VSVI-Seminar Dipl.-Ing. Udo Schölch Der Brücken ... - VSVI Hessen

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
VSVI-Seminar Dipl.-Ing. Udo Schölch
Der Brücken- und Ingenieurbau ist europäisch Hess. Landesamt für Straßen-
Friedberg, 20. April 2005 und Verkehrswesen, Wiesbaden
¾ Beispiel 1: Spannbeton – Fertigteilbrücken über zweibahnige Bundesfernstrassen mit
Mittelstreifen – Typenentwürfe des BMVBW
Der Ausbau von Bundesautobahnen erfordert oftmals den Neubau von Brückenbauwerken
als Ersatz bestehender Überführungen. Die immer wiederkehrende Aufgabe
Kreuzungsbauwerke mit gleichen Anforderungen hinsichtlich der zu überführenden und zu
unterführenden Straßenquerschnitte zu planen, lässt unter technischen und wirtschaftlichen
Gesichtspunkten die Anwendung typisierter Bauwerksentwürfe sinnvoll erscheinen.
Im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsvorhabens des Bundesministeriums für
Verkehr, Bau- und Wohnungswesen wurden die bestehenden Typenentwürfe für
Spannbeton-Fertigteilbrücken über zweibahnige Bundesfernstrassen mit Mittelstreifen (siehe
ARS 24/1999) den DIN-Fachberichten angepasst und auf eine Kontinuitätsvorspannung über
den Stützen verzichtet. Den Entwürfen liegen für die Bundesfernstraßen die
Regelquerschnitte RQ 26, RQ 29.5 und RQ 35.5 zugrunde. Die Überführungsbauwerke
weisen den Querschnitt eines zweistreifigen Wirtschaftweges und des zweistreifigen
Straßenquerschnitts RQ 10.5 auf. Insgesamt wurden somit sechs Typenentwürfe für
Spannbeton-Fertigteilbrücken von der Ruhrberg Ingenieurgemeinschaft bearbeitet.
Die überarbeiteten Typenentwürfe sollen mit einem Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau
für den Geschäftsbereich der Bundesfernstraßen bekannt gegeben und von den Ländern zur
Anwendung eingeführt werden.
Im folgenden werden die Unterschiede im spezifischen Materialbedarf des Typenentwurfs
aus dem Jahr 1999 und des Typenentwurfs des Jahres 2004, der den
Bemessungsgrundsätzen der DIN-Fachberichte Rechnung trägt, herausgearbeitet und
etwaige Gründe hierfür diskutiert. Die spezifischen Massen stützen sich hierbei auf einen
Entwurf der Ruhrberg Ingenieurgemeinschaft, der dem Bund/Länder-Hauptausschuss
Brücken- und Ingenieurbau im Mai 2004 vorgelegt wurde. In der endgültigen Fassung kann
es hierbei noch zu Änderungen kommen!
1

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
Wirtschaftsweg-Querschnitt
über Stützweite Gesamt-
länge
Straßenquerschnitt RQ 10.5
h k
[m]
l/h k
[-]
RQ 26 21,2 42,4 1,26 16,8
RQ 29.5 23 46 1,3 17,7
RQ 35.5 26,05 52,1 1,4 18,6
über Stützweite Gesamt-
länge
hk
[m]
l/hk
[-]
RQ 26 21,2 42,4 1,34 15,8
RQ 29.5 23 46 1,38 16,7
RQ 35.5 26,05 52,1 1,55 16,8
2

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
Vergleich des spezifischen Spannstahlbedarfs
Spannstahl pro m 2 Brückenfläche
spez. Spannstahlbedarf [kg/m 2 ]
spez. Spannstahlbedarf [kg/m 2 ]
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
Wirtschaftsweg - spez. Spannstahlbedarf
19,3 19,6 19,2
15,4 15,6 15,4
RQ 26 RQ 29.5 RQ 35.5
Typenentwurf
RQ 10.5 - spez. Spannstahlbedarf
21,5 21,6 21,9
15,6
16,3
18,4
RQ 26 RQ 29.5 RQ 35.5
Typenentwurf
DIN-Norm (alt)
DIN-Fb
DIN-Norm (alt)
DIN-Fb
3

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
Vergleicht man den spezifischen Spannstahlbedarf der nach DIN-Fb berechneten
Typenentwürfe, zeigt sich ein rd. 19 – 38 % hoher Mehrbedarf. Der Unterschied ist hierbei für
den mäßig schlanken Straßenquerschnitt RQ 10.5 über eine Bundesfernstraße RQ 26
(Schlankheit l/hk=15,8) am signifikantesten. Maßgebend für die Ermittlung des
Spannstahlbedarfs ist hierbei der Grenzzustand der Dekompression, der für die
Anforderungsklasse C für die quasi-ständige Einwirkungskombination zu führen ist.
Ed = ∑ Gkj
+ Gk,
set + Pk
+ Ψ2,
1 * Qk
, UDL + Ψ2,
2 * Qk
, TS + Ψ2,
3 * Qk
, ∆T
j≥1
Hauptursache dafür ist, dass nun beim Dekompressionsnachweis nach dem neuen
technischen Regelwerk Zwangsschnittgrößen (aus Temperaturunterschieden ∆T und
Setzungsunterschieden ∆s) zu berücksichtigen sind. Diese schlagen vor allem bei mäßig
schlanken Überbauten zu Buche.
0,2 0,2 0,5
Beim Wirtschaftsweg-Querschnitt, der bei den Typenentwürfen eine größere Schlankheit als
der Straßenquerschnitt besitzt (was tendenziell den Einfluss der Zwangsschnittgrößen
mildert), spielt eine andere Einflussgröße eine Rolle: Je geringer die Breite einer Brücke
wird, umso größer werden sowohl Feld- als auch Stützmoment aus Verkehr nach DIN-Fb im
Vergleich zur alten Norm. Dieses Ergebnis ist auf die höhere Hauptspurgleichlast im DIN-Fb
im Vergleich zur DIN 1072 zurückzuführen.
4

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
Vergleich des spezifischen Betonstahlbedarfs
Bst [kg/m 3 ]
Bst [kg/m 3 ]
200,0
180,0
160,0
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
180,0
160,0
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
Wirtschaftsweg - spez. Betonstahlbedarf
Fahrbahnplatte
175,9 174,2
164,3
139,7 141,9 135,7
RQ 26 RQ 29.5 RQ 35.5
Typenentwurf
RQ 10.5 - spez. Betonstahlbedarf Fahrbahnplatte
158,7 155,9 158,5
98,2 97,5 98,1
RQ 26 RQ 29.5 RQ 35.5
Typenentwurf
DIN-Norm (alt)
DIN-Fb
DIN-Norm (alt)
DIN-Fb
5

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
Nach DIN-Fb zeigt sich ein rd. 21 – 61 % höherer Betonstahlbedarf in der Fahrbahnplatte.
Das Ergebnis wird im Vergleich zu den alten Typenentwürfen ein wenig verfälscht, dadurch
dass über der Stütze nunmehr keine Kontinuitätsvorspannung vorhanden ist. Über der
Innenstütze wird die Durchlaufwirkung lediglich durch den Betonstahl hergestellt. Dort ist der
Nachweis zur Beschränkung der Rissbreite nach Anforderungsklasse D (Stahlbeton) unter
der häufigen Einwirkungskombination zu erbringen.
Ed = ∑ Gkj
+ Gk
, set + Pk
+ ψ 1,
1 Qk
, UDL + ψ 1,
2Qk
, TS + ψ 2,
1Qk
, ∆T
j≥1
0,4 0,75 0,5
6

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
¾ Beispiel 2: Brücke aus Fertigteilen mit Kontinuitätsvorspannung
Ausführung
Überführung der A 671 Kreuzungsbauwerk Mainspitzdreieck
BAB A 60 Mainz – Rüsselsheim
Allgemeines
Das o.g. Bauwerk im Zuge der A 60 überführt am Mainspitzdreieck bei Bischofsheim die A
671. Die bestehende 3-Feld-Spannbetonbrücke war mindertragfähig und wurde durch einen
kompletten Neubau ersetzt.
Bei dem vorliegenden Bauwerk handelt es sich um eine 2-feldrige mehrstegige
Plattenbalkenkonstruktion mit Querträgern. Das Brückenbauwerk besteht aus zwei
voneinander getrennten Überbauten auf getrennten Widerlagern und einer Auflagerung in
der Mitte auf Stützen. Der Überbau ist ein 5-stegiger Plattenbalken. Die Gesamt-
Querschnittsbreite zwischen den Geländern beträgt 29,0 m und die Gesamtlänge ca. 64,30
m. Der Kreuzungswinkel ist aufgrund der Trassierung unterschiedlich (Krümmungsradius ca.
700 m) und beträgt an den Mittelstützen 87,123 gon.
Tragwerk
Der Überbau bildet einen monolithischen Plattenbalken. Durch nachträglichen Verguss der
Fertigteile mit einer Ortbetonschicht und den Widerlagern wird der monolithische
Tragverbund erreicht. Die Widerlager sind flach gegründet. Die Spannweiten betragen ca.
32,06/31,27 m in Fahrtrichtung.
Die FT-Elemente werden schon im FT-Werk mit Litzen vorgespannt. Auf der Baustelle
werden noch jeweils 2 Spannglieder je Fertigteil/Steg gespannt.
Es kommen Spannglieder der Güte 1570/1770 mit nachträglichem Verbund zur Anwendung.
7

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
Bauwerksdaten
Detail – Koppelung der Hüllrohre in Achse 20
Fertigteilhöhe 1,25 m
Dicke Ortbetonschicht 0,25 m
Gesamthöhe 1,50 m
Schlankheit l / d = 32,06 / 1,50 = 21,4
Überbau-Fertigteile C45/55
Überbau-Ortbeton C35/45
Spannglieder:
Nachträglicher Verbund SUSPA VSL 6-19 (140 mm 2 -Litzen)
Zulassungs-Nr. Z-13.1-21
zul V = 2590 kN
(= 0,65βz beim Vorspannen)
zulässige Spannkraft entsprechend
DIN 4227-1:1988-08
sofortiger Verbund Av = 93 mm 2 (1/2“-Litze) pro Litze
Spannung 1120 MN/m 2
(< 0,65βz beim Vorspannen)
V0 = 104,2 kN/ Draht
8

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
spezifischer Spannstahlbedarf (bezogen auf Brückenfläche):
Feld 1: 33,9 kg/m 2
Feld 2: 32,3 kg/m 2
spezifischer Schlaffstahlbedarf (BSt 500 S) für Fertigteil
107,5 kg/m 3
spezifischer Schlaffstahlbedarf (BSt 500 S) in der Ortbetonplatte
102,4 kg/m 3
¾ Beispiel 3: Brücke aus Fertigteilen ohne Kontinuitätsvorspannung
Ausführung
Überführung des Wirtschaftsweges Holzweg über die A66 bei Hattersheim
Allgemeines
Der Überbau wird durch einen 3-stegigen , 2-feldrigen Plattenbalken gebildet, welcher sich in
den drei Lagerachsen über Querträger auf je zwei bewehrte Elastomerlager auflagert. Die
Stützweiten betragen 28,05 m und 31,50 m. Die Herstellung erfolgt durch sechs werksseitig
vorgespannte Fertigteil-Plattenbalken mit Ortbetonergänzung. Im 28,05 m Feld erhalten die
Fertigteile Vorspannung durch sofortigen Verbund, im 31,50 m Feld erhalten die Fertigteile
Vorspannung durch sofortigen und nachträglichen Verbund.
Tragwerk
9

Beispiele nach DIN Fb 102 – Spannbeton-Fertigteilbrücken Udo Schölch
Bauwerksdaten
Fertigteilhöhe 1,40 m
Dicke Ortbetonschicht 0,25 m
Gesamthöhe 1,65 m
Schlankheit l / d = 31,05 / 1,65 = 18,8
Überbau-Fertigteile C45/55
Überbau-Ortbeton C35/45
Spannglieder:
Nachträglicher Verbund SUSPA VSL 6-9 (150 mm 2 -Litzen)
Zulassungs-Nr. Z-13.1-82
zul V = 1553 kN
(= 0,65βz beim Vorspannen)
2 Spannglieder pro FT-Träger im Feld 2
zulässige Spannkraft entsprechend
DIN 4227-1:1988-08
sofortiger Verbund Av = 93 mm 2 (1/2“-Litze) pro Litze
Spannung 1275 MN/m 2
spezifischer Spannstahlbedarf (bezogen auf Brückenfläche):
(0,85 fp0,1,k )
Feld 1: 20,4 kg/m 2
Feld 2: 28,3 kg/m 2
Im Mittel: 25,0 kg/m 2
spezifischer Schlaffstahlbedarf (BSt 500 S) im Fertigteil
112 kg/m 3
spezifischer Schlaffstahlbedarf (BSt 500 S) in der Ortbetonplatte
V0 = 116,2 kN/ Draht
32 kg / m 2 / 0,25 m = 128 kg/m 3 (z.B. ∅28/10 über der Stütze aus Rissbreitenschränkung für
Anforderungsklasse D)
10