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

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11. SYMPOSI UM LEI PZIG Betongelenke vergleichbarer Größenordnung sind bei der Deutschen Bahn AG bisher einzig an der Mainbrücke Gemün- den auf der Schnellbahnstrecke Würzburg–Hannover eingesetzt worden. Die Leistungsfähigkeit von Betongelenken im Brückenbau wurde unter anderem bereits vor vielen Jahren beim Hardturm- Viadukt der Schweizerischen Bundesbahnen an drei ausführungsgetreuen Versuchskörpern mit mehreren Millionen Lastspielen von der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt Zürich nach- gewiesen, die jedoch im Gelenkhals bewehrt waren. Betongelenke sind Sonderfälle im Stahl- betonbau, ihre Bemessung ist im bauauf- sichtlich eingeführten Regelwerk der Deutschen Bahn AG nicht definiert. Im Allgemeinen erfolgt ihre Berechnung nach Empfehlungen von Leonhardt [1], welche aber mit dem heutigen Teilsicherheitskonzept sowie den gültigen Bau- stoffparametern und Bemessungs- größen nicht kompatibel sind. 11 12 13 Draufsicht, Längs- und Querschnitt der oberen Bewehrung © Kinkel + Partner GmbH 70 BRÜCKENBAU | 1 . 2011 Deshalb wurde vom Auftraggeber in einer fachtechnischen Stellungnahme eine unternehmensinterne Genehmigung (UIG) erteilt, in der die entsprechenden Empfehlungen auf die aktuell geltenden Normen übertragen wurden. In der UIG wurden zusätzlich Bedingun- gen hinsichtlich der Geometrie und der Bemessung der Betongelenke formuliert sowie weitere Maßnahmen gefordert, die eine leichte Auswechselbarkeit, eine verbesserte Überprüfung und eine er- höhte Dauerhaftigkeit des Rahmenbauwerks sicherstellen sollen. 14 15 16 Draufsicht, Längs- und Querschnitt der unteren Bewehrung © Kinkel + Partner GmbH 3.2 Statische Nachweise Die statischen Nachweise orientieren sich an den Vorgaben von Mönnig und Netzel [2] und Leonhardt [1]. Dabei sind gemäß UIG folgende Randbedingungen einzuhalten: – Geometrie des Betongelenks: Die wesentlichen Kriterien für die geometrische Dimensionierung sind die Gelenkhalsbreite und die Höhe bzw. Ausrundung der Aussparung am Gelenkhals.
– Grenzen der Gelenkhalsfläche (minimales und maximales A G ): Die Gelenkhalsfläche wird als Funktion der Normalkraft, der Betonfestigkeit und der Gelenkverdrehung begrenzt. – Zulässige Lagerkraft: Es ist der Nachweis zu erbringen, dass der Drehwinkel des Betongelenks für die Einwirkungskombination quasiständig, häufig, nicht-häufig und selten den Grenzwert von 15 ‰ nicht überschreitet. – Zulässige Neigung der Resultierenden: Die zulässige Neigung der Resultierenden in der Gelenkhalsfläche ist für die Einwirkungskombination quasi-ständig, häufig, nicht-häufig und selten wie folgt nachzuweisen: Q ≤ 1 /8 N. Dieser Grenzwert ist für den unbewehrten Gelenkhals nur halb so groß, wie es Leonhardt für bewehrte bzw. gepanzerte Gelenke vorschlägt. – Spaltzug in angrenzenden Bauteilen: Für die Ermittlung der Spaltzugkräfte lagen Untersuchungen an Scheibenmodellen nach Elastizitätstheorie und daraus abgeleitete Stabwerkmodelle zugrunde. Auf den korrekten Einbau bezüglich Bewehrungsgehalt, Lage und Verankerung ist besonders zu achten, da das Fließen der Spaltzugbewehrung und die damit verbundene Rissbildung im Anschlussbereich in der Regel das Gesamtversagen des Betongelenks einleiten. Aus diesem Grund wurde die zulässige Stahl- spannung auf 150 N/mm 2 unter der seltenen Einwirkungskombination begrenzt und führt zu einer deutlichen Erhöhung der Traglast. – Ausmitte des Quermoments bzw. »Aufreißen des Gelenks in Querrichtung«: Die Forderungen der UIG beinhalten, dass der Querschnitt des Gelenkhalses zu jeder Zeit, an jeder Stelle infolge der seltenen Einwirkungskombination überdrückt sein muss. Diese Bedingung war entscheidend für die Dimen- sionierung der Gelenkhalslänge, die gegenüber dem Entwurf von 4,00 m auf 8,00 m verdoppelt werden musste. – Zulässige Kantenpressung: Der Nachweis der Kantenpressung muss im Grenzzustand der Tragsicherheit für die ständige und vorübergehende Bemessungssituation mit dem Bemessungswert der zulässigen Kan- tenpressung geführt werden. Zur Umsetzung der zahlreichen Nachweise für alle geforderten Einwirkungskombinationen (quasi-ständig, häufig, nicht-häufig und selten) und unter Berücksichtigung der verschiedenen maßgebenden Leiteinwirkungen (Ver- kehr, Wind) und der zugehörigen Schnitt- größen (max/min M g zug. N bzw. max/min N g zug M) erfolgte die Auswertung zweckdienlich mit Excel und der Programmierung eines Scripts mit Microsoft Visual Basic. Bei der Auswertung zeigte sich, dass vor allem die Nachweise der zulässigen Neigung der Resultierenden für einige Einwirkungskombinationen nur knapp eingehalten werden konnten. Da die Bedingung Q ≤ 1/8 N unabhängig von der Geometrie des Betongelenks ist, muss bereits beim Entwurf einer Brücke darauf geachtet werden, dass genügend Auflast aus der Eigenlast des Bauwerks vorhanden ist und sich somit die Größe der Vertikalkraft N steuern lässt. Die Querkraft ergibt sich hingegen hauptsächlich aus den horizontalen Verkehrslasten, wie zum Beispiel Bremsen und Anfahren, sowie dem Zwang und ist daher nur sehr schwer konstruktiv zu beeinflussen. 1 1 . SYM P O S I U M L E I PZ I G 17 Betonage des Gelenkhalses © Kinkel + Partner GmbH 18 Einheben des oberen Bewehrungskorbs © Kinkel + Partner GmbH 4 Herstellung der Betongelenke An die Betonqualität der Betongelenke und der daran angrenzenden Baukörper werden hohe Anforderungen gestellt, damit sich die großen auftretenden Ein- wirkungen sicher und dauerhaft über- tragen lassen. Das Betonieren eines solchen Gelenks ist kein alltäglicher Vorgang. Deshalb wurde in der UIG verlangt, dass vorab ein Betongelenk im Verhältnis 1:1 erprobt werden muss, um das Risiko einer unzureichenden Betonierqualität des stark beanspruchten und im eingeschalten Zustand nur schwer zugänglichen Gelenkhalses sowie in den hochbewehrten Anschlussbereichen zu minimieren. Aufgrund dieser Randbedingungen war bereits im Vorfeld bei der Planung der Bewehrung und des Betonierkonzeptes eine genaueste Abstimmung notwendig. Um eine größtmögliche Homogenität des Betons im Gelenkhals zu erzielen, wurde von der Baufirma Gerdum u. Breuer ein Ablauf gewählt, der ein Betonieren frisch in frisch gewährleistete. Dazu wurde der untere Gelenkblock vollständig bewehrt und die obere aufgeständerte Deckelschalung inklusive des Scha- lungskeils für den Gelenkhals eingebaut. 1 . 2011 | BRÜCKENBAU 71
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