11. Symposium Brückenbau in Leipzig - zeitschrift-brueckenbau ...

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11. SYMPOSI UM LEI PZIG 3 Vergleich der Bauweisen 3.1 Allgemeines Für einen erstmaligen direkten Vergleich wurden der Überbau der Brücke Nord mit interner Längsvorspannung ohne Verbund und der Überbau der Brücke Süd entsprechend der bisherigen Regel- bauweise mit herkömmlichen Längsspanngliedern mit nachträglichem Ver- bund vorgespannt. Für die Vorspannung des Überbaues Nord kam das in [2] geregelte Drahtspannverfahren für Vor- spannung ohne Verbund zur Anwendung. Sowohl der Überbau Nord als auch der Überbau Süd sind zudem in Querrichtung konform zur Regelbauweise mit internen Querspanngliedern ohne Verbund vorgespannt. Es sei darauf hingewiesen, dass für die Wahl der Querschnittsabmessungen für beide Überbauten enge konstruktive Randbedingungen herrschten, um die Belastung der verbliebenen Unterbauten ausreichend zu begrenzen. Die nachfolgenden Ausführungen stellen eine Kurzzusammenfassung der auf die Bauwerksentwürfe bezogenen Gegenüberstellung der Bauweisen aus [17] und eine Fortsetzung dieses Bauweisenvergleiches unter Berücksichtigung der Erfahrungen aus der Ausführungsplanung und der Bauausführung dar. 3.2 Konstruktion und Bemessung 3.2.1 Entwurfsplanung 3.2.1.1 Festlegung der Vorspannung in Längs- und Querrichtung, Überbau Süd Bei der konventionellen Bauart dient die Vorspannung dazu, die Hauptträger in Längs- und die Fahrbahnplatte in Quer- tragrichtung bis zu einem bestimmten Lastgrad im Zustand I zu halten und die Rissgefahr, die Rissbreiten sowie die Durchbiegungen zu begrenzen. Gemäß DIN-Fachbericht 102 [4] in Verbindung mit ARS 11/2003 [3] gelten für die zugrundeliegende Bauweise sowohl für die Längs- als auch für die Quertragrichtung klare Regelungen zur Bestimmung der Vorspannung. Demnach ist für die Längsrichtung An- forderungsklasse C anzunehmen und demzufolge der Nachweis der Dekompression unter der quasi-ständigen Einwirkungskombination zu führen. 58 BRÜCKENBAU | 1 . 2011 Neben den Einwirkungen aus ständiger Last und Vorspannung sind für diese Lastkombination 20 % der Einwirkungen aus Lastmodell 1 des DIN-Fachberichtes 101 [1] sowie 50 % der Einwirkungen aus Temperaturzwang und die Zwängungseinwirkungen aus den wahrscheinlich auftretenden Baugrundverformungen zu berücksichtigen. In Querrichtung ist gemäß [4] in Verbindung mit [3] Anforderungsklasse B anzunehmen und der Nachweis der Dekompression unter Zu- grundelegung der häufigen Einwirkungskombination zu führen. Für den konventionell errichteten Über- bau Süd ergab sich nach den genannten Regeln für die Längsrichtung ein mittlerer Vorspanngrad, also eine durch die Vorspannung in Höhe der Schwerlinie des Überbaues erzeugte mittlere Beton- druckspannung von 6,10 MN/m 2 . 3.2.1.2 Festlegung der Vorspannung in Längs- und Querrichtung, Überbau Nord Bei der Bauweise mit interner Längsvorspannung ohne Verbund dient die Vorspannung lediglich zur sinnvollen Begrenzung der Rissbreiten und der Durchbiegungen: Es handelt sich hier um »vorgespannten Stahlbeton«. Für intern verbundlos vorgespannte Plat- tenbalkenquerschnitte existieren für die Festlegung der Vorspannung bislang keine verbindlichen Normenregelungen. In [14] wird auf Basis einer teilweisen Vorspannung allgemein empfohlen, den Vorspanngrad in Längsrichtung so zu wählen, dass unter ständiger Last, der Vorspannung und etwa 10–30 % der Verkehrslast die Betonlängsspannungen an den Querschnittsrändern zu null werden. [4] gibt in Verbindung mit [3] und der Richtlinie für Betonbrücken mit externer Vorspannung [16] zudem eine Regel vor, mit der sich zumindest die Vorspannung von Kastenquerschnitten mit externer Vorspannung in Längstragrichtung bestimmen lässt. Demnach ist für die Längsrichtung solcher Quer- schnitte Anforderungsklasse D anzunehmen und die Vorspannung so auszu- legen, dass unter der quasi-ständigen Einwirkungskombination auf der Seite der Spannglieder keine Dekompression erfolgt. Neben den Einwirkungen aus ständiger Last und Vorspannung sind dabei aber abweichend von den diesbe- züglich in [4] enthaltenen Regelungen statt 20 % hier 30 % der Einwirkungen aus Lastmodell 1 des DIN-Fachberichtes 101 [1], jedoch keine Einwirkungen aus Temperaturzwang und keine Zwängungs- einwirkungen aus den wahrscheinlich auftretenden Baugrundverformungen zu berücksichtigen. Durch die Verwendung von Spanngliedern mit eigenem Korrosionsschutz entfällt aufgrund der Einstufung in die Anforderungsklasse D auch für die Quer- vorspannung der Nachweis der Dekompression. Das Maß der in Querrichtung erforderlichen Vorspannung ist aus dem Kriterium zu bestimmen, wonach die nach Zustand I (ungerissener Zustand) in der Fahrbahnplatte in Querrichtung errechneten Biegezugspannungen des Betons gemäß [4] zu beschränken sind. Für den intern verbundlos vorgespannten Überbau Nord ergibt sich daraus in Längsrichtung ein gegenüber der her- kömmlichen Bauart deutlich reduzierter mittlerer Vorspanngrad, also eine durch die Vorspannung in der Schwerlinie des Überbaues erzeugte mittlere Betondruckspannung von nur 4,40 MN/m 2 . Das sind nur 72 % des Vorspanngrades der konventionellen Bauweise. Zwischenzeitlich ist die sogenannte Richtlinie für Betonbrücken mit internen Spanngliedern ohne Verbund [15] in Vorbereitung, in die die endgültigen Angaben zur Festlegung der Vorspannung bei interner Vorspannung ohne Verbund eingearbeitet werden. 3.2.1.3 Spannstrangführung in Längsrichtung, generell Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wurde jeder Überbau in drei Bauabschnitten hergestellt. Die Einteilung der Bauwerksfugen fiel, um eine objektive Vergleichbarkeit zu gewährleisten, für beide Über- bauten identisch aus. Subjektive, den Vergleich gegebenenfalls verfälschende Einflüsse sollten weitgehend ausgeschlossen werden. Daher erfolgte für beide Überbauten die Festlegung der Vorspannung für die Längsrichtung (Ermittlung der einzelnen Spannkräfte, Länge und Positionierung der einzelnen Spannstränge, Ermittlung der Höhenlage der einzelnen Spannstränge) unter Zu- hilfenahme eines in [18] erstmals vorgestellten numerischen Optimierungsverfahrens.
3 Spannstrangführung in Längsrichtung für den Überbau Süd; Spanngliedanzahl pro Längsträgersteg © bulicek + ingenieure 3.2.1.4 Spannstrangführung in Längsrichtung, Überbau Süd Die Spannstrangführung des in konventioneller Bauweise errichteten Überbaues Süd erfolgte wie üblich mit Spanngliedkopplungen in den Arbeitsfugen und mit Festverankerungen innerhalb des Betonquerschnittes. Als mögliche Spannstellen standen die beiden Wider- lager sowie die beiden Arbeitsfugen, also insgesamt vier Stellen zur Verfügung. 3.2.1.5 Spannstrangführung in Längsrichtung, Überbau Nord Die Spannstränge für die internen Längsspannglieder ohne Verbund im Überbau Nord wurden entweder in den Widerlagerbereichen oder im Abschnitt der sich unter ständiger Last einstellenden Momentennullpunkte an der Steg- unterseite verankert und unter Verzicht auf jede Art von Spanngliedkopplungen über den Stützen überlappt. Dadurch konnte die Vorspannung auf die stärker biegebeanspruchten Stützbereiche kon- zentriert und darüber hinaus auf die Biegemomente des jeweiligen Feldes sowohl im Bau- als auch im Endzustand optimal abgestimmt werden. Da nahe den Verankerungszonen die in der all- gemeinen bauaufsichtlichen Zulassung festgelegten kleinsten Umlenkradien der Längsspannglieder aus entwurfstechnischen Gründen unterschritten werden mussten und die Zulassung zum Zeit- punkt der Ausführung noch nicht auf entsprechend enge Radien erweitert war, wurde auf Basis einer wissenschaftlichen Begleitung für diesen Einzelfall eine ent- sprechende Verwendungsgenehmigung erwirkt. [19] Als denkbare Spannstellen stehen im Falle des nördlichen Überbaues jeweils eine Spannmöglichkeit pro Widerlagerkammer und zwei pro Pfeilerbereich zur Verfügung. Auf die Weise bleiben im Endzustand ein Zugriff auf alle Spannstrangenden und somit auch ein Nach- spannen oder eine Spannkraftkontrolle von allen Verankerungsstellen aus gewährleistet. 3.2.2 Genehmigungs- und Ausführungsplanung 3.2.2.1 Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung mit Längskraft, Überbau Süd längs Die Bemessung für Biegung mit Längs- kraft beim Überbau Süd erfolgte entsprechend den für die konventionelle Bauweise in [4] vorgegebenen Regelungen unter Berücksichtigung der Zusatzdehnung des Spannstahls beim Übergang des Querschnittes in den Grenzzustand der Tragfähigkeit auf der Widerstandsseite. Lediglich die statisch unbestimmten Anteile aus der Vorspannung wurden auf der Einwirkungsseite berücksichtigt. 3.2.2.2 Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung mit Längskraft, Überbau Nord längs Bei Verwendung von Spanngliedern ohne Verbund erfährt der Spannstahl beim Übergang des Querschnittes in den Grenzzustand der Tragfähigkeit keine wesentlichen Zusatzdehnungen. Die ge- samte Wirkung der Vorspannung muss daher abweichend von der konventionellen Bauweise hier als Ganzes auf der Einwirkungsseite berücksichtigt werden. Aufgrund des generell niedrigeren Vor- spanngrades in Verbindung mit der feh- lenden Zusatzdehnung des Spannstahles im Grenzzustand der Tragfähigkeit sind wünschenswert höhere Betonstahlmengen erforderlich, die, im Gegensatz zur konventionellen Bauweise, das Maß der Robustheitsbewehrung örtlich übersteigen. 1 1 . SYM P O S I U M L E I PZ I G 4 Spannstrangführung in Längsrichtung für den Überbau Nord; Spanngliedanzahl pro Längsträgersteg © bulicek + ingenieure 5 Spanngliedverankerung beim Überbau Nord © bulicek + ingenieure 3.2.2.3 Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung mit Längskraft, Überbau Süd und Überbau Nord quer Die Vorspannung in Querrichtung erfolgte in beiden Fällen mit internen Litzenspanngliedern ohne Verbund. Aufgrund des beim Überbau Nord auch in Quer- richtung niedrigeren Vorspanngrades sind dort auch quer zur Haupttragrichtung größere Betonstahlmengen als beim Überbau Süd erforderlich. 3.2.2.4 Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Querkraft und Torsion, Überbau Süd Beim Nachweis für Querkraft und Torsion ist gemäß [4] bei Vorspannung mit nachträglichem Verbund die von den im Querschnitt liegenden Spanngliedern erzeugte Querschnittsschwächung rech- nerisch in Form einer Stegbreitenverringerung um 50 % der durch die jeweils in einer Lage befindlichen Hüllrohre ein- genommenen Gesamtbreite zu berücksichtigen. 1 . 2011 | BRÜCKENBAU 59
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