Wie standhaft sind unsere Brücken?

In der Januar-/Februarausgabe reicht das Spektrum der im Peer-review-Verfahren begutachteten Artikel von der Nachrechnung von Querkraft und Torsion bei Bestandsbrücken in der Nachweisstufe 2 über die Nachrechnung von Betonbrücken mit hoher verkehrlicher Belastung in Stufe 4 bis hin zu erweiterten Bemessungsansätzen für die Querkrafttragfähigkeit nach der BEM-ING Teil 2. Da erhebliche Defizite beim Nachweis der Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonbrücken festgestellt werden konnten, werden darüber hinaus die Ergebnisse von Versuchen an vorgespannten Balkenelementen im Zuge eines Verbundforschungsvorhabens vorgestellt. Außerdem werden weitere Nachweisverfahren zur Bewertung von Bestandsbrücken aus Spannbeton unter Beanspruchung aus Querkraft, Biegung und Torsion untersucht. Abschließend wird die kanadische Norm CSA S6:19 angewendet, um die Standsicherheit von Spannbetonbrücken mit geringer Querkraftbewehrung nachzuweisen.

Ansicht Spannanker und Bewehrungskorb mit Hüllrohr eines Trägers mit Rechteckquerschnitt.

Foto: C. Dommes

Hier die Übersicht der wissenschaftlich begutachteten und freigegebenen Fachaufsätze („reviewed papers“) aus dem Bauingenieur 01-02|2024, jeweils mit einer Zusammenfassung und Stichworten sowie DOI-Link.

Übrigens finden Sie eine Liste mit zahlreichen nützlichen Abkürzungen aus der Baubranche (samt Erklärungen) zum Nachschlagen und Ausdrucken in unserer Online-Rubrik Wissen.

Bewertung von Bestandsbrücken

Querkraft und Torsion – zukünftige Ansätze und Potenziale in Stufe 2 der Nachrechnungsrichtlinie

Der Beitrag stellt die Nachweisverfahren in Stufe 2 zur Nachrechnung von Bestandsbrücken nach aktueller BEM-ING Teil 2 und deren Weiterentwicklung vor. Ausgehend von den Bemessungsmodellen der BEM-ING Teil 2 für Querkraft und Torsion werden weiterführende experimentelle Untersuchungen der drei Forschungseinrichtungen RWTH Aachen University, TU München und TU Dortmund an großformatigen Spannbetonträgern erläutert, um daraus Vorschläge für erweiterte Nachweise abzuleiten, die das Tragverhalten von Spannbetonträgern noch zutreffender abbilden. Nach einem Vergleich der verfeinerten Bemessungsansätze mit neuen Versuchsergebnissen zur Querkrafttragfähigkeit werden zudem zwei reale Brückenquerschnitte mit variierenden Randbedingungen nachgerechnet. In beiden Fällen ergibt sich durch die Aktivierung bislang unberücksichtigter Traglastreserven bereits in Stufe 2 eine Erhöhung der rechnerischen Querkrafttragfähigkeit.

Nachweisverfahren Stufe 2, Nachrechnung von Bestandsbrücken, Querkraft und Torsion

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-01-02-23

Nachrechnungen von Spannbetonbrücken mit Verfahren der Nachrechnungsstufe 4

Trotz entscheidender Weiterentwicklungen in den Nachweisformaten in Stufe 2 der Nachrechnungsrichtlinie lassen sich einige Bestandsbauwerke wegen der höheren Verkehrsbelastungen und den veränderten Bemessungsgrundsätzen weiterhin nur mit wissenschaftlichen

Verfahren in Stufe 4 nachweisen. Dies stellt sowohl für Anwender als auch Entscheider in den Straßenbaubehörden bei der Auswahl der Nachweisverfahren und der Bewertung von Berechnungsergebnissen in Stufe 4 eine Herausforderung dar. Daher wurden für die Auswahl geeigneter analytischer Nachweisverfahren (Erweitertes Druckbogenmodell – (E)DBM, Flexural Shear Crack Model – FSCM, Modified Compression Field Theory nach der kanadischen Norm – CSA/MCFT) und numerischer Verfahren nach der FE-Methode Handlungsempfehlungen zur Nachrechnung von Betonbrücken erarbeitet, um eine sichere und zielführende Nachrechnung zu ermöglichen. Es

werden Mindestanforderungen und Anwendungsgrenzen für die verschiedenen Verfahren identifiziert sowie bei der Anwendung und Berechnung auftretende Fragestellungen diskutiert.

Wissenschaftliche Verfahren Stufe 4, Nachrechnung von Bestandsbrücken, Bestandsbauwerke mit hoher Verkehrsbelastung

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-01-02-34

Ermittlung von Traglastreserven in 16,5 m Spannbetonträgern unter Querkraftbeanspruchung

Anhand von Querkraftversuchen an 16,5 m langen Spannbetonträgern werden die Einflüsse von Lastart, Querschnittsform, Einspanngrad, Bügelbewehrung und Vorspannung auf die Querkrafttragfähigkeit herausgearbeitet. Die experimentellen Untersuchungen bestätigten die

neuen Bemessungsansätze für die Querkrafttragfähigkeit nach der BEM-ING Teil 2. Um noch zutreffendere Nachrechnungen von Spannbetonbrücken zu ermöglichen, wird anschließend ein verfeinerter Bemessungsansatz der BEM-ING Teil 2 vorgestellt, der auf der Basis von neuen großformatigen Querkraftversuchen verschiedener Forschungseinrichtungen hergeleitet und durch Vergleiche mit Versuchsdatenbanken validiert wurde. Die Erweiterungen umfassen die Aktivierung bisher rechnerisch nicht genutzter Tragfähigkeitsreserven des verbreiterten Druckgurtes und die Abminderung auflagernaher Streckenlasten bei der Bestimmung der Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonträgern.

Querkrafttragfähigkeit nach der BEM-ING Teil 2, Nachrechnung von Spannbetonbrücken, erweiterter Bemessungsansatz

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-01-02-44

Querkraftversuche an unterschiedlich hoch vorgespannten Balkenelementen mit baupraktischen Bauteilabmessungen

Im Zuge der Nachrechnung von bestehenden Spannbetonbrücken ergeben sich aufgrund der ansteigenden Verkehrslasten und der Fortschreibung der Nachweisformate teilweise erhebliche Defizite beim Nachweis der Querkrafttragfähigkeit. Wirklichkeitsnahen experimentellen Untersuchungen und damit abgesicherten Nachweismodellen zur Beurteilung der Tragfähigkeit bestehender Spannbetonbrücken

kommt daher eine große Bedeutung zu. Für die Überprüfung und Weiterentwicklung bestehender analytischer Modelle existiert eine derzeit jedoch unzureichende Versuchsdatenlage. Diese ist insbesondere für durchlaufende Spannbetonträger mit geringem Schubbewehrungsgrad sehr begrenzt. Einige Aspekte wie der Dehnungszuwachs im Spannglied fanden darüber hinaus bisher weniger Beachtung. Deshalb werden die Ergebnisse von Versuchen an vorgespannten Balkenelementen im Zuge eines Verbundforschungsvorhabens vorgestellt. Besondere Berücksichtigung finden Vorspannung, Dehnungszuwachs im Spannglied und die Querschnittsform. Darüber hinaus wird der Einfluss glatter Längsbewehrung genauer beleuchtet. Anschließend werden die gewonnenen Ergebnisse mit aktuellen und zukünftigen Nachweismodellen zur Nachrechnung von Brücken verglichen.

Versuche an vorgespannten Balkenelementen, Nachrechnung von Spannbetonbrücken, Vergleich der Ergebnisse mit zukünftigen Nachweismodellen

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-01-02-57

Zum Nachweis bei einer kombinierten Beanspruchung aus Biegung, Querkraft und Torsion (M+V+T)

In dem vorliegenden Beitrag werden weiterführende Nachweisverfahren hinsichtlich der Bewertung von bestehenden Spannbetonbrücken unter Querkraftbiegung und zusätzlicher Torsion untersucht. Die Verfahren basieren auf einer genaueren Erfassung der Interaktion

zwischen Biege-, Querkraft- und Torsionsbeanspruchung um Tragreserven zu aktivieren. Die präsentierten Forschungsergebnisse basieren auf den an der TU Dortmund durchgeführten experimentellen Untersuchungen an zwei großformatigen Versuchsreihen im Rahmen des BASt Projekts FE 15.0664/2019/DRB [1]. Die Versuche dienen dazu, die neu entwickelten theoretischen Ansätze zu verifizieren. Bei älteren Bauwerken liegt die vorhandene Querkraftbewehrung oft unterhalb der normgemäßen Mindestbewehrung gemäß DIN EN 1992–1–1 [2]. Ziel war es, die dadurch begrenzte Tragfähigkeit möglichst realitätsnah zu bestimmen. Weiterhin wurden die Interaktionsbedingungen hinsichtlich eines Versagens des Betons auf Druck unter einer kombinierten Beanspruchung (M+V+T) überprüft. Darüber hinaus wurden Konstruktionsregeln zum Schließen der Bügel bei zusätzlicher Torsion überprüft. Der Abfall der Torsionssteifigkeit infolge Rissbildung wurde experimentell untersucht, um die 40 % Regel der Nachrechnungsrichtlinie [3] hinsichtlich des Abfalls der Torsionssteifigkeit zu verifizieren.

weiterführende Nachweisverfahren, Bewertung von Spannbetonbrücken unter Querkraftbiegung und Torsion bei geringer Querkraftbewehrung

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-01-02-68

Untersuchungen zum Sicherheitsniveau der kanadischen Norm beim Querkraftnachweis im Rahmen der Nachrechnung von Bestandsbrücken

Bei der Nachrechnung von Spannbetonbrücken mit geringer Querkraftbewehrung kann oftmals der Nachweis der Querkrafttragfähigkeit nicht erbracht werden. Mit der Anwendung der kanadischen Norm CSA S6:19 im Rahmen der Stufe 4 der Nachrechnungsrichtlinie konnte bei einzelnen Bauwerken die Standsicherheit nachgewiesen werden. Bei dieser kombinierten Nachweisführung mit Einwirkun-

gen nach deutscher Norm (DIN-Fachbericht 101 und 102) und Bauteilwiderständen gemäß kanadischer Norm CSA ist bisher nicht untersucht, ob die geforderte Zielzuverlässigkeit immer erreicht werden kann. Beide Normen basieren auf einem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept. Grundlegende Abweichungen lassen sich jedoch unter anderem beim Zuverlässigkeitsindex, den Sicherheitsfaktoren, den Definitionen der Materialfestigkeiten sowie den Verkehrslastmodellen feststellen. Für eine sichere und erfolgreiche Anwendung des Widerstandsmodells nach kanadischer Norm bei der Nachrechnung von Bestandsbrücken in Deutschland ist im Vorfeld die Frage des erreichten Zuverlässigkeitsniveaus zu klären. Der vorliegende Beitrag soll diese Fragestellung gezielt durchleuchten und Anwendungsgrenzen für die Verwendung des Bemessungsmodells nach kanadischer Norm CSA bei der Nachrechnung von Bestandsbrücken in Deutschland aufzeigen.

Anwendung der kanadischen Norm, Bewertung von Spannbetonbrücken mit geringer Querkraftbewehrung, Nachrechnungsrichtlinie Stufe 4

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-01-02-82