Aktuelle und potenzielle Anwendungen von Betongelenken im Brückenbau

Autor: Yanik Pfister
Sprache: Deutsch

Kurzfassung

Betongelenke sind monolithische, jedoch gelenkige Verbindungen in Beton. Durch eine Ein-schnürung des Querschnitts werden die Druckspannungen in einer sehr kleinen Zone zentriert, wodurch grosse Verdrehungen bei geringem Momentenwiderstand möglich sind. Betongelenke werden seit über einem Jahrhundert erfolgreich im Bau- und Brückenbaukon-struktion eingesetzt, um unerwünschte Spannungen, insbesondere solche, die durch Zwangs-verformungen entstehen, zu reduzieren. Im Vergleich zu mechanischen Gelenken, welche den gleichen Zweck erfüllen, weisen Betongelenke zahlreiche Vorteile auf, insbesondere hin-sichtlich Wirtschaftlichkeit, Dauerhaftigkeit, Robustheit und Nachhaltigkeit.
Trotz dieser vielen Vorteile zeigte sich aber in den letzten Jahren, dass das Fehlen von aus-reichend mechanisch begründeten Bemessungsregeln nach wie vor ein Hemmnis für den effizienten Einsatz von Betongelenken darstellt, da dies zu grossen Unsicherheiten in der Be-messung führt.
Das Ziel der durchgeführten Untersuchungen war es nun basierend auf einer fundierten Ana-lyse von Erfahrung aus der Praxis den Stand der Technik bei Betongelenken zu beurteilen. Auf diese Weise wurde im Wesentlichen versucht zu verstehen, in welchen Brückentypen Betongelenke heute hauptsächlich eingesetzt werden und wo die grössten Unsicherheiten bei der Bemessung von Betongelenken auftreten.
Um den Stand der Technik bei Betongelenken im Brückenbau zu beurteilen, wurden über 90 Brücken mit Betongelenken aus den vergangen 100 Jahren untersucht, wobei sieben Beton-gelenke detailliert analysiert wurden. Ausserdem wurde als Alternative zu den empirisch be-stimmten Bemessungsregeln, die maximal zugelassene Gelenkhalsspannung mit dem Span-nungsfeld von Markić et. al ermittelt und mit der Bemessungsregel verglichen.
Die statistische Auswertung diverser Brückenbauwerke mit Betongelenken zeigte, dass aktu-ell die meisten Betongelenke in Balkenbrücken am Pfeilerkopf sowie in Bogenbrücken im Bogenständer ausgeführt werden. Im Allgemeinen bestätigte die detaillierte Untersuchung der sieben Betongelenke, das Betongelenke robuste und dauerhafte Gelenke sind. Des Weiteren zeigte sich, dass tendenziell die Gelenkhalsfläche grösser als notwendig ausgeführt werden. Ein Grund dafür könnte sein, dass man zurückhaltend ist die empirisch bestimmte maximal zulässige Gelenkhalsspannung auszureizen. Mit dem Spannungsfeld von Markić et. al, wel-ches auf klaren theoretischen Grundlagen, dem unteren Grenzwert der Plastizitätstheorie beruht, könnte diesem Hemmnis entgegengewirkt werden. Im Vergleich zu der Bemessungs-regel erlaubt das Spannungsfeld noch höhere Gelenkhalsspannungen. Auf diese Weise kön-nen die Unsicherheiten bei der Bemessung verkleinert und somit eine verbreiterte Anwen-dung von Betongelenken gefördert werden.