Analysis of composite bridge decks supported by stay cables

Autorin: Eliane Kalberer
Sprache: Englisch

Kurzfassung

In den letzten Jahren sind Verbundträger für Schrägseilkabelbrücken immer beliebter geworden, da ihre modulare Bauweise, sowie die Vorfabrikation der Elemente die Errichtung der Brücke sehr ökonomisch und zeiteffizient machen. Vor allem in der USA scheint dieser Brückentyp beliebt zu sein für Autobahnen welche Flüsse mit einer Spannweite zwischen 200 und 600 m überqueren. Verbundbrückenträger sind üblicherweise aus zwei stählernen Randträgern zusammengesetzt, welche mit Querträgern verbunden sind und die Betonfahrbahnplatte tragen. Diese besteht aus Betonfertigteilen, welche vor Ort mit Beton verbunden werden.

Der Beton der Fahrbahnplatte verteilt lokal konzentrierte Lasten, hilft global in Biegung zwischen den Kabelverankerungen abzutragen und hält der Normalkraft stand, welche durch die horizontale Reaktion der Kabel eingeleitet wird.

Das Ziel dieser Arbeit ist verschiedene Faktoren, welche für die Bewehrungsdimensionierung berücksichtigt werden müssen, zu beurteilen und dies für die vertikalen Verkehrslasten zu vereinfachen. Die Kombination der lokalen und globalen Effekte werden an verschieden Orten entlang der Brücke analysiert. Dies wird mit Hilfe verschiedener Modelle mit steigender Komplexität untersucht.

Die Alex Fraser Brücke in Vancouver, Kanada wird dabei als Beispiel für die Modellierung benutzt. Die Brücke entspricht einer für diese Brückenart typischen Geometrie, weshalb angenommen wird, dass die Resultate so auf ähnliche Brücken übertragen werden können. Zu Beginn wird die Wichtigkeit des System Verhaltens anhand der Einflusslinien untersucht welche mit verschieden Modellen berechnet wird.

• Balken mit elastischer Bettung, wobei die vertikale Steifigkeit der Schrägseilkabel mit Federn äquivalenter Steifigkeit repräsentiert werden
• Zwei dimensionales (2D) Balkenmodell auf Federn mit äquivalenter Steifigkeit
• Räumliches (3D) Balkenmodell mit explizit modellierten Pylonen und Schrägseilkabeln
• Räumliches (3D) Trägerrostmodell in dem die Quer- und Randträger, sowie Pylone und Schrägseilkabel modelliert werden

Zudem werden zwei weitere Modelle erstellt, welche das lokale Verhalten der Fahrbahnplatte untersuchen.

• Zwei dimensionaler Balken (Fahrbahnplatte) mit elastischer Bettung, mit der Federsteifigkeit äquivalent der Steifigkeit der Querträger
• Räumliches Finite Elemente Modell eines spezifischen Brückenträgerausschnitts, welches mittels Plattenelementen modelliert wird

Das globale Modell wird weiterentwickelt und die Effekte der globalen Kräfte auf die Betonfahrbahnplatte werden berechnet. Die kritischen Kräfte für die Bewehrungsdimensionierung werden untersucht. Die Kombinationen für die maximale Druck- oder Zugkraft im Träger, welche durch globale Momente oder Normalkräfte entstehen, und die dazugehörigen lokalen positiven oder negativen Momente, welche durch lokale und globale Biegung entstehen, oder umgekehrt, werden an verschiedenen Orten der Brücke analysiert.

Zuletzt wird die räumliche Variabilität der lokalen Momente in der Fahrbahnplatte und die Genauigkeit des vereinfachten Modells mit Hilfe des FE-Modells untersucht. Es zeigt, dass obwohl die Platte die mehrachsige Lastabtragung, sowie Drillmomente berücksichtigt, das simplere Modell die Effekte relativ gut in ihrer Grösse und longitudinalen Ausweitung repräsentiert.