12. symposium brückenbau - zeitschrift-brueckenbau Construction ...

12. SYMPOSIUM BRÜCKENBAU
11 Fertiggestelltes Bauwerk, Blick Richtung München
© Florian Schreiber/SSF Ingenieure AG
5 Statische Berechnung
5.1 Unterbauten
Die Unterbauten wurden an separaten
statischen Modellen berechnet, die
kastenförmigen Widerlager mit finiten
Elementen abgebildet. Die Bohrpfähle
waren im System als elastisch gebettete
Stäbe enthalten.
Die bis zu 13,08 m hohen und 2,30 m
dicken Stützen wurden zusammen mit
den Pfahlkopfplatten und den im Erdreich
gebetteten Pfählen als Stabsysteme
berechnet. Die Verteilung der Brems- und
Anfahrlasten erfolgte dabei entsprechend
dem Verhältnis der Horizontalsteifigkeiten
der mitwirkenden Unterbauachsen
unter Berücksichtigung der maximalen
Verformungswiderstände der Kalottenlager.
Trotz des Festpunktes in Achse 30
ergaben sich an dieser Auflagerachse nur
noch 20 % der Brems- und Anfahrlasten.
Aufgrund der Schlankheit der Stützen
wurde neben der Regelbemessung auch
ein Nachweis nach Theorie II. Ordnung im
Grenzzustand der Tragfähigkeit geführt,
der jedoch keine Erhöhungen der
Bewehrungsmengen ergab.
5.2 Überbau
Die statische Berechnung erfolgte an
einem räumlichen Trägerrostsystem.
Die beiden Längsträger wurden hier als
Stäbe mit ihrem Plattenbalkenquerschnitt
mit variablen Plattenbreiten angenommen.
Die Torsionssteifigkeit der vorgespannten
Längsträger wurde nach
DIN-Fachbericht 102 mit 80 % des
theoretischen Werts festgelegt.
Die Fahrbahnplatte wurde aufgrund
der Brückenschiefe und der Krümmung
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im Grundriss mit ebenen finiten Elementen
mit orthotroper Tragwirkung
abgebildet und dabei nur der Querrichtung
der Platte eine Steifigkeit
zugeordnet. Die Querträger an den
Auflagern wurden als zusätzliche
Biegestäbe mit einer auf 50 % des theoretischen
Werts reduzierten Torsionssteifigkeit
eingeführt. Mit Hilfe dieser
Modellbildung ließ sich die kontinuierliche
Tragwirkung der Fahrbahnplatte
im Vergleich zu herkömmlichen Trägerrosten
mit ideellen Querträgern wesentlich
besser ermitteln: Aus der Orthotropie
resultierend, sind die Berechnungsergebnisse
eindeutig in Stabschnittgrößen
für die Längsrichtung und
Plattenschnittgrößen für die Querrichtung
getrennt. Das gemischte System
aus Stäben und finiten Elementen führte
zu einer realistischeren Modellabbildung,
ohne auf die Vorteile einer klassischen
Trägerrostberechnung verzichten zu
müssen.
Die Vorspannung der beiden Längsträger
weicht aufgrund der stark unterschiedlichen
Stützweiten mit Differenzen
bis zu 10 m bei den einzelnen Trägerabschnitten
völlig voneinander ab. Die
aus der Vorspannung dieses Systems
folgenden hohen Zwangsbeanspruchungen
mussten zusätzlich berücksichtigt
werden. Aufgrund der gewählten zwei
Bauabschnitte wurde auch ein zusätzliches
Zwischensystem im Bauzustand
nachgewiesen: ein Zweifeldträger mit
Kragarm. Maßgebend für die Vorspannung
war jedoch der Dekompressionsnachweis
im Endzustand.
Die konstruktive Umsetzung in den
Spann- und Bewehrungsplänen für den
Überbau war wegen der komplexen
Bauwerksgeometrie und der hohen
Bewehrungsgrade sehr anspruchsvoll.
Das heißt, es mussten bis zu drei Lagen
Spannbewehrung und aufgrund der
hohen Torsionsbeanspruchung zusätzlich
ein relativ hohes Maß an schlaffer
Bewehrung im Querschnitt untergebracht
werden. Der Anteil der schlaffen
Bewehrung beträgt 137 kg/m³, jener
der Spannbewehrung 54 kg/m³.
6 Ausführungsplanung in 3-D
Die Schalpläne wurden in 3-D erstellt,
wobei alle Bauteile in einem räumlichen
Modell exakt abgebildet wurden.
Zusätzlich wurde vom Urgelände ein
3-D-Laserscanning des gesamten Umfeldes
durchgeführt. Auf dieser Basis
wurde mit dem Programmsystem NX ein
3-D-Modell des Bauwerks aufgebaut und
daraus alle Ausführungspläne abgeleitet.
Der etwas höhere Arbeitsaufwand zur
Erarbeitung eines solchen Modells wird
dabei durch mehrere Effekte aufgewogen:
Als Nebenprodukt stehen sofort
alle geometrischen Bauteil- und Erdbaumassen
zur Verfügung, und am
räumlichen System werden geometrische
Probleme sofort erkannt, die
konstruktive Detaillierung erleichtert.