Stahlbau Nachrichten - Verlagsgruppe Wiederspahn

Stahlbau-Nachrichten
Bauen mit Stahl
Berechnungen ergaben, dass die Schnittgrößenverteilung
wesentlich durch die gewählte
Form der Gründung beeinfl usst wird: eine
Pfahlgründung mit elastischer Einspannung,
bei der räumlich geneigte Stützen aus Rohrprofi
len in Köcher einbinden und die Stiele in
Längsrichtung durch kopfbandartige Profi le
in die Fischbauchträger eingespannt sind. Das
Resultat ist eine hochgradig unbestimmte
Tragstruktur, die global als Rahmensystem
wirkt. Eine realistische Modellierung der
Gründung als Federsystem beinhaltet also,
dass gekoppelte Steifi gkeiten erfasst werden.
Daher wurden die Pfähle mit ihrer elastischen
Bettung in dem Modell berücksichtigt.
Gemäß DIN-Fachbericht 103 dürfen Fachwerke
als gelenkig modelliert werden, was
ermöglichte, einen Teil der Verbindungen
als gelenkig anzunehmen. In anderen Bereichen
werden hingegen biegesteife Verbindungen
benötigt, um Gleichgewicht zu
gewährleisten. Dies gilt insbesondere für die
Rotationen, die eine Verformung der Untergurte
senkrecht zur Binderebene behindern.
Aufgrund der Rahmenwirkung treten in den
Untergurten des Fischbauchträgers aber gerade
über den Stützen große Druckkräfte auf,
weshalb zur Stabilisierung des Untergurtes
eine seitliche elastische Aufl agerung erforderlich
wurde, realisiert durch die biegesteife
Ausführung des Quersystems. Somit waren
die Knoten teilweise gelenkig, teilweise als
biegesteife Verbindungen auszubilden und
nachzuweisen.
Die Bemessung der Knoten orientierte sich
an DIN EN 1998-1-8, die als Norm Bemessung
und Ausführung von Knotenverbindungen
im Stahlbau regelt und zudem umfangreiche
(Bemessungs-)Verfahren für stumpf gestoßene
und verschweißte Knoten von Rohrfachwerken
verfügbar macht. Die Berechnungen
erfolgen zum einen für die Durchleitung von
Straßenquerung
»mit« Fischbauchträgern
© Müller Offenburg GmbH
20
Schräggestellte Stützen
© Müller Offenburg GmbH
Normalkräften, die zum Nachweis von Fachwerksystemen
dienen. Zum anderen können
auch Momente in und aus der Tragwerksebene
(heraus) nachgewiesen werden, was
für biegesteife Rahmenknoten notwendig
ist. Da diese Bemessungsverfahren auf Traglastbetrachtungen
beruhen und plastische
Tragreserven voraussetzen, sind sie für den
Nachweis ermüdungsbeanspruchter Bauteile
freilich nicht geeignet.
Gemäß DIN-Fachbericht 103 sind für Fußgängerbrücken
nun keine Ermüdungsberechnungen
vorgeschrieben. Eine wesentliche
Schwierigkeit stellten indessen die geometrischen
Randbedingungen dar, denn die
angegebenen Gleichungen gelten für eine
Knotenausführung mit Winkeln θ ≥ 30°. Da
die vorliegende Struktur jedoch mit deutlich
geringeren Winkeln aufwartet, waren dementsprechend
zusätzliche Untersuchungen
unumgänglich. Hierzu wurde zunächst ein
Nachweisprogramm entwickelt, das die
automatische Bemessung eines räumlichen
Knotens für die unterschiedlichen geometrischen
Knotenausbildungen (Y-, K-, X-Knoten)
erlaubt, und für die kritischsten Knoten dann
Sensitivitätsbetrachtungen durchgeführt,
um den Einfl uss von Winkeländerungen auf
die Traglast zu ermitteln. Die Berechnungen
zeigten, dass die Traglast im Allgemeinen für
fl achere Winkel zunimmt. Die Bemessung
erfolgte daher konservativ mit θ = 30° für
Knoten mit Winkeln < 30° – unter der Bedingung
einer vollständigen bzw. sauberen Umschweißung:
Werden die Winkel zu klein, ist
die gewählte Lösung nicht mehr zutreffend.
Auswirkungen für die Fertigung
An dieser Stelle ist ein Zusammenwirken
zwischen Planung und Fertigung ebenfalls
zwingend: Nicht nur die Fertigungsseite darf
eine optimierte Planung erwarten, auch der
Fertigungsbereich des Stahlbauunternehmens
muss sich für eine zweckmäßige, an der
Praxis orientierte Planung engagieren, um die
erwünschte Kostenoptimierung zu erzielen.
In der Werkstatt wurden daher Aufschweißversuche
für unterschiedliche Winkel durchgeführt,
wobei sich deren Schweißbarkeit bis
ca. 20° noch nachwiesen ließ. Der Anschluss
des Kopfbandes an den Untergurt hat aber
einen Winkel von θ ≈ 13°: Die Durchleitung
der hohen Druckkräfte wurde hier durch den
Einsatz eines eingeschlitzten Knotenblechs
realisiert, und zwar in Abstimmung mit der
Prüfi ngenieurin.
Die Bemessung aller Knoten erfolgte dann
als Nachlauf numerisch auf Basis der bereits
beschriebenen Algorithmen. Aufgrund der
frühzeitigen Zusammenarbeit zwischen
Fertigung und Planung war es möglich, die
Knoten weitestgehend stumpf gestoßen und
vollverschweißt und damit sehr wirtschaftlich
zu verwirklichen. Diese enge Kooperation erlaubte
darüber hinaus eine klare Gliederung
des Tragwerks in handhabbare Montageeinheiten,
so dass die geometrisch anspruchsvollen
Knoten ohne Komplikationen und höchst
effektiv im Fertigungsbetrieb erstellt werden
konnten.
So wurde das Bauwerk mit seiner ambitionierten
Konstruktion und seiner optisch schönen
Gestaltung sowohl unter fertigungs- als
später auch unter montageseitigen Aspekten
letztlich problemlos errichtet.