufgeführten Belastungen, wirken direkt auf den Versteifungsträger.
Betrachtet wird ein Bogen, wobei angenommen wird, dass sich sämtliche vertikale Lasten
gleichmäßig auf die beiden Bögen verteilen.
4.1.1 Ständige Lasten
Eigengewicht von Längs- und Querträgern: (Mindestblechdicken)
g
k
=
78,5*(2*0,01*0,3+0,73*0,01)
=
1,04 kN/m
Trägerlängen:
Querträger
l=
10,75/SIN(65)
= 11,86
m
Längsträger
l=
53,72 m
g
k1
= (57,72*1,04*5+11,86/2*1,04*45)/57,72
=
10,01 kN/m

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Eigengewicht des Fahrbahnaufbaus: (Schotter, Schwellen, Schienen)
aus Tab. M1, [1]:
g
k
=
105,00 kN/m
g
k2
= 105/2
=
52,50 kN/m
g
k
Fahrbahn:
g
k
=
g
k1
+g
k2
=
62,51
kN/m
gew. g
k
=
70,00 kN/m
4.1.2 Verkehrslasten
Die Verkehrsbelastung wird entsprechend Lastmodell 71 angesetzt.
Abb. 4, Lastmodell 71, [5]

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4.2 3D ­ Modell
4.2.1 Lastverteilung
Da es auf Grund des vorhandenen Lastausbreitungswinkels im Schotter, sowie der
Abmessungen der Schwellen zu einer Lastverteilung kommt, muss untersucht werden, auf
welche Teile des Gitterrostes ein aufbringen der Lasten realistisch ist.
Durch Untersuchung eines einfachen Durchlaufträgers, welcher das Fahrbahnblech
symbolisiert, sowie der dazugehörigen Auflager, welche den Längsträgern entsprechen ergibt
sich die anzusetzende Lastverteilung.
Abb. 5, Lastverteilung auf die Längsträger
Hieraus lässt sich ableiten, dass ein Ansetzen der Lasten aus Lastmodell 71 auf den 2. bis 4.
Längsträger zu jeweils 1/3 q realistisch ist.
4.2.2 Ständige Lasten
Eigengewicht des Fahrbahnaufbaus: (Schotter, Schwellen, Schienen)
Das Eigengewicht der Fahrbahn ist nach Kapitel III, [1] zu ermitteln.
Für Fahrbahnen mit Standardquerschnitten kann das Fahrbahngewicht jedoch direkt aus
Tabelle M1, [1] entnommen werden.

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In den angegebenen Fahrbahngewichten sind enthalten:
o Schotterbett
nach
Regelausführung,
o Spannbetonschwellen,
Schienen UIC 60 mit Kleineisen,
o Hebungsreserve von 10 cm.
aus Tab. M1, [1]:
g
k
=
105,00 kN/m
g
k1
= 105/10
=
10,50 kN/m
g
k
Fahrbahnblech:
g
k2
=
1,00 kN/m
g= g
k1
+g
k2
=
11,50
kN/m
gleichmäßig auf allen 10 Längsträgern über gesamte Länge angesetzt
4.2.3 Verkehrslasten
Lastmodell 71 (in Längsrichtung gleichmäßig verteilt):
Das Lastmodell 71 stellt den statischen Anteil der Einwirkungen aus normalem
Eisenbahnverkehr dar und wirkt als Vertikallast auf das Gleis.
Obwohl ein Schema für die Lastausbreitung unter den Schwellen existiert, können für die
Bemessung des Gesamttragwerkes die 250 kN ­ Achslasten als in Längsrichtung gleichmäßig
verteilt angesehen werden.
Abb. 6, Gleichmäßige Verteilung der Achslasten

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aus Abb. 6.2, [1]:
q
k1
=
156,25/3
=
52,08 kN/m
q
k2
=
80,00/3
=
26,67 kN/m
gleichmäßig auf je 3 Längsträger pro Fahrspur angesetzt
Lastmodell SW:
Das Lastmodell SW ist nur anzusetzen, wenn die zu bebauende Strecke als Strecke mit
Schwerverkehr eingestuft ist, oder es sich bei der Brücke um einen Durchlaufträger handelt.
Da beide Voraussetzungen im vorliegenden Fall nicht gegeben sind, kann die Untersuchung
unter Ansatz des Lastmodells SW entfallen.
Unbeladener Zug:
Das Lastmodell ,,Unbeladener Zug" kann für Standsicherheitsnachweise unter Windlast
maßgebend sein. Es ist als Streckenlast von 12,5 kN/m anzusetzen.
q
k
=
12,50/3
=
4,17 kN/m
gleichmäßig auf je 3 Längsträger pro Fahrspur angesetzt
Dienstweg:
Die Dienstwege sind parallel zur Strecke verlaufende Wartungswege, die nur durch befugtes
Personal betreten werden.
Sie sind im vorliegenden Fall 0,75 m breit und an beiden Seiten der Brücke an der Außenseite
der Versteifungsträger angebracht. Sie sind durch eine gleichmäßig verteilte Flächenlast von 5
kN/m² belastet.
q
k
=
5*0,75
=
3,75 kN/m
gleichmäßig auf beide Versteifungsträger angesetzt.

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Da die Dienstwege statisch gesehen Kragarme darstellen, erzeugen sie ein
Streckentorsionsmoment in den Versteifungsträgern. Da dieses jedoch relativ klein ist, und
dem Torsionsmoment aus dem Anschluss der Querträger an die Versteifungsträger entgegen
wirkt, wird es aufgrund seiner entlastenden Wirkung nicht angesetzt.
Seitenstoß
Der Seitenstoß (Schlingerkraft) ist als horizontal in Oberkante Schiene angreifende Einzellast
rechtwinklig zur Gleisachse anzunehmen.
Der charakteristische Wert des Seitenstoßes ist anzusetzen mit:
Q
k
=
100,00 kN
In Brückenmitte auf den mittig unter der Fahrspur liegenden Längsträger angesetzt.
Einwirkungen aus Anfahren und Bremsen
Brems- und Anfahrkräfte wirken auf Höhe der Oberkante Schiene in Längsrichtung des
Gleises. Sie sind als gleichmäßig verteilt über die Einflusslänge L der Einwirkung für das
jeweilige Bauteil anzusetzen.
Die charakteristischen Werte sind wie folgt anzunehmen:
Anfahrkraft:
L=
57,72 m
Q
lak
= 33*L
=
1904,76 kN > 1000 kN
Q
lak
=
1000,00 kN
Bremskraft:
Q
lbk
= 20*L
=
1154,40 kN < 6000 kN

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Nach Tab. K1, [1] dürfen die Werte der längsgerichteten Einwirkungen um einen Faktor
abgemindert werden, der berücksichtigt, dass ein Teil der Längskräfte über die Schienen abgeleitet
wird und somit das Bauwerk nicht belastet.
=
0,50
Q
k,Anfahren
= Q
lak
*
=
500,00
kN
Q
k,Bremsen
=
Q
lbk
*
=
577,20
kN
Die Belastung wird gleichmäßig auf den, mittig unter der Fahrbahn liegenden Längsträger
angesetzt.
Temperatureinwirkungen
Das Temperaturprofil in einem einzelnen Bauteil kann in 4 Anteile aufgeteilt werden.
Abb. 7, Anteile des Temperaturprofils
Bei Brücken sollten in der Regel nur der konstante Temperaturanteil und der lineare
Temperaturunterschied mit ihren entsprechenden repräsentativen Werten berücksichtigt
werden.
Konstanter Temperaturanteil:
Die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Niveau der konstanten
Temperaturanteile verursacht in Tragwerken ohne Verformungsbehinderung eine
Längenänderung.

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Der konstante Temperaturanteil kann in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur mittels
Abb. 8 bestimmt werden:
Abb. 8, Korrelation zwischen Außenlufttemperatur und konstantem Temperaturanteil
Im vorliegenden Fall ist der Fahrbahnüberbau in Gruppe 1 einzustufen.
Die charakteristischen Außenlufttemperaturen für eine Wiederkehrperiode von 50 Jahren
werden aus Abschnitt 6.3.1.3.2, [1] entnommen.
T
max
=
37 °C
T
min
=
-24 °C
aus Abb. 8:
T
e,max
=
53 °C
T
e,min
=
-16 °C
T
N
=
T
e,max
-T
e,min
=
69 K
wird als Temperaturbelastung konstant auf sämtliche Bauteile angesetzt.

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Konstant zwischen verschiedenen Bauteilen:
In gewissen Tragwerken können Unterschiede der konstanten Temperaturanteile zwischen
verschiedenen Bauteilen (z.B. Bogen und Hänger zu Versteifungsträger) zu ungünstigen
Beanspruchungen führen.
Anzusetzende Temperaturdifferenz:
T=
±15 K
wird als Temperaturdifferenz konstant auf Bogen und Hänger angesetzt.
Linearer Temperaturunterschied:
Zu bestimmten Zeitperioden verursachen eine Erwärmung und Abkühlung der Oberfläche des
Brückenüberbaus maximale positive und negative Temperaturänderungen.
Die daraus herrührenden Effekte sollen durch gleichwertige positive und negative lineare
Temperaturunterschiede nach Tab. 6.1, [1] erfasst werden.
Da in den hier angegebenen Werten die Dicke des entsprechenden Überbaus pauschal mit 50
mm angenommen wird, sind die Werte für Bauteile mit anderen Überbaustärken mit dem
Faktor K
sur
aus Tab. 6.2, [1] zu berichtigen.
Bogen und Versteifungsträger:
T
M,pos,50mm
=
18 °C
T
M,neg,50mm
=
-13 °C
K
sur,oben
=
1,6
K
sur,unten
=
0,6
T
M,pos
=
T
M,pos,50mm
*K
sur,oben
=
28,8
°C
T
M,neg
=
T
M,neg,50mm
*K
sur,unten
=
-7,8
°C

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Trägerrost:
T
M,pos,50mm
=
18 °C
T
M,neg,50mm
=
-13 °C
K
sur,oben
=
0,6 °C
K
sur,unten
=
1,4
T
M,pos
=
T
M,pos,50mm
*K
sur,oben
=
10,8
°C
T
M,neg
=
T
M,neg,50mm
*K
sur,unten
=
-18,2
°C
wird als Temperaturbelastung auf sämtliche Bauteile angesetzt.
Windeinwirkungen
Die Ermittlung der Windeinwirkung erfolgt über die Eingangswerte b/d und z
e
nach Tab. N1,
[1].
Definition der Eingangswerte:
b
Breite der Brücke
d
Höhe der Brücke, gegebenenfalls unter Einbeziehung von Verkehrsband, bzw.
Lärmschutzwand
z
e
Höhe der Windresultierenden über Gelände oder mittlerem Wasserstand
Wind ohne Verkehr:
b=
11,50 m
d=
1,54 m
b/d =
7,47
z
e
< 20m
W=
1,90 kN/m²
wird als horizontal wirkende Streckenlast angesetzt

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Wind mit Verkehr:
b=
11,50 m
d=
5,54 m
b/d =
2,08
m
z
e
< 20m
0
=
0,6
W= 2,80*
0
=
1,68 kN/m²
Wird als horizontal wirkenden Streckenlasten sowie Streckenmoment aus Hebelarm des
Verkehrsbandes angesetzt.
4.2.4 Außergewöhnliche Einwirkungen
Entgleisung auf Brücken
Da bei Stabbogenbrücken tragende Konstruktionsteile (Hänger, Bogen ) oberhalb der
Fahrbahn vorhanden sind, die durch Abprall eines entgleisenden Fahrzeuges beschädigt oder
zerstört werden können, sind Führungen mit zugehörigen Fangvorrichtungen nach Standards
der Eisenbahn ­ Infrastrukturunternehmen herzustellen.
Da durch diese konstruktive Maßnahme ein Entgleisen ausgeschlossen werden kann, sind
keine weiteren Nachweise zu führen.
Fahrleitungsbruch
Der Lastfall Fahrleitungsbruch berücksichtigt je nach Anzahl der vorhandenen Gleise die
Belastung auf Grund des Versagens eines oder mehrerer Tragseile und Fahrdrähte.
Da auf der vorhandenen Strecke jedoch keine Fahrleitungen installiert sind (reiner
Streckenbetrieb über dieselbetriebene Zugfahrzeuge) und ein solcher Ausbau auch in Zukunft
nicht vorgesehen ist, wird auf den Ansatz der entsprechenden Ersatzlasten verzichtet.

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Anprall von Straßenfahrzeugen
Auch für Eisenbahnbrücken ist die Berücksichtigung eines möglichen Anpralls von
Straßenfahrzeugen zu berücksichtigen.
Das vorliegende Brückenbauwerk überspannt bei einer Länge von ca. 60 m sowohl die Ruhr
als auch einen Feldweg.
Der Feldweg, der das Bauwerk in unmittelbarer Nähe des südlichen Wiederlagers unterquert,
wird ausschließlich durch langsam fahrenden landwirtschaftlichen Verkehr genutzt, von dem
keine Gefährdung für die Standsicherheit des Bauwerkes ausgeht.
Die Ruhr ist in diesem Bereich nicht für den Schiffsverkehr ausgebaut, woran sich aufgrund
der geringen Breite von ca. 30 m auch in Zukunft nichts ändern dürfte.
4.2.5 Dynamischer Beiwert
Da es sich bei der Belastung durch Eisenbahnverkehr nicht um eine ruhende Belastung
handelt, müssen die aus Lastmodell 71 stammenden vertikalen Verkehrslasten durch Ansatz
des dynamischen Beiwertes
erhöht werden.
Der dynamische Beiwert
ist zur Erhöhung statischer Lasten jedoch nur dann geeignet, wenn
die Eigenfrequenz n
0
innerhalb vorgegebener Grenzen liegt. Die Eigenfrequenz n
0
errechnet
sich auf Grundlage der Durchbiegung unter ständigen Lasten
0
.
Oberer Grenzwert:
L=
57,72 m
n
0,max
= 94,76*L
-0,748
=
4,56 Hz
Unterer Grenzwert:
n
0,min
= 23,58 *L
-0,592
=
2,14 Hz

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Eigenfrequenz des Bauwerkes:
0
=
38,57 mm
n
0
=
17,74/
(
0
) =
2,86 Hz
2,14 < 2,86 < 4,56 Hz
Da n
0
innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt, darf die Berücksichtigung dynamischer
Einflüsse mit
erfolgen.
Um
zu errechnen müssen zunächst die maßgebenden Längen aus Tab. 6.2, [1] entnommen
werden.
Maßgebende Längen
Deckblech und Längsträger
L
=
3*1,31
=
3,93 m
Querträger
L
=
2*13,00
=
26,00
m
Versteifungsträger und Bogen
L
=
0,5*57,72
=
28,86
m
Hänger
L
=
4*5,25
=
21,00
m
Hieraus lassen sich nun die Schwingbeiwerte berechnen. Ist nichts anderes angegeben, kann
von sorgfältiger Unterhaltung der Gleise ausgegangen werden. Daher ist als maßgebender
Schwingbeiwert
2
anzusetzen.

Details

Seiten
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2003
ISBN (eBook)
9783832475345
ISBN (Paperback)
9783838675343
DOI
10.3239/9783832475345
Dateigröße
1.9 MB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft – Architektur und Bauwesen
Erscheinungsdatum
2003 (Dezember)
Note
1,3
Schlagworte
stabbogenbrücke eisenbahnbrücke stahlbau din-fachbericht eurocode
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Titel: Planung und Berechnung einer stählernen Eisenbahnbrücke, ausgeführt als zweigleisige Stabbogenbrücke nach den neuen DIN-Fachberichten 101 und 103
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