Effect of transverse bending on the shear capacity of concrete bridges accounting for the load-distribution between web and deck/bottom flange

Autorin: Nathalie Reckinger
Sprache: Englisch

Kurzfassung

Das Bundesamt für Raumentwicklung sagt eine Steigerung der Verkehrsintensität voraus, die zu starken Einschränkungen in mehreren Gebieten in der Schweiz führen wird. Um das zu verhindern ist eine Kapazitätssteigerung im bestehenden Strassennetzwerk nötig. Der Grossteil der bestehenden Hohlkastenbrücken ist älter als dreissig Jahre und durch geringe Bügelbewehrungsgehalte charakterisiert. Grössere Verkehrslasten, wie auch grössere Lastexzentrizitäten aufgrund geplanter Fahrbahnerweiterungen machen die Nachrechnung dieser Bauten nötig. Schub und Querbiegung ist eine der massgebenden Belastungsarten. Bestehende Rechenmodelle betrachten den Steg als einzelnes Element und berücksichtigen Systemverhalten nicht.
In dieser Masterarbeit wird das Systemverhalten eines Hohlkastenquerschnitts in einem Hybridversuch im Large Universal Shell Element Tester (LUSET) untersucht. Der Versuchskörper hat Abmessungen von zwei auf zwei Metern, eine Dicke von 350 mm und besteht aus Stahlbeton. Der Bewehrungsgehalt des Versuchskörpers ist 0.73 % in horizontaler Richtung und 0.14 % in vertikaler Richtung, was die geringen Bügelbewehrungsgehalte bestehender Brücken nachbildet. Der Versuch wird mithilfe eines hybriden Modells durchgeführt, der das Querbiegemoment, das auf den Versuchskörper aufgebracht wird, infolge dessen Biegesteifigkeit berechnet. Das hybride Modell simuliert die Momentenumlagerung vom Steg zur Fahrbahnplatte während die Steifigkeit des Steges abfällt. Die Verformungen des Prüfkörpers und die Rissbildung werden mithilfe der digital image correlation (DIC) aufgenommen. Zusätzlich werden die Dehnungen in zehn Bewehrungsstäben faseroptisch gemessen.
Die Resultate des Hybridversuches werden mit einem Versuch über Schub und Querbiegung und einem reinen Schubversuch der STB-Serie [6] verglichen. Das hybride Modell führt dazu, dass das aufgebrachte Querbiegemoment in Funktion der gemessenen Steifigkeit ein Maximum erreicht und dann abnimmt, während die Schubkraft weiter ansteigt. Im Gegensatz dazu steigt das Querbiegemoment im Versuch über Schub und Querbiegung proportional mit der Schubkraft an. Die Resultate zeigen, dass im hybriden Versuch eine höhere Schubkapazität erreicht wird als im Versuch über Schub und Querbiegung. Die Schubkraft im hybriden Versuch erreicht sogar fast die Schubkapazität im reinen Schubversuch. Die Schlussfolgerung, dass Systemverhalten einen günstigen Effekt auf die Traglast von Hohlkastenträgern hat, kann gezogen werden.
In einem letzten Teil wird das Verhalten, das vom auf Schichten basierenden Elementmodell vorhergesagt wird, mit dem Versuchsresultat verglichen. Es wird festgestellt, dass das Elementmodell die Zugversteifung unterschätzt. Der Einfluss und mögliche Ursachen werden anhand der Versuchsresultate diskutiert.