Prof. Dr.-Ing. Karsten GeiÃler StahlverbundbrÃ¼cken EC4-2 im ... - VSVI

Verbundbrücken nach Eurocode 4-2 

Konstruktion und Bemessung 

Prof. Dr.-Ing. Karsten Geißler, TU Berlin, FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau 

Einführung der Eurocodes im Brückenbau 

Tagung Berlin 15. Mai 2013 

TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen 

Fachgebiet EK – Stahlbau Prof. Dr.-Ing. K. Geißler

Deckbrücken 

Stab- bzw. Netzwerkbögen 

Nessetalbrücke, Bauzustand 

Überführungsbauwerk A72 – A38 (2005) 





Stahl-Beton-Verbundbauteile 

seit der Einführung der 18800-5 (2005) innerhalb einer Vorschrift geregelt 

Verbundträger 

Verbundstützen 

Verbundmittel: 

- überwiegend Kopfbolzendübel, 

- evtl. Perfobondleisten (mit ZiE) 

(Verbunddecken) 





Bemessung nach EC 4 

Normen im Verbundbau 

EN 1994–1–1 (2010) 

Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton, Teil 

1-1 Allgemeine Bemessungs- und Anwendungsregeln für den Hochbau 

löst ab DIN 18800–5 (März 2007) 

Verbundtragwerke aus Stahl und Beton – Bemessung und Konstruktion 

EN 1994–2 (2010) 

Bemessungs- und Anwendungsregeln für den Brückenbau 

löst ab DIN Fachbericht 104 (2009) - Verbundbrücken 

Wesentliche Bezugsnormen zu Eurocode 4: 

EC 2 Tragwerke aus Stahl und Beton 

EC 3 Tragwerke aus Stahl 





Sicherheitskonzept 

Teilsicherheitsbeiwerte der Widerstände im GZT 

Bemessungswerte ergeben sich durch Division der charakteristischen (5%-) Fraktile 

mit den Teilsicherheitsbeiwerten des jeweiligen Einzelwerkstoffs 

Baustahl 

a 

Grundkombination 1,0 

für Stabilitäts- 

Nachweise: 

Rd = 1,10 

außergewöhnliche 

Kombination 

Betonstahl 

s 

Beton 

c 

Verbundmittel 

v 

1,15 1,5 Abscheren KBD: 

1,25 

örtl. Betonfestigkeit: 

1,50 

1,0 1,0 1,3 1,0 





Querschnittseigenschaften 

Verbundträger - Querschnittseigenschaften 

mitwirkende Breite 

b eff = b 0 + b e,1 + b e,2 

b e,1 = L e / 8 

Beton in der Druckzone (K + S ): Gesamtquerschnittsverfahren 

reduzierter ideeller Gesamtquerschnitt 

Reduktionszahl n L = E St /E cm · [ 1 + y L · j(t,t 0 ) ] 

A i,L = A St + A c /n L 

Kriechzahl und Schwindmaß n. EC 2 

Beanspruchungsart 

für zeitlich konstante Beanspruchungen (Dauerlasten): y B = 1,10 

für zeitlich veränderliche Beanspruchungen (Schwinden): y S = 0,55 

für eingeprägte Zwängungen (z. B. Stützensenkungen): y A = 1,50 






Verbundträger - Querschnittseigenschaften 

Beton in der Zugzone: 

Biegesteifigkeit des ideellen Verbund-Querschnittes E a ∙I 2 ohne Berücksichtigung 

zugbeanspruchter Betonquerschnittsteile, Betonstahl innerhalb b eff berücksichtigen 

für Bereiche, wo erhöhte Steifigkeit durch das Mitwirken des Betons zwischen den 

Rissen ungünstig wirkt Mitwirkung des Betons zwischen Rissen berücksichtigen 

für mehrere NW: Zustand I und Zustand II- Querschnitt annehmen 






Verbundträger: Querschnittsklassen im GZT 

Klasse 

Tragfähigkeit 

1 

vollplastisch, 

Rotationsvermögen 

2 vollplastisch 

3 elastisch 

4 

elastisch, 

Beulen beachten 

- Verbesserung des Stabilitätsverhaltens druckbeanspruchter 

Stahlquerschnittsteile durch Anschluß an bewehrte Betonteile Qkl 1 

- für Qkl 3 dehnungsbegrenzte Bemessung möglich 





Schnittgrößenermittlung nach EC 4 

Verbundträger: Schnittgrößenermittlung 

1) Elastische Schnittgrößenermittlung 

Berücksichtigung von: 

- Belastungsgeschichte 

- Kriechen und Schwinden 

- Rissbildung 

- Nachgiebigkeit der Verbindungsmittel kann vernachlässigt werden, 

wenn vollständige Verdübelung 

- fallweise Beanspruchungen infolge abfließender Hydratationswärme berücksichtigen 

(äquivalente Temperaturdifferenz 20 K) 






2) Elastische Schnittgrößenermittlung mit Momentenumlagerung 

Methode I 

prozentuale Umlagerung 

10 – 40 % je nach 

Querschnittsklasse 

Methode II 

reduzierte Biegesteifigkeit 

auf jeweils 

15% der Feldlänge 

Methode II 

reduzierte Biegesteifigkeit, 

iterative Ermittlung 






Schwindmaße teilweise deutlich modifiziert gegenüber DIN-Fb 102, 

zeitabh. Sicherheitsbeiwert für Trocknungsschwinden: t = lt = 1,20 

Beispiel: 

zeitlicher Verlauf der Kriechzahl j t und des Schwindmaßes t für C 35/45 (Zement N, 

h 0 = 580 mm , RH = 80 % , t 0 = 2 Tage) 





Bemessung nach EC 4 

Verbundträger: Bemessung im GZT 





Bemessung nach EC 4 – Querschnittstragfähigkeit 

GZT - Momententragfähigkeit 

-vollplastisch 

-dehnungsbeschränkt 

-elastisch 

Betonfestigkeit ohne Vorfaktor 0,85, Dauerstandsfestigkeit 

allerdings im GZT gleiche Ergebnisse (Spannungsblock 0,85), 

im GZG höhere Ausnutzung möglich 






GZT - Momententragfähigkeit (negatives Biegemoment) 

-vollplastisch 

-dehnungsbeschränkt 

-elastisch 






Momententragfähigkeit 

Träger mit teilweiser Verdübelung – Verdübelungsgrad 

N c 

= ∙ N c,f 

im Brückenbau nicht zulässig 

Querkrafttragfähigkeit - s. Bemessung Stahlträger 





Bemessung nach EC 4 – Stabilität 

GZT - Biegedrillknicken – detaillierter Nachweis 

Drehbettung durch stützende Betonplatte berücksichtigen 

1 

c 

 

 

1 

c 

P 

 

1 

c 

M 

 

1 

c 

A 

Ideales Biegedrillknickmoment n. Hanswille,Lindner,Münich: 

M 

 

cr,y 

 

Hilfswert 

B 

 

0B 

1 

k 

z 

 

2 

 

 

 

 

 

k 

z 

( y) 

 

n 

 

2 

E 

I 

D 

G I 

 

2 

T, eff 

B 

l 

 

 

 

z 

D 

z 

z 

 

1 

a 

 

 

e 

 

2 

M 

1 

 

 

i 

B 

2 

p 

 

n 

 

 

2 z 

1 

z 

e 

D 

 

r 

M 

 

N 

a 

a 

My 

I 

 

I 

 

z 

a, y 

st, y 

Iay 

A 

st, a 

a 

 

B 

 

c 

L 

E I 

4 

D 

Koeffizienten a, n 1 

und n 2 

abh. vom M- Verlauf 






Beulen infolge Längsspannungen 

- Verfahren mit Grenzbeulspannungen 

- NW mit „effektiven“ Querschnitten, 

nur für nicht längsausgesteifte Bleche 

s. Bemessung Stahlbrücken 






Beulen infolge Schubspannungen 

V 

c, Rd 

 

 

v 

 

f 

yw 

3 

h 

 

w 

M1 

 

t 

w 

NW: s. Bemessung Stahlbrücken 





Bemessung nach EC 4 – Verbundfuge 

NW der Schubtragfähigkeit in der Verbundfuge 

Übertragung der Längsschubkraft 

bereichsweise zw. kritischen Schnitten nachweisen: 

- in der Verbundfuge, 

- in weiteren Schnitten im Betongurt 

Nichtlinearität der Längsschubkräfte 

bei Ausnutzung 

der plast. Biegetragfähigkeit 

beachten 

NW Abscheren und örtliche 

Festigkeit Beton 

NW Lastausbreitung in 

Betonplatte 

(Dübelumrissfläche, 

Plattenanschnittsfläche) 





Bemessung nach EC 4 – Gebrauchstauglichkeit 

Nachweise im GZG 

- Spannungsnachweise: mit seltener Einwirkungskombination 

- Rissbreitennachweise 

abh. von definierter Anforderungsklasse, mit häufiger EWK, 

Grenzdurchmesser nach EC2-2 

- Verformungsnachweise 

für quasi-ständige Lasten unter Beachtung von Kriechen + Schwinden 

sowie der Belastungsgeschichte 

- Nachweise dynamischer Grenzwerte 

oft nur für Fußgängerbrücken relevant 





Bemessung nach EC 4 – Ermüdung 

NW gegen Materialermüdung 

Ermittlung der Spannungsdifferenz 

im Bereich mit der Betonplatte 

in der Zugzone 





Bemessung nach EC 4 – Ermüdung 

Ermüdungswiderstand 

für Stahlträger: nach Regeln für Stahlkonstruktionen 

für Kopfbolzendübel mit Längsschubbeanspruchung: 

2-Mio-Wert von c = 90 N/mm 2 ( m= 8 ) 

Biegung ( c = 80 N/mm 2 ) und Schub in Biegezugbereichen überlagern 





Besonderheiten - Beispiele 

Verbundbrücke im Taktschiebeverfahren 

298 m 

21,50 m 

Waltherstraßenbrücke in Dresden 






Beton C35/45, Zemente CEM I sollten wegen hoher Hydratationswärmeentwicklung 

für Verbundbrücken möglichst nicht verwendet werden, 

hier aber Frühfestigkeit erforderlich 

(im Regeltakt Erstbelastung nach 3 Tagen) 

Fragestellung 

Ermittlung der Beanspruchungen durch Taktschieben in Längs- und 

Querrichtung ab dem Zeitpunkt der Herstellung, 

unter Beachtung der Temperaturentwicklung 






Hydratationswärme: Temperaturverlauf 3 Tage nach dem Betonieren 

Messwerte [°C] 

Beton 1d 

Beton 3d 

Stahl 1d 

Stahl 3d 

Lufttemperatur zur Messung: 

T 1d = 20°C; T Mittel 1d = 16.8°C 

T 3d = 19°C; T Mittel 1-3d = 17.1°C 

34.0 

Temperaturverlauf im Querschnitt nach 

dem Betonieren BA 8 

42.7 43.5 

47.3 

39.5 

23.8 

28.6 29.4 

31.3 

24.3 

Oberseite 

Folie 

d=25 

Unterseite 

Schalhaut 

34.2 26.4 

d=47 d=57 d=35 

28.5 35.2 

Wind 

21.2 

23.8 

19.3 22.2 

OK Gelände 

1 m 

aufgrund hoher Hydratationswärmeentwicklung und resultierender Krümmung der Träger 

Abheben von den Betonierunterstützungen im Bereich der Taktanlage 






Dehnungen der Betonplatte Takte 4 – 9 






Verbundbrücke im Taktschiebeverfahren 

Ergebnisse: 

- Hydratationswärmeentwicklung in beachtlicher Größenordnung 

- Stahlspannungen in Längsrichtung im elastischen Bereich 

- Spannungen bzw. Rissweiten in Querrichtung der Fahrbahnplatte maßgebender 

als in Längsrichtung, auch nicht komplett reversibel 






Bahretalbrücke - Verbundbrücke mit Ganzfertigteilen 






Bahretalbrücke – Ausbildung der Querstöße zwischen den Fertigteilen 






Bahretalbrücke – Ergebnisse der dynamischen Messungen 

Überfahrt eines Fahrzeuges im Rohbauzustand, 

Querschnitt bleibt im Zustand I 






Bahretalbrücke – Ergebnisse der Langzeitmessung 

Spannungen im Verbundquerschnitt an der Querfuge, sehr hohe Werte in Fugenbewehrung 

Ebenbleiben des QS gilt nicht uneingeschränkt 

(Sammelriss im Bereich der Querfuge) 






Versuche mit Fertigteil- Verbundträgern – negatives Biegemoment 

aktuelle Versuchsreihe TU Berlin 





Zusammenfassung 

- Stahlverbundkonstruktionen mit großem Potential beim Ersatzneubau: 

breitere Verbund-QS auf bestehenden Unterbauten, schnelle Bauzeiten 

- Bemessung und Konstruktion der Stahl- Verbundbauteile nach EC 4-2: 

i.W. analog wie nach DIN-Fb 104, nur wenige Änderungen in einzelnen 

Nachweisen 

- Fertigteile im Stahl-Verbundbau vorteilhaft, auch Ganzfertigteile 

möglich

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