Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke nach DIN und EC4 mit Vergleich der Bemessungsergebnisse

Krüger, Thomas

Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke nach DIN und EC4 mit Vergleich der Bemessungsergebnisse

Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
Straßenbrücken in Stahlverbundbauweise stellen immer mehr eine wettbewerbsfähige Alternativlösung gegenüber Brücken mit Spannbetonüberbauten dar.
Es ist hierbei von besonderer Bedeutung die jeweiligen spezifischen Werkstoffeigenschaften dort einzusetzen, wo sie am besten ausgenutzt werden können. Das heißt, das der Beton in der Druckzone und der Stahl in der Zug- bzw. Biegezugzone anzuordnen sind.
In der nachfolgenden Arbeit wird anhand einer Bemessung eines dreifeldrigen Stahlverbundüberbaus die Bemessungsergebnisse hinsichtlich Abweichungen, unterschiedlichen Vorgehensweisen und Auswirkungen untersucht, welche sich bei der Einführung des Eurocodes 4 gegenüber den gewohnten noch gültigen DIN Normen ergeben.
Nach Wiedergabe einer allgemeinen Einführung in die Stahlverbundbauweise werden die beiden Normen hinsichtlich Regelwerke, Geltungsbereich und Grundlagen für den Entwurf und Bemessung gegenübergestellt. Danach wird der zu untersuchende Brückenüberbau erläutert.
In Anlage 1 wird der Überbau zunächst nach den Regelwerken der DIN und anschließend in Anlage 2 nach den Regelwerken des Eurocode 4, Teil 2 bemessen.

Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.EINLEITUNG1
2.EINFÜHRUNG IN DIE STAHLVERBUNDBAUWEISE2
2.1Allgemeines2
2.2Grundsätzliches zu Verbundüberbauten2
3.GEGENÜBERSTELLUNG DER NORMEN6
3.1Vorbemerkung6
3.2Geltungsbereiche, Regelwerke6
3.3Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bemessung8
3.3.1Lastannahmen, Einwirkungen und ihre Bemessungswerte8
3.3.1.1Allgemeines8
3.3.1.2Eigenlast9
3.3.1.3Vertikale Verkehrslast10
3.3.2Sicherheitskonzept12
3.3.2.1Allgemeines12
3.3.2.2Grenzzustand der Tragfähigkeit12
3.3.2.3Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit14
3.3.2.4Baustoffeigenschaften15
3.3.3Berechnungsgrundlagen17
3.3.3.1Allgemeines17
3.3.3.2Allgemeines zu den Bemessungsverfahren17
3.3.3.3Grenzzustand der Tragfähigkeit18
3.3.3.4Querschnitte20
3.3.3.5Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit30
3.3.3.6Verbundsicherung und Verbundmittel33
4.ÜBERBAU36
4.1Annahmen, Randbedingungen36
4.2Tragkonstruktion36
5.GEGENÜBERSTELLUNG DER BEMESSUNGSERGEBNISSE37
5.1Allgemeines37
5.2Trägheitsmomente zur Ermittlung der Schnittgrößen37
5.3Charakteristische Werte der Einwirkungen37
5.3.1Temperaturbelastung38
5.3.2Momente38
5.4Spannungen39
5.5Verdübelung39
5.5.1Dübeltragfähigkeit39
5.5.2Erforderliche Dübelanzahl40
6.ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK41
7.VERWENDETE NORMEN, RICHTLINIEN, […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

ID 9307

Krüger, Thomas: Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke

nach DIN und EC4 mit Vergleich der Bemessungsergebnisse

Druck Diplomica GmbH, Hamburg, 2006

Zugl.: Fachhochschule Karlsruhe, Diplomarbeit, 2001

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Dipl.-Ing. (FH) Thomas Krüger, MBA

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Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke nach DIN und EC 4 mit

Vergleich der Bemessungsergebnisse (Note: sehr gut)

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Allgemein

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Vorwort

Herrn Prof. Dr.-Ing. Baumann möchte ich für die Betreuung, Unterstützung und die wertvol-

len Anregungen während der Diplomarbeit danken.

Ein besonderer Dank gilt der Firma Sofistik AG für die Bereitstellung des Statikprogramms.

Mein ganz herzlicher Dank auch an Uwe Häberle vom Ingenieurbüro Leonhardt, Andrä und

Partner in Berlin für die anregende Diskussionen und die Unterstützung bei der Entstehung

dieser Diplomarbeit.

Hiermit erkläre ich, daß die vorliegende Arbeit selbständig angefertigt und alle benutzten

Hilfsmittel und Quellen angegeben habe.

Karlsruhe, 28. März 2001

Thomas Krüger

Inhaltsverzeichnis

- I -

INHALTSVERZEICHNIS

1 EINLEITUNG ... 1

2 EINFÜHRUNG IN DIE STAHLVERBUNDBAUWEISE ... 2

2.1 Allgemeines ... 2

2.2 Grundsätzliches

zu Verbundüberbauten... 2

3 GEGENÜBERSTELLUNG DER NORMEN ... 6

3.1 Vorbemerkung ... 6

3.2 Geltungsbereiche, Regelwerke... 6

3.3 Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bemessung... 8

3.3.1 Lastannahmen,

Einwirkungen

und ihre Bemessungswerte ... 8

3.3.1.1 Allgemeines... 8

3.3.1.2 Eigenlast... 9

3.3.1.3 Vertikale Verkehrslast ... 10

3.3.2 Sicherheitskonzept ... 12

3.3.2.1 Allgemeines... 12

3.3.2.2 Grenzzustand

der Tragfähigkeit... 12

3.3.2.3 Grenzzustand

der

Gebrauchstauglichkeit... 14

3.3.2.4 Baustoffeigenschaften... 15

3.3.3 Berechnungsgrundlagen... 17

3.3.3.1 Allgemeines... 17

3.3.3.2 Allgemeines

den Bemessungsverfahren... 17

3.3.3.3 Grenzzustand

der Tragfähigkeit... 18

3.3.3.4 Querschnitte... 20

3.3.3.5 Grenzzustand

der

Gebrauchstauglichkeit... 30

3.3.3.6 Verbundsicherung und Verbundmittel... 33

4 ÜBERBAU ...36

4.1 Annahmen,

Randbedingungen ...36

4.2 Tragkonstruktion...36

5 GEGENÜBERSTELLUNG

DER

BEMESSUNGSERGEBNISSE...37

5.1 Allgemeines ...37

5.2 Trägheitsmomente zur Ermittlung der Schnittgrößen ...37

5.3 Charakteristische

Werte der Einwirkungen...37

5.3.1 Temperaturbelastung:... 38

5.3.2 Momente ... 38

5.4 Spannungen ...39

Inhaltsverzeichnis

5.5 Verdübelung ...39

5.5.1 Dübeltragfähigkeit... 39

5.5.2 Erforderliche Dübelanzahl ... 40

6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ...41

7 VERWENDETE NORMEN, RICHTLINIEN, EUROCODES ...43

8 LITERATUR...45

9. STAHLVERBUNDBRÜCKE: LÄNGS- UND QUERSCHNITT...47

ANLAGE 1

Bemessung eines Verbundüberbaus nach den Bestimmungen der DIN...A 1

Grafische Darstellung der Schnittgrößen und Spannungen

ANLAGE 2

Bemessung eines Verbundüberbaus nach den Bestimmungen des EC 4...B 2

Grafische Darstellung der Schnittgrößen und Spannungen

1. Einleitung

1 Einleitung

Straßenbrücken in Stahlverbundbauweise stellen immer mehr eine wettbewerbsfähige Alter-

nativlösung gegenüber Brücken mit Spannbetonüberbauten dar.

Es ist hierbei von besonderer Bedeutung die jeweiligen spezifischen Werkstoffeigenschaften

dort einzusetzen, wo sie am besten ausgenutzt werden können. Das heißt, das der Beton in der

Druckzone und der Stahl in der Zug- bzw. Biegezugzone anzuordnen sind.

In der nachfolgenden Arbeit wird anhand einer Bemessung eines dreifeldrigen Stahlverbund-

überbaus die Bemessungsergebnisse hinsichtlich Abweichungen, unterschiedlichen Vorge-

hensweisen und Auswirkungen untersucht, welche sich bei der Einführung des Eurocodes 4

gegenüber den gewohnten noch gültigen DIN Normen ergeben.

Nach Wiedergabe einer allgemeinen Einführung in die Stahlverbundbauweise werden die

beiden Normen hinsichtlich Regelwerke, Geltungsbereich und Grundlagen für den Entwurf

und Bemessung gegenübergestellt. Danach wird der zu untersuchende Brückenüberbau erläu-

tert. In Anlage 1 wird der Überbau zunächst nach den Regelwerken der DIN und anschließend

in Anlage 2 nach den Regelwerken des Eurocode 4, Teil 2 bemessen.

2. Einführung in die Stahlverbundbauweise

2 Einführung in die Stahlverbundbauweise

2.1 Allgemeines

Durch den Ausbau des Straßenverkehrsnetzes in den neuen Bundesländern müssen zahlreiche

Brücken erneuert oder neu gebaut werden. Hierbei sind immer wiederkehrende Straßenquer-

schnitte zu überführen. In den meisten Fällen sind es die Regelquerschnitte RQ 10,5 und

RQ 15,5.

An diese Überführungsbauwerke werden im wesentlichen die folgenden Anforderungen ge-

stellt:

niedrige Herstellungskosten

möglichst kurze Bauzeiten

geringe Verkehrsbeeinträchtigung

niedrige Erhaltungskosten

geringe Bauhöhe

ansprechende Gestaltung

Diese Forderungen erfüllt die Verbundbauweise in hervorragendem Maße. Sie ermöglicht

zum einen sehr schlanke Überbauten, einfache Montage, kurze Bauzeit und extrem geringe

Verkehrsbehinderung. Zum anderen besteht die Möglichkeit, wegen dem Bausatzprinzip, eine

spätere einfache Fahrspurverbreiterung. [20]

2.2 Grundsätzliches

Verbundüberbauten

Verbundbau bedeutet im konstruktiven Ingenieurbau das planmäßige Zusammenwirken ver-

schiedener Baustoffe in einem Bauteil zum Verbessern des Trag- und Verformungsverhaltens.

Das Besondere an der Verbundbauweise läßt sich wie folgt kurz zusammenfassen:

Stahl und Beton werden entsprechend ihrer Eigenschaft eingesetzt

kraftschlüssige Verbindung durch Kopfbolzendübel zwischen beiden Baustoffen

relativ leichter Überbau

geringe Bauhöhe

gering Montagekosten bei in Betrieb befindlichen Verkehrswegen

Spannungszustände im Gebrauchszustand werden durch die Herstellungsverfahren

stark beeinflußt (vgl. Abb.1)

2. Einführung in die Stahlverbundbauweise

Die Betonfahrbahnplatte beim Verbundquerschnitt übernimmt im Brückenbau zwei Funktio-

nen.

Plattenwirkung:

Querabtragung der Lasten zu den Längsträgern

Scheibenwirkung:

Obergurt des Verbundträgers

Je nach Ausbildung des Stahlträgerobergurtes unterscheidet sich das Tragverhalten der Ver-

bundkonstruktion. Verbundkonstruktionen mit großem Stahlträgerobergurt besitzen eine sehr

hohe Tragfähigkeit, wo hingegen kleine Stahlträgerobergurte nur sehr geringe Tragfähigkeit

besitzen. Diese sind beim Betonieren mit Hilfsstützen zu unterbauen.

Es wird in Abhängigkeit der Unterstützung des Trägers beim Betonieren in verschiedene Ver-

bundgrade unterschieden:

Der Grenzwert ist der Eigengewichtsverbund mit einem sehr kleinen Stahlträger-

obergurt, bei dem die Stahlträger beim Betonieren mit Hilsstützen unterbaut sind.

Und der Verkehrslastverbund mit einem recht großen Stahlträgerobergurt, bei dem

die Fahrbahnplatte ohne Unterstützung der Stahlträger betoniert wird. Das Eigenge-

wicht des Stahlträgers und des Frischbetons (Aufbeton) einschließlich der Schalung

(Betonfertigteilplatte) muß hier vom Stahlträger allein abgetragen werden. Erst die

Ausbaulasten und die Verkehrslasten wirken auf den Verbundquerschnitt.

Abbildung 1: Biegemomente und Spannungen aus Eigenlast bei unterschiedlichen Herstellungs-

verfahren (nach Roik) [1]

2. Einführung in die Stahlverbundbauweise

Leider stehen den statischen und konstruktiven Vorteilen auch gewisse Problematiken gegen-

über. Stahl ist ein elastischer Festkörper mit konstanten, d.h. zeitunabhängigen Material- und

Festigkeitskennwerten. Beton jedoch entzieht sich der Belastung in Form von Kriechen und

Schwinden. Diese Einflußgrößen sind zeitabhängig, deshalb müssen sämtliche Einwirkungen

auf den Verbundträger nach ihrer Einwirkungsdauer und dem Betonalter unterschieden wer-

den.

Für die Berechnung von Verbundträgerkonstruktionen hat sich in den letzten Jahren das soge-

nannte Gesamtquerschnittsverfahren durchgesetzt. Das Verfahren ist auf reine Trägerkon-

struktionen begrenzt, welche die häufigste Anwendung findet.

Für die Ermittlung der wirksamen Querschnittswerte und Spannungen wird daher anstelle des

inhomogenen Verbundquerschnittes mit einem fiktiven, elastischen Gesamtquerschnitt aus

Stahl gerechnet. Für die Betonfläche und Betonträgheitsmoment werden Reduktionszahlen

eingeführt, mit deren Hilfe die Gesamtquerschnittswerte ermittelt werden. An diesem Quer-

schnitt können dann Spannungen und Verformungen berechnet werden. Die Reduktionszah-

len werden über das Verhältnis der E-Moduli von Stahl und Beton zum jeweiligen Betonalter

gebildet, wobei der Reduktionsfaktor um so größer ist, desto jünger und damit ,,weicher" der

Beton ist. Ähnlich wird mit den Einflußgrößen beim Schwinden und Relaxation verfahren.

Die Spannungen werden mit den lastfallabhängigen Schnittgrößen und den dazugehörigen

Querschnittsgrößen ermittelt. Dabei ist zu beachten, daß die Betonteile ebenfalls um den Re-

duktionsfaktor reduziert werden, da diese geringere Kräfte als der Stahl aufnehmen können.

Aus dieser Betrachtung ergeben sich dann unterschiedliche Spannungsgradienten im Stahl

und im Betonobergurt. [20]

Abbildung 2: Spannung und Dehnung eines Verbundquerschnittes im Feldbereich [1]

2. Einführung in die Stahlverbundbauweise

Abbildung 3: Spannungen und Dehnungen eines Verbundquerschnittes im Stützbereich [1]

Wie Abbildung 3 zeigt wird die maximale Betonzugfestigkeit im Stützbereich überschritten

und das hat zur Folge das der Beton an dieser Stelle reißt. Dort darf der Querschnitt dann

nicht mehr voll zum tragen kommen. Die Momente müssen an dieser Stelle weitestgehend

vom Stahlträger aufgenommen werden.

Vereinfachend wird in der Praxis nur zwischen dem Zustand I (ungerissener Beton) und dem

Zustand II (gerissener Beton) unterschieden. Im Zustand II wird also kein Mitwirken des Be-

tons zwischen den Rissen berücksichtigt. Um dies aber dennoch zu Berücksichtigen wird je-

weils über 15% der angrenzenden Felder die Steifigkeit des Zustandes II angesetzt. Alle übri-

gen Bereiche erhalten Zustand I. In Abbildung 4 wird diese Momenteumlagerung und der

Näherungsansatz dargestellt. [1]

Abbildung 4: Ansatz für die Näherungsberechnung zur Berücksichtigung des gerissenen Betongurts im Stütz-

bereich. [1]

3. Gegenüberstellung der Normen

3 Gegenüberstellung der Normen

3.1 Vorbemerkung

Es wird zunächst eine Sichtung der Normen durchgeführt und anschließend aufgelistet. Es

können in dieser Arbeit nicht alle Themen abgehandelt werden, daher wird vielmehr auf die

grundlegenden Unterschiede, die sich seit der Einführung des Eurocodes gegenüber den DIN

Normen ergeben haben, eingegangen.

3.2 Geltungsbereiche,

Regelwerke

DIN:

In den noch gültigen DIN Normen gibt es keine eigene Norm für die Stahlverbundbauweise.

So wurde aus einer Vielzahl von Normen, Vorschriften, Bestimmungen und Merkblättern

eine ,,Richtlinie für die Bemessung und Ausführung von Stahlverbundträgern" zusammenge-

faßt. Diese Richtlinie behandelt nur die Besonderheit der Stahlträgerverbundbauweise. Für

alle anderen Bauwerksteile (Stahlbetonteil, Spannbetonteil und Stahlkonstruktion) gelten,

sofern nichts anderes gesagt ist, weiterhin die gültigen Normen.

Nachfolgend sind, die für den Brückenbau spezifische Gebiete dieser Richtlinie aufgeführt:

Belastungsannahmen:

DIN 1055

Teil 1-6; Lastannahmen für Bauten

DIN 1072

Straßen- und Wegbrücken, Lastannahmen

DS 804

Vorschriften für Eisenbahnbrücken und sonstige Ingenieurbauwerke

(VEI) Teil 2 Lastannahmen

Normen und Richtlinien für Stahlbauteile:

DIN 1000

Stahlbauten; Ausführung

DIN 1073

Stählerne Straßenbrücken; Berechnungsgrundlage

DIN 1079

Stählerne Straßenbrücken; Grundsätze für die Bauliche Durchbildung

DIN 4101

Geschweißte Stählerne Straßenbrücken

DIN 4114

Stahlbau; Stabilitätsfälle (Knicken, Kippen, Beulung); Berechnungs-

grundlagen

DIN 17100

Allgemeine Baustähle; Gütevorschriften

3. Gegenüberstellung der Normen

DIN 18800

Teil 1 und Teil 2, Stahlbauten, Bemessung und Konstruktion; Stabili-

tätsfälle (Ausg. Nov. 1990)

DS 804

Vorschriften für Eisenbahnbrücken und sonstige Ingenieurbauwerke

(VEI)

DASt Ri. 12 Beulen

Normen und Richtlinien für Querschnittsteile aus Stahlbeton und Spannbeton:

DIN 488

Teil 1 - 6 Betonstahl

DIN 1045

Beton- und Stahlbeton

DIN 1075

Massive Brücken; Bemessung und Ausführung

DIN 1084

Teil 1 3 Güteüberwachung im Beton- und Stahlbetonbau

DIN 4227

Teil 1 Spannbeton; Bauteile aus Normalbeton mit beschränkter

oder voller Vorspannung

DafStb Heft 220, 240 Hilfsmittel für die Berechnung und Bemessung von Beton-

Stahlbetonbauteilen

Normen, Richtlinien und Merkblätter für Verbundmittel:

DIN 32500

Teil 2 Bolzen für Bolzenschweißen mit Hubzündung, Zylinder-

stifte Z

DIN 32500

Teil 3 Bolzen für Bolzenschweißen mit Hubzündung, Betonan-

ker und Kopfbolzen B

DVS-Merkblatt 0901 Bolzenschweißverfahren für Metalle

DVS-Merkblatt 0902 Lichtbogenbolzenschweißen mit Hubzündung

DVS-Merkblatt 0904 Lichtbogenbolzenschweißen mit Ringzündung

DVS-Merkblatt 0905 Sicherung der Güte von Bolzenschweißverbindungen;

Teil 1 Bolzenschweißen mit Hub- und Ringzündung

EC:

Im Gegensatz zur DIN Norm ist im Eurocode 4 ,,Bemessung und Konstruktion von Verbund-

tragwerken aus Stahl und Beton" ein großer Teil dieser Normen und Richtlinien eingegliedert.

Der Eurocode 4 ist in verschiedene Teile untergliedert. Der Teil 1-1 enthält allgemeine

Grundlagen zur Bemessung von Verbundtragwerken und bauteilen des Hoch- und Ingeni-

eurbaus.

3. Gegenüberstellung der Normen

Dieser Teil ist generell zusammen mit den Teilen 1-1 des Eurocodes 2 ,,Grundlagen und An-

wendungsregeln für den Hochbau" und des Eurocodes 3 ,,allgemeine Bemessungsregeln für

den Stahlbau" zu verwenden!

Der Teil 1-2 des Eurocode 4 beinhaltet den Brandschutz und Teil 2 den Verbundbrückenbau.

Der Teil 1-2 ist zur Zeit noch in Bearbeitung.

Auf dem Gebiet des Verbundbrückenbaus hat die europäische Harmonisierung erst begonnen.

So liegt der Eurocode 4, Teil 2 erst seit dem Juni 2000 vor.

Der Eurocode 4 gilt für den Entwurf, die Berechnung und die Bemessung von Verbundtrag-

werken des Hoch- und Ingenieurbaus. Er behandelt ausschließlich Anforderungen an die

Tragfähigkeit, die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftigkeit von Tragwerken. Andere

Anforderungen wie z.B. Wärme-, Schallschutz und Erdbeben werden nicht behandelt. Bei der

Ausführung von Verbundkonstruktionen wird auf den Eurocode 2 und 3 verwiesen.

Zudem Eurocode 4 wurde die DASt-Richtlinie 104 als Nationales Anwendungsdokument

geltend gemacht. Diese beinhaltet eine Zusammenstellung der in Deutschland geltende Be-

zugsnormen, Erläuterungen der englischen Begriffe, Regelungen für den Ansatz der Einwir-

kungen und weitere Einzelregulierungen. [1,5]

3.3 Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bemessung

3.3.1 Lastannahmen, Einwirkungen und ihre Bemessungswerte

3.3.1.1 Allgemeines

DIN:

Brücken werden in erster Linie durch Eigenlast und Verkehrslast beansprucht. Die Verkehrs-

lasten sind idealisiert und je nach Verwendungszweck der Brücke (Straßen- oder Eisenbahn-

brücke) so festgelegt, daß sie der realen Belastung möglichst nahe kommen. Entsprechend

ihrer Bedeutung wird unterscheiden in Hauptlasten, Zusatzlasten und Sonderlasten. Diese sind

dann möglichst in ungünstigster Zusammenfassung zu überlagern und bilden die verschie-

densten Lastfälle und die daraus resultierende Lastkombinationen. [6]

EC:

Bei der Bemessung nach Eurocode wird im Unterschied zu den Lastannahmen nach DIN

(DIN 1055, DIN 1072, ...), in der von ständigen Lasten und Verkehrslasten gesprochen wird,

von Einwirkungen gesprochen. Es wird in 2 Arten von Einwirkungen unterschieden, den

3. Gegenüberstellung der Normen

direkten und den indirekten Einwirkungen. Des weiteren wird noch nach der zeitlichen Ver-

änderlichkeit unterschieden, den ständigen, veränderlichen und den außergewöhnlichen Ein-

wirkungen. [1]

In dieser Arbeit werden, obwohl die verschiedenste Belastungsmöglichkeiten entstehen kön-

nen, nur die maßgebenden vertikalen Lasten behandelt.

Der Einfluß der horizontalen Lasten ist vernachlässigbar gering und daher nicht Gegenstand

dieser Arbeit, da horizontale Lasten über Scheibenwirkung abgetragen werden.

3.3.1.2 Eigenlast

DIN:

Die Eigenlasten werden nach den Bestimmungen der DIN 1055 Teil 1, Abs.7.4.1.5

mit

Beton

= 25 KN/m³,

Stahl

= 78,5 KN/m³, und dem entsprechendem Gewicht des Fahrbahn-

belages ermittelt.

Die Eigenlastanteile werden unterteilt in:

g1: Stahleigengewicht

g2: Betoneigengewicht

Ausbaulasten

Diese werden getrennt auf das Bauwerk aufgebracht und zusätzlich ist nach DIN 1072, Abs.

3.1.1 eine Last von 0,5 KN/m² durchgehend über die ganze Fahrbahnfläche für den Mehrein-

bau von Fahrbahnbelag beim Herstellen einer Ausgleichsgradiente anzusetzen.

EC:

Die Eigenlasten werden nach den Bestimmungen des EC 1, Teil 2-1 Tab. 4.1

mit

Beton

= 25 KN/m³,

Stahl

= 78,5 KN/m³,

und nach EC 1, Teil 2-1 Tab. 4.2 mit

Belag

= 25 KN/m³ ermittelt.

Die Eigenlastanteile werden unterteilt in:

g1: Stahleigengewicht

: Betoneigengewicht

Ausbaulasten

Diese werden getrennt auf das Bauwerk aufgebracht und zusätzlich ist eine Last von

0,5 KN/m² durchgehend über die ganze Fahrbahnfläche für den Mehreinbau von Fahrbahnbe-

3. Gegenüberstellung der Normen

lag beim Herstellen einer Ausgleichsgradiente anzusetzen (entsprechend DIN 1072,

Abs. 3.1.1).

3.3.1.3 Vertikale Verkehrslast

DIN:

Die Verkehrsregellasten werden nach den Bestimmungen der DIN 1072, Tab. 1 entsprechend

den Brückenklassen 60/30 oder 30/30 angesetzt. Aus dynamischer Belastung muß bei

Brücken der Schwingfaktor

angesetzt werden.

Abbildung 5: Verkehrsregellasten der Regelklassen nach DIN 1072 (Auszug) [10]

3. Gegenüberstellung der Normen

EC:

Die Einwirkungen aus Verkehr auf Straßenbrücken werden nach den Bestimmungen des

EC 1, Teil 3 Abs. 4.3.3 durch vier verschiedene ,,Lastmodelle" dargestellt.

Lastmodell 1:

Doppelachslast und gleichmäßig verteilte Flächenlast für die Einwirkung aus Schwer-

lastfahrzeugen und PKW (Abbildung 6).

Abbildung 6: Lastmodell 1 nach EC 1, Teil 3 [9]

Lastmodell 2:

Einzelachse für örtliche Nachweise.

Abbildung 7: Lastmodell 2 nach EC 1, Teil 3 [9]

3. Gegenüberstellung der Normen

Lastmodell 3:

Achslasten und Anordnung der Achsen für ausgewählte Spezialfahrzeuge.

Abbildung 8: Lastmodell 3 nach EC 1, Teil 3 [9]

Lastmodell 4:

Gleichmäßig verteilte Flächenlast für Menschengedränge (5 KN/m²).

3.3.2 Sicherheitskonzept

3.3.2.1 Allgemeines

Bei der Bemessung von Verbundkonstruktionen wird zwischen den Grenzzuständen der Trag-

fähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit unterschieden.

3.3.2.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit

In den Grenzzuständen der Tragfähigkeit ist die geforderte Bauwerkszuverlässigkeit (Sicher-

heit) gegeben, wenn der Bemessungswert den entsprechenden Wert der maximal zulässigen

Beanspruchbarkeit des Materials nicht überschreitet. Im allgemeinen wird der Nachweis auf

der Grundlage der Schnittgrößen geführt.

DIN:

Das Sicherheitskonzept, daß der Stahlverbundträgerrichtlinie zugrunde liegt, verwendet einen

sogenannten globalen Sicherheitsfaktor

mit dem die Lasten multipliziert werden.

Für den Lastfall H im Sinne von Hauptlasten wird der übliche Sicherheitsfaktor von 1,7 des

Stahlbaus verwendet. In Ergänzung zu den Spannbetonträgern ist es bei Verbundträgern not-

wendig die rechnerische Bruchlast ebenfalls für den Lastfall HZ im Sinne von Haupt- und

Zusatzlasten zu berücksichtigen, sofern dies ungünstigere Werte ergibt. Der Sicherheitsfaktor

hierfür beträgt

= 1,5.

3. Gegenüberstellung der Normen

Bei statisch bestimmten Systemen wird daher die rechnerische Bruchlast mit den

- gestei-

gerten Lasten bestimmt.

Bei statisch unbestimmten Systemen addieren sich zu den Lastschnittgrößen aus Eigenge-

wicht und Verkehr noch Zwängungsschnittgrößen des Gesamtquerschnittes. Diese entstehen

infolge Schwinden des Betons oder Vorspannmaßnahmen und werden im Lastfall H mit dem

Faktor 1,0 der rechnerischen Bruchlast berücksichtigt.

EC:

Im Gegensatz zum globalem Sicherheitskonzept der Stahlverbundträgerrichtlinie werden die

Sicherheitsanforderungen in den Eurocodes durch Teilsicherheitsbeiwerte bei den Einwirkun-

gen und Widerständen (aufnehmbare Schnittgröße des Querschnittes) berücksichtigt. Die

Teilsicherheitsbeiwerte werden dabei auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite jeweils bei

den mit Unsicherheiten behafteten Einflußgrößen angesetzt. Die Bemessungswerte der ein-

wirkenden Schnittgrößen im Grenzzustand der Tragfähigkeit S

ergibt sich nach EC 4, Teil 2

Abs. 2.3.2.2 und EC 1, Teil 3 Abs. 2.2.

hierin bedeuten:

charakteristisacher Wert der ständigen Last

: veränderliche

Einwirkung

Q,i

Teilsicherheitsbeiwerte (nach Tab. 1)

0,i

Kombinationsbeiwert für veränderliche Einwirkungen nach EC 1,

Teil 3 Tab. C2

Tabelle 1: Teilsicherheitsbeiwerte

Beim Nachweis der Querschnittstragfähigkeit in den kritischen Schnitten ist bei den ständigen

Lasten entweder der Bemessungswert

= 0

oder

= 35

bzw.

= 5

für

das gesamte Tragwerk anzusetzen.

ungünstige Auswirkung

günstige Auswirkung

1,0

1,5

0,0

Art der Einwirkung

Ständige Einwirkung Gk Veränderliche Einwirkung Qk

1,35

3. Gegenüberstellung der Normen

3.3.2.3 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

Die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit beschreiben Zustände, bei denen die vereinbar-

ten Nutzungsbedingungen nicht mehr erfüllt sind.

Dies sind u.a.:

Übermäßige Verformung des Bauwerks, daß die Nutzung beeinträchtigt

Rißbildung im Beton, daß das äußere Erscheinungsbild bzw. die Dauerhaftigkeit be-

einflußt

Übermäßiger Schlupf in der Verbundfuge zwischen Stahlträger und Betongurt

DIN:

Als Basis für die Bemessung der Verbundträger ist der Grenztragfähigkeitsnachweis, entspre-

chend der Stahlverbundträgerrichtlinie, zugrunde gelegt. Für die Einhaltung der Gebrauchs-

tauglichkeit unter Verwendung von Gebrauchslasten muß der Tragsicherheitsnachweis mit

facher Belastung stets geführt werden. Dabei wird sowohl für den Lastfall H als auch für den

Lastfall HZ die Schnittgröße aus Eigengewicht mit 0,7 angesetzt. (vgl. Kap. 3.3.2.2). Unter

1,0 fachen Gebrauchslasten wird die Schnittgröße aus Eigengewicht mit 0,5 angestzt.

Dies führt zu folgenden Lastkombinationen:

(

)

(

)

Stütz

Schw

LFH

Verbund

(

)

Stütz

Schw

LFHZ

Verbund

(

)

Stütz

Schw

Verbund

EC:

Entsprechend EC 4, Teil 2 Abs. 5.1.2 Abs. 5.3.3 wird für die rechnerischen Nachweise in

den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit im Hinblick auf die Häufigkeit des Auftretens

zwischen den folgenden Lastkombinationen unterschieden:

Charakteristische Lastkombination:

Die charakteristische Lastkombination wird benötigt zur Spannungsermittlung im Grenzzu-

stand der Gebrauchstauglichkeit und zur Ermittlung der gerissenen und ungerissenen Berei-

che.

3. Gegenüberstellung der Normen

Nicht häufige Lastkombination:

Die Nicht häufige Lastkombination wird benötigt zur Ermittlung der Mindestbewehrung, der

Biegesteifigkeit unter Berücksichtigung der Mitwirkung des Beton zwischen den Rissen,

Spannungsermittlung in der Bewehrung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit und für

die Ermüdungsnachweise.

Häufige Lastfallkombination:

Die Häufige Lastkombination wird benötigt zur Ermittlung der Rißbreite und zur Spannungs-

ermittlung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unter Berücksichtigung des Beulens.

Die Bemessungswerte der Einwirkungen werden mit abgeminderten Teilsicherheitsfaktoren

angesetzt.

= 1,0 für ungünstige Auswirkungen

= 0 für günstige Auswirkungen

Die Kombinationsbeiwerte werden entsprechend EC 1, Teil 3 Abs. 2.4 angenommen.

3.3.2.4 Baustoffeigenschaften

Im folgenden werden nur wesentlichen Grundlagen, welche für die Erläuterung der Bemes-

sungsverfahren notwendig sind, zusammengestellt. Die Zusammenstellung erfolgt beispiel-

haft für die in der Anlage 1 und 2 benutzten Werkstoffe.

DIN:

Beton:

Die Festigkeitsklassen sind entsprechend der DIN 1045, Abs. 6.5 Tab. 1 zu entnehmen. Die

zulässigen Spannungen sind in der DIN 4227, Teil 1 Tab. 9 geregelt (vgl. Anlage 2). [4]

---------------------------------------------------------------------------

zul.

13.0

[N/mm²]

zul.

2.8

3.6

3. Gegenüberstellung der Normen

E-Modul: E

= 34 000 N/mm²

Baustahl:

Die zulassigen Spannungen für Stahlbauteile sind der Stahlverbundträgerrichtlinie (Ausg.

März 1981) als Auszug der DIN 1073 beigefügt.

---------------------------------------------------------------------------

zul.

240

270

[N/mm²]

zul.

210

240

zul.

139

156

E-Modul: E

= 210 000 N/mm²

Betonstahl:

Bst 500 S, E

= 210 000 N/mm²,

= 500 N/mm²

Für die Bestimmung der rechnerischen Bruchlast muß

mit dem Sicherheitsfaktor

= 1,75 abgemindert werden.

EC:

Hinsichtlich der Baustoffeigenschaften und der Materialkennwerte von Beton und Bewehrung

verweist der Eurocode 4 im wesentlichen auf den Eurocode 2, sowie für Baustahl auf den

Eurocode 3.

Beton:

C 30/37

30 [N/mm²]

ctm

: 2,9

[N/mm²]

E-Modul: E

= 32 000 [N/mm²]

Baustahl:

FE 510

355 [N/mm²]

E-Modul: E

= 210 000 [N/mm²]

Betonstahl:

S 500, E

= 210 000 N/mm², f

= 500 N/mm²

3. Gegenüberstellung der Normen

Hierbei sind f

, f

und f

die charakteristischen Werte der Materialfestigkeiten. Diese sind

im Grenzzustände der Tragfähigkeit durch die Teilsicherheitsbeiwerten für die Materialkenn-

werte entsprechend Tabelle 2 abzumindern. Im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit gel-

ten charakteristischen Werte der Materialfestigkeiten.

Baustahl

Beton

Betonstahl

1,1 1,5 1,15

Tabelle 2: Teilsicherheitsbeiwerte

für Baustoffkennwerte

3.3.3 Berechnungsgrundlagen

3.3.3.1 Allgemeines

Im Gegensatz zur DIN beinhaltet der Eurocode 4 weitestgehend alle erforderlichen Bestim-

mungen die zur Berechnung im Hoch- und Ingenieurbau erforderlich sind. In einigen Aus-

nahmefällen wird auf den Eurocode 2 und auf den Eurocode 3 verwiesen. Außerdem besitzt

der Eurocode 4 einen eigenen Teil der das Gebiet des Verbundbrückenbaus erfaßt

(EC 4, Teil 2).

3.3.3.2 Allgemeines zu den Bemessungsverfahren

DIN:

Nach den Richtlinien für Stahlverbundträger kann die Berechnung folgendermaßen durchge-

führt werden: [12]

Berechnung nach der linearen Elastizitätstheorie, d.h. ohne Momentenumlagerung.

Bei diesem üblichen linear elastischen Berechnungsverfahren lassen sich die maßge-

benden Laststellungen festlegen und Einflußlinien auswerten.

EC:

Die Berechnung nach den Bestimmungen des Eurocodes kann folgendermaßen dürchgeführt

werden: [12]

Nichtlineare Berechnung unter Berücksichtigung der Tatsache, daß sich im Beton-

gurt bei Überschreiten geringen Zugfestigkeit des Betons Risse bilden. Diese Berei-

che mit gerissenem Betongurt (z.B. im Stützbereich bei Durchlaufträgern) führen zur

Änderung der Biegesteifigkeit im Verbundträger und damit zu einer begrenzten

3. Gegenüberstellung der Normen

Momentenumlagerung. Das Superpositionsprinzip gilt dann nicht ohne Einschrän-

kung, auch Einflußlinien lassen sich nur noch mit Einschränkungen verwenden.

Berechnung der Schnittgrößen nach dem Traglastverfahren unter Berücksichtigung

des Ausbildens von Fließgelenken mit plastischen Drehwinkeln. Das führt zu einer

vollständigen Momentenumlagerung im Gesamtsystem. Dieses Verfahren darf nur

auf Verbundträger unter vorwiegend ruhenden Lasten angewendet werden. D.h., daß

dieses Verfahren für den Verbundbrückenbau nicht in Frage kommt, da diese Bau-

werke vorwiegend unter nicht ruhenden Belastungen beansprucht sind.

Neben den üblichen linear-elastischen Verfahren, Fließgelenkverfahren kann auch mit der

sogenannten ,,m + k Methode" durchgeführt werden. Dieses Verfahren stellt das Standard-

Bemessungsverfahren für Verbunddecken im Hoch- und Industriebau dar. Darauf wird später

im entsprechenden Kapitel etwas näher eingegangen. [1]

3.3.3.3 Grenzzustand der Tragfähigkeit

Es ist nachzuweisen sowohl nach DIN als auch nach EC, daß an keiner Stelle des Tragwerkes

die Schnittgrößen der rechnerischen Grenztragfähigkeit des Querschnittes überschritten wer-

den. In Abbildung 9 sind diejenigen kritischen Längs- und Querschnitte rein schematisch dar-

gestellt, welche für das Versagen des Verbundträgers maßgebend werden können. Alle maß-

gebenden Lastfälle und Lastfallkombinationen sind dabei zu berücksichtigen. Es ist daher die

Tragfähigkeit in folgenden Schnitten zu untersuchen:

Abbildung 9: Kritische Schnitte für den Nachweis der Grenztragfähigkeit. [11]

Schnitt I - I:

Biegemomenten-Tragfähigkeit im Feldbereich

Schnitt II - II:

Querkraft-Tragfähigkeit des Stahlträgersteges

Schnitt III - III:

Grenztragfähigkeit bei kombinierter Biegemomenten Querkraft-

beanspruchung, z.B. im Bereich von Zwischenauflagern

3. Gegenüberstellung der Normen

Schnitt IV- IV:

Tragfähigkeit der Verdübelung in der Verbundfuge Stahlträger

Betongurt (Längschubtragfähigkeit)

Schnitt V - V:

Schub in der Dübelumrißfläche

Schnitt VI - VI:

Anschluß der seitlichen Betongurte

Diese Zusammenstellung in Abbildung 9 enthält keine Stabilitätsnachweise. Zusätzlich muß

im Brückenbau ein Nachweis der Beschränkung der Rißbreiten und ein Nachweis der Ver-

formungen auf Gebrauchslastniveau geführt werden.

DIN:

In den Richtlinien für die ,,Bemessung und Ausführung von Stahlverbundtragwerken"

(Ausg. März '81) wird von der ,,Bestimmung der Schnittgrößen im rechnerischen Bruchzu-

stand" gesprochen. Dies besagt lediglich, daß bei statisch gelagerten Verbundträger im Sinne

des Lastfall H die 1,7-fache Summe der ständigen Lasten und Verkehrslasten in ungünstiger

Stellung anzusetzen sind.

Bei statisch unbestimmt gelagerten Tragwerken muß noch aus Schwinden die 1,0-fache

Schnittgröße des Gesamtquerschnittes hinzugefügt werden.

Bei Brücken wird die 0,4-fache Schnittgröße aus möglicher Baugrundbewegung anstatt der

1,0-fachen Schnittgröße aus wahrscheinlicher Baugrundbewegung angesetzt.

Außerdem sind alle Haupt- und Zusatzlasten im Sinne des Lastfall HZ mit der 1,5-fachen

Summe zu multiplizieren. [4]

EC:

Im EC ist dieser sogenannte ,,rechnerische Bruchzustand" in der Bestimmung der Grenzzu-

stände der Tragfähig schon berücksichtigt.

Hinsichtlich der zu führenden Nachweise ist es nicht maßgebend ob nach DIN oder EC ge-

rechnet wird. In beiden Normen sind für Verbundträger folgende Nachweise zu führen:

Querschnittstragfähigkeit in den kritischen Schnitten

Längschubtragfähigkeit in der Verbundfuge und im Betongurt

Biegedrillknicken (im Fall von DLT und Kragarmen)

Schubbeulen

3. Gegenüberstellung der Normen

3.3.3.4 Querschnitte

Mittragende Breite des Betongurtes:

DIN:

Wird auf eine genauere Berechnung für die Spannungsverteilung im Betongurt verzichtet, so

kann unter Beachtung der jeweiligen Normen näherungsweise eine ,,mittragende Breite" er-

mittelt werden. In der DIN wird dies durch die DIN 1075 für Straßen- und Wegbrücken gere-

gelt, für Eisenbahnbrücken gelten die Regelungen der DS 804. [4]

Nach DIN 1075 darf für die Schnittgrößenermittlung von der vollen Plattenbreite ausgegan-

gen werden. Jedoch sollte die Bemessung mit der ,,mittragende Plattenbreite" erfolgen.

Nachfolgend wird rein schematisch die Ermittlung der ,,mittragende Breite" des Betongurts

gemäß DIN 1075 dargestellt:

Abbildung 10: Verlauf der mitwirkende Plattenbreite b

[3]

Abbildung 11: Beiwerte

[3]

3. Gegenüberstellung der Normen

Bei der Ermittlung von Biegeformänderungen und der Einheitsverformung darf die volle Plat-

tenbreite angesetzt werden wenn, b/l

< 0,3 ist. Hierbei ist l

aus Abbildung 10 zu entnehmen.

Für den Fall das b/l

> 0,3 ist, darf näherungsweise zwischen den Stützen eine konstante Plat-

tenbreite b

* b nach Abbildung 11 vorausgesetzt werden.

Bei Kragarmen darf vereinfachend nach Abbildung 11 eine konstante mitwirkende Platten-

breite b

* b angenommen werden. [6]

EC:

Nach EC 4, Teil 2 Abs.4.2.2 wird die ,,mitragende Plattenbreite" äquivalent zur DIN geregelt.

In Abbildung 12 wird dies rein schematisch dargestellt.

Abbildung 12: Defenition der mittragende Gurtbreite b

eff

[14]

Abbildung 13: Ermittlung der äquivalenten Spannweiten L

und Verlauf der mitragenden Breite b

eff

[14]

Die gesamte mittragende Breite b

eff

sollte für jeden Träger aus der Summe der mittragenden

Breiten b

berechnet werden. Als mittragende Breite b

jeder Seite des Steges sollte in Ab-

hängigkeit von Stützweite l

der Wert b

= l

/ 8

angenommen werden. [14]

3. Gegenüberstellung der Normen

Für den Nachweis der Grenzzustande der Tragfähigkeit und der Ermüdung darf die mittra-

gende Breite nach Gleichung (4.1) des EC 4, Teil 2 ermittelt werden:

eff

Für den Bereich an den Endauflagern darf die mittragende Breite nach Gleichung (4.2) des

EC 4, Teil 2 ermittelt werden.

eff

mit:

025

Einstufung in Querschnittsklassen:

DIN:

Eine Einstufung in Querschnittsklassen ist nach der Stahlverbundträgerrichtlinie (Ausg.

März 1981) nicht vorgesehen.

EC:

Nach EC 4, Teil 2 Abs. 4.3 gelten die Regelungen des EC 3, Teil 1 Abs. 5.3.2. Die dort ange-

gebenen Einstufungen gelten ebenfalls für die Querschnitte von Verbundträger. Sie sind in

vier Querschnittsklassen eingeteilt und wie folgt definiert:

Klasse 1: Diese Querschnitte können plastische Gelenke mit ausreichendem Rota-

tionsvermögen für eine plastische Berechnung des Systems ausbilden.

Klasse 2: Querschnitte der Klasse 2 können bei eingeschränktem Rotationsvermö-

gen die volle plastische Querschnittstragfähigkeit entwickeln.

Klasse 3: Diese Querschnitte können in der ungünstigsten Faser des Stahlquer-

schnittes bis zur Streckgrenze ausgenutzt werden. Plastische Reserven

sind infolge örtlichen Beulens nicht vorhanden.

Klasse 4: Querschnitte der Klasse 4 sind unter Berücksichtigung des örtlichen

Querschnittsversagens infolge Beulen nachzuweisen.

Die Einstufung der Querschnitte in die jeweils ungünstigste Klasse hängt von den Abmessun-

gen der druckbeanspruchten Teile des Stahlquerträgers ab. Bei Verbundquerschnitten ist die

Querschnittsklasse wegen möglicher Rißbildung im Betongurt zusätzlich vom Vorzeichen des

Biegemomentes abhängig. Außerdem ist die Lage der plastischen Nullinie mit den Bemes-

sungswerten der Materialfestigkeiten zu bestimmen. [5]

3. Gegenüberstellung der Normen

Biegemomenten Tragfähigkeit:

DIN:

Nach den Bestimmungen der noch geltenen DIN Normen muß gemäß DIN 1045 der Nach-

weis der Biegemomenten - Grenztragfähigkeit für den Gesamtquerschnitt auf Basis eines

linearen Dehnungsverlaufes geführt werden. Dabei muß im Betongurt die Dehnung zur

Schubübertragung zwischen herangezogener Bewehrung und Stahlträger auf + 5 und

Stauchungen am gedrückten Rand des Betongurtes auf 3,5 zu begrenzen.

Des weiteren darf Beton der auf Zug beansprucht wird nicht mitgerechnet werden. Daraus

ergibt sich abweichend der DIN 1045 ein Rechenwert der Betondruckfestigkeit von

= 6

Der Baustahl darf bis zur Fließgrenze

, Bewehrungsstahl bis zur Streckgrenze

bean-

sprucht werden.

Bei der Berechnung der elastischen Grenztragfähigkeit M

el,Rd

ist mit

- fach gesteigerten Las-

ten nachzuweisen, daß im Betongurt der Rechenwert

und im Stahlträger die Fließgrenze

S,a

nicht überschritten wird.

Als

- Wert ist dabei zu berücksichtigen: LF H: = 1,6

LF HZ:

= 1,4

Für Lastanteile die auf den Stahlträger allein wirken, darf der Steigerungswert (z.Bsp.

1,6 1,0 = 0,6) auf den Stahlträger und auf den Verbundträger verteilt werden. Mit der so

gewählten Aufteilung sind dann die entsprechenden Nachweise zu führen, wie z.B. der Dü-

belbeanspruchung aus der Verbundträger-Wirkung. [4]

EC:

Nach EC 4, Teil 2 Abs. 4.4.1 ist eine elastische Berechnung für alle Querschnittsklassen zu-

lässig. Die Querschnittstragfähigkeit darf nur plastisch berechnet werden, wenn Verbundquer-

schnitte der Klasse 1 und 2 vorliegen.

3. Gegenüberstellung der Normen

Bei der Berechnung des elastischen Grenzmomentes M

el,Rd

(Abbildung 14) sind die folgenden

Grenzspannungen einzuhalten:

: für Betongurte in der Druckzone

Zug- und Druckbeanspruchte Querschnitte der Klassen 1, 2 und 3

für Betonstahl in Zugbeanspruchte Querschnitte

Abbildung 14: maßgebende Spannungsverläufe elastische Grenzspannungen EC [1]

DIN / EC:

Unabhängig von beiden Normen DIN oder EC sollte bei der Bemessung eines Verbundträgers

immer angestrebt werden, daß die Lage der plastischen Nullinie z

im Betongurt liegt.

Abbildung 15: Definition plastische Nullinie im Betongurt EC [14], DIN [11]

Der Stahlträger liegt dann vollständig in der Zugzone und ist auf Zug ausgenutzt. Dieser wird

dann für die Bemessung maßgebend. Entsteht eine Überlastung des Verbundträgers würde

sich ein Bruch lange vorher durch plastische Verformungen ankündigen.

3. Gegenüberstellung der Normen

Die Berechnung der plastischen Biegetragfähigkeit nach der Verbundträger-Richtlinie erfolgt

entsprechend Abbildung 16 und 17.

Die Berechnung nach dem Eurocode 4 erfolgt analog der Stahlverbundträger-Richtlinie.

Abbildung 16: Biegetragfähigkeit M

pl,Rd

, Betongurt in der Zugzone [1]

Abbildung 17: Biegetragfähigkeit M

pl,Rd

, Betongurt in der Druckzone [1]

3. Gegenüberstellung der Normen

Querkraft Tragfähigkeit

DIN:

Die Querkraftaufnahme erfolgt rechnerisch allein durch den Steg des Stahlträgers. Die Schub-

spannungen aus Querkraft darf konstant über die gesamte Steghöhe angenommen werden. Bei

Walzprofilen darf der Bereich der Ausrundung mit herangezogen werden.

Unter Berücksichtigung der Fließbedingung nach v. Mises ist die rechnerische Grenztragfä-

higkeit folgendermaßen zu bestimmen: [11]

EC:

Nach EC 4, Teil 2 Abs. 4.4.2 ist allein der Baustahlquerschnitt in Übereinstimmung mit EC 3,

Teil 1-5 und EC 3, Teil 2 zur Ermittlung der Grenzquerkraft in Rechnung zu stellen, wenn die

Mitwirkung des Betonquerschnittes zur Ermittlung der Grenzquerkraft nicht gesondert nach-

gewiesen wird.

Nach EC 3, Teil 1-5 Abs. 2.2 und Abs. 4.3 ist der Nachweis der Querkraft im Grenzzustand

der Tragfähigkeit folgendermaßen zu führen:

ywd

hierbei sind:

ywd

Bemessungsfließgrenze, w steht für Steg;

bzw. f

nach EC 3, Teil 1 - 1

Bemessungsquerkraft

b = h

: Lichte Höhe zwischen den Gurten

das Verhältnis der maximal aufnehmbaren Schubspannung zur Fließgrenze im

Zugversuch

Abminderungsfaktor für die Querkrafttragfähigkeit

nach EC 3, Teil 1-5 Tab. 4.3 oder Bild 4.5

3. Gegenüberstellung der Normen

Ermüdung, Ermüdungslastmodelle:

DIN:

Ein Nachweis der Ermüdung ist nach der Stahlververbundträgerrichtlinie nicht vorgesehen.

Jedoch sollte für die Stahlträger von Eisenbahnbrücken ein Nachweis der Betriebsfestigkeit

nach DS 804 geführt werden.

EC:

Nach EC 4, Teil 2 Abs. 4.12.1 ist ein Nachweis der Ermüdung für Straßen- und Eisenbahn-

brücken erforderlich. Für den Nachweis der Betonquerschnittsteile wird auf EC 2, Teil 2 Abs.

4.3.7 und der Stahlträger auf EC 3, Teil 2 verwiesen.

Dem Nachweis der Ermüdung liegen fünf Ermüdungslastmodelle zugrunde. Die Ermüdungs-

lasten werden nach EC 1, Teil 3 Abs. 4.6 angesetzt. Die Anwendung der verschiedenen Er-

müdungslastmodellen sind in den entsprechenden Eurocodes EC 2 bis EC 4 geregelt.

Entsprechend EC 4, Teil 2 Abs. 4.12.2 ist für Straßen- und Eisenbahnbrücken das Ermü-

dungslastmodell 3 anzuwenden.

Nachfolgend werden die fünf Ermüdungslastmodelle erläutert:

Ermüdungslastmodell 1:

Das Ermüdungslastmodell 1 entspricht der geometrischen Konfiguration des Lastmo-

dells 1 (vgl. Kap. 3.3.1.3) für normale Berechnungen. Die Belastung der Doppelachse

beträgt jedoch nur 70% und die Flächenlast nur 30% des Lastmodells 1 (EC 1, Teil 3

Abs. 4.6.3). [9]

Ermüdungslastmodell 2:

Das Ermüdungslastmodell 2 besteht aus einer Gruppe idealisierter Fahrzeuge, die man

als sog. ,,häufige" Lastkraftwagen bezeichnet (Abbildung 18).

Die fünf verschiedenen Fahrzeuge sind definiert durch Achsabstand, Achslast und Rei-

fenart.

Als Ausgangswert für die Ermüdungsberechnung sind die maximalen und die minima-

len Spannungsberechnungen für das am ungünstigsten wirkende Fahrzeug zu bestim-

men (EC 1, Teil 3 Abs. 4.6.3). [9]

3. Gegenüberstellung der Normen

Abbildung 18:Gruppe von ,,häufigen" Lastkraftwagen [15, Tab. 4.6]

Ermüdungslastmodell 3:

Das Ermüdungslöastmodell 3 besteht aus einem Einzelfahrzeug mit vier Achsen von

jeweils 120 KN Achslast (Abbildung 19). Geometrisch entspricht dieses Lastmodell

zwei im Abstand von 6

m gekoppelten Doppelachslasten des Lastmodells 1

(vgl. Kap. 3.3.1.3). Dies entspricht einem 48 to Fahrzeug (EC 1, Teil 3 Abs. 4.6.4). [9]

Abbildung 19: Ermüdungslastmodell 3 [15, Abb. 4.10]

3. Gegenüberstellung der Normen

Ermüdungslastmodell 4:

Das Ermüdungslastmodell 4 verwendet, mit etwas geringeren Lasten, die Fahrzeuge des

Ermüdungslastmodells 2. Es gibt zusätzlich für drei verschiedene Verkehrszusammen-

setzungen die Prozentsätze für den Anteil der fünf Schwerfahrzeuge an (EC 1, Teil 3

Abs. 4.6.5). [9]

Abbildung 20: Ermüdungslastmodell 4 [15, Tab. 4.7]

Ermüdungslastmodell 5:

Beim Ermüdungslastmodell 5 werden aus Verkehrszählungen und Achslastmessungen

die Verkehrszusammensetzung und die jährliche Fahrzeuganzahl ermittelt und diese

Werte den Berechnungen zugrunde gelegt (EC 1, Teil 3 Abs. 4.6.6). [9]

3. Gegenüberstellung der Normen

3.3.3.5 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

Allgemeines:

In den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit ist nachzuweisen, daß bestimmte Anforde-

rungen an Bauwerks- oder Bauteileigenschaften erfüllt werden.

Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit wird im allge-

meinen von der Annahme ausgegangen, daß ein Zusammenhang zwischen Dehnung und

Spannung besteht. Deshalb muß die Beanspruchung im Stahlträger in ihrer Größe beschränkt

werden, damit die Fließbedingung nicht verletzt wird und damit rechnerisch keine plastischen

Verformungen auftreten. Nur so ist sicherzustellen, daß die Schnittgrößen nach der Elastizi-

tätstheorie berechnet werden kann. (vgl. Kap. 3.3.2.2)

In diesem Abschnitt werden die zur Gewährleistung einer ausreichenden Dauerhaftigkeit

notwendigen Nachweise bezüglich der Gebrauchstauglichkeit behandelt.

Diese sind u.a.:

Grenzzustand der Tragwerksverformung

Rißbreitenbeschränkung Betongurt

Grenzzustand der Tragwerksverformung:

DIN / EC:

Weder die Stahlverbundträgerrichtlinie (Ausg. März 1981) noch der Eurocode 4 enthält de-

taillierte Angaben zur Beschränkung von Durchbiegungen. In der Regel sind Grenzwerte von

Durchbiegungen mit dem Bauherrn zu vereinbaren.

Rißbreitenbeschränkung im Betongurt:

DIN:

Neben der Anwendung der ,,Richtlinie für die Bemessung und Ausführung von Stahlverbund-

trägern (Ausg. März 1981)" ist die Neufassung des Abschnittes 9 dieser Richtlinie zu beach-

ten. Zudem ist die ,,Ergänzende Bestimmung des Bundesverkehrsministerium für Verkehr,

Bau- und Wohnungswesen (Fassung April 1999)" zu verwenden.

Entsprechend [4] Abs. 9.3.1 ist die Grundlage die Forderung einer Mindestbewehrung zur

Beschränkung von möglichen Einzelrissen in Trägerbereichen mit wahrscheinlicher Rißbil-

dung sowie Regelungen zur Bewehrungsanordnung (Grenzdurchmesser bzw. maximale Stab-

3. Gegenüberstellung der Normen

abstände) für die statisch erforderliche Bewehrung in Trägerbereichen mit abgeschlossener

Rißbildung.

Falls kein genauerer Nachweis erforderlich wird, ist die Mindesbewehrung nach [17] Glei-

chung (9.1) zu ermitteln:

bzw

erf

. Dabei ist zu beachten, daß der Beiwert K

nach

den Ergänzenden Bestimmungen (BMVBW) zu ermitteln ist. [16]

hierbei sind:

(vorh. Bewehrungsgehalt)

bzw

nach [16] Gl. (1)

nach [4] Tab. 3 bzw. Tab. 4

darf um den Faktor

erhöht werden

Im Bereich der Innenstützen bei durchlaufenden Verbundträgern liegt im allgemeinen der

Zustand der abgeschlossenen Rißbildung vor. Die statisch erforderliche Bewehrung ist dann

entsprechend der Stabdurchmesser oder der Stababstände so zu wählen, daß eine ausreichende

Rißbreitenbeschränkung sichergestellt ist. Diese Anforderung an die Rißbreite können in Ab-

hängigkeit von der Betonstahlspannung entweder durch Begrenzung der Stabdurchmesser

nach [4] Abs. 9.3.2 (1) Tab. 3 oder durch Einhaltung der maximalen Stababstände nach [4]

Abs. 9.3.2 (1) Tab. 4.

Abbildung 21: Tab. 3 Grenzdurchmesser in Abhängigkeit der Stahlspannung [4]

3. Gegenüberstellung der Normen

Abbildung 22: Tab. 4 max. Stababstande in Abhängigkeit der Stahlspannung [4]

EC:

Die im EC 4, Teil 2 Abs. 5.3.2 enthaltene Regelung basiert im wesentlichen auf dem Euroco-

de 2. Das Nachweiskonzept ist nahezu völlig identisch mit der Neufassung des Abschnittes 9

(Fassung Juni 1991) der Stahlverbundträgerrichtlinie (Ausg. März 1981).

Die Mindestbewehrung sollte in Bereichen angeordnet werden, bei denen unter der nicht-

häufigen Lastkombination Zugspannungen im Betongurt auftreten.

Wenn eine genauere Berechnung nicht erforderlich wird, sollte nach EC 4, Teil 2 Abs. 5.3.2.2

(Gl.5.1) die Mindestbewehrung des Betongurtes innerhalb der Zugzone A

in Übereinstim-

mung des EC 2, Teil 2 Abs. 4.4.2.2.3 nachfolgende Bedingung erfüllen:

ctm

hierbei sind:

vorhandener Bewehrungsgehalt;

= A

/ A

Betonfläche

vorhandene Bewehrung

k = 0,8 für Brücken

: 500

N/mm²

ctm

Mittelwert der Betonzugfestigkeit

ctm

: 2,5 N/mm²

= 280 N/mm² für

16 mm (EC4-2, 5.3.2.2. Tab.5.1)

darf um den Faktor

ctm

erhöht werden, sollte jedoch denWert

nicht

überschreiten.

Details

Seiten
Erscheinungsform: Originalausgabe
Jahr: 2001
ISBN (eBook): 9783842807044
ISBN (Paperback): 9783832493073
DOI: 10.3239/9783842807044
Dateigröße: 7 MB
Sprache: Deutsch
Institution / Hochschule: Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft – Bauingenieurwesen
Erscheinungsdatum: 2006 (Februar)
Note: 1,3
Schlagworte: straßenbrücke verbundbrücke durchlaufträger eurocode bemessung din-norm statik stahl tragwerksplanung konstruktion

Autor

Thomas Krüger (Autor:in)

Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke nach DIN und EC4 mit Vergleich der Bemessungsergebnisse

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Autor

Thomas Krüger (Autor:in)