Bemessung und Überprüfung der kombinierten Beanspruchung von Längsschub und Querbiegung in Stegen von Stahlbetonbrücken
Autorin: Rebecca Dürmüller
Sprache: Englisch
Kurzfassung
Die meisten der zwischen 1950 und 1970 gebauten Brücken weisen einen geringen Bügelbewehrungsgehalten in ihren Stegen auf. Im Laufe der Zeit müssen diese Bauwerke aufgrund der zunehmenden Verkehrsbelastung und/oder zusätzlicher Fahrstreifen neu überprüft werden.
Bestehende Interaktionsmodelle für kombinierte Beanspruchung von Schub und Querbiegung, die auf starr-plastischen Spannungsfeldern basieren, sind für normale Bewehrungsgehalte eher konservativ. Ihre Anwendung setzt jedoch eine ausreichende Verformungskapazität voraus, die bei niedrigen Bewehrungsgehalten nicht unbedingt gegeben ist. Das an der ETH Zürich entwickelte Layered Cracked Membrane Model (LCMM) ist in der Lage, alle relevanten Effekte wie Druckentfestigung und Zugversteifung zu modellieren und berücksichtigt daher implizit die Grenzen der Verformungskapazität. Obwohl dieses Modell in der Lage ist, ein realistisches Verhalten abzubilden, erfordert seine Anwendung eine zeitaufwändige nichtlineare Analyse.
In der Arbeit wurde der Anwendungsbereich verschiedener Interaktionsmodelle für Stege mit sehr geringem Bügelbewehrungsgehalten untersucht. Darüber hinaus wurde eine einfache Bemessungsmethode für kombinierte Schub- und Biegebeanspruchung im Steg einer Hohlkastenbrücke vorgeschlagen, die es erlaubt, eine mögliche plastische Umverteilung zu berücksichtigen und das Verformungsvermögen zu überprüfen, ohne dass eine zeitaufwändige und komplizierte nichtlineare FE-Modellierung erforderlich ist.
Die Studie ergab, dass das Interaktionsmodell von Menn im Allgemeinen gute Ergebnisse liefert. Bei hohen Schubkräften können die Ergebnisse jedoch etwas unkonservativ sein, insbesondere wenn der von Menn vorgeschlagene kc-Faktor in Kombination mit flachen Druckfeldneigungen verwendet wird. Wenn der kc-Faktor auf der Grundlage der aufgezwungenen Längsdehnungen definiert wird, liefert das Modell konsistentere Ergebnisse. Der Eurocode ist für die Anwendung auf Stege von Hohlkastenbrücken zu konservativ.
Die vorgeschlagene Überprüfungsmethode berücksichtigt die auf das Gesamttragsystem günstigen Auswirkungen einer möglichen plastischen Umverteilung nach Erreichen des Fliessmoments im Steg. Sie ermöglicht den Vergleich zwischen dem zur plastischen Umverteilung benötigte Verformungsbedarf und der Verformungskapazität des Steges.
Für typische Geometrien einer Drei-Feld-Brücke wurde festgestellt, dass eine plastische Umverteilung fast immer erforderlich ist. Im Falle einer unzureichenden Verformungskapazität des Stegs ist die effizienteste Verstärkungsmassnahme (unter dem Gesichtspunkt der Konstruierbarkeit und der Kosten) eine Erhöhung der Steifigkeit der Fahrbahnplatte, was wiederum zu einer Verringerung des Verformungsbedarfs im Steg führt.
