Steifigkeitsverhalten von Doppelverbundbrücken mit Trapezblechstegen

Abstract

Die bislang in Deutschland nur an einem Pilotbauwerk praktizierte Anwendung von Trapezblechstegen im Verbundbrückenbau bietet durch die charakteristischen Eigenschaften des Trapezblechs konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber konventionellen Spannbetonbrücken und der klassischen Verbundbauweise. Es stehen jedoch keine ausreichenden Erfahrungen und vor allem Regelungen bereit, um die Vorteile voll auszuschöpfen und eine wirtschaftliche Ausbildung zu ermöglichen. Gerade die Ausführung der ersten Pilotbrücke in Deutschland hat hier kritische Punkte aufgezeigt. Während für die Erfassung des Beulverhaltens des Trapezblechsteges mit den aus der DASt-Richtlinie 015 in die DIN EN 1993-1-5 Anhang D übernommenen Regelungen vereinfachte Berechnungs- und Bemessungsansätze vorliegen, fehlen die Möglichkeiten, das Trag- und Verformungsverhalten auf einfache Weise mittels erprobten und bewährten Näherungsmethoden erfassen und berechnen zu können. Dies führte bei den ausgeführten Bauwerken teilweise zu aufwändigen Berechnungen am Gesamtsystem. Die restriktive Normungssituation in Deutschland führte zusätzlich dazu, dass wirtschaftliche Reserven in der Abtragung der Querkraftbeanspruchung nicht ausgenutzt werden konnten. Die Entwicklung vereinfachter Berechnungsmöglichkeiten zur Erfassung des Trag- und Verformungsverhaltens von Verbundträgern mit Trapezblechstegen stellt somit für das Potential dieser Bauweise eine wesentliche Voraussetzung dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird daher, ausgehend von Versuchen und Parameterstudien, das Steifigkeitsverhalten von Verbundträgern mit Trapez-blechsteg und seine Auswirkungen auf das Verformungsverhalten untersucht sowie ein Näherungsverfahren zur einfachen Verformungsberechnung entwickelt. Dabei wird ein praxistaugliches Vorgehen angestrebt, welches in der Lage ist, das Verhalten auf einfache Art und Weise zu berücksichtigen, um den Planungs- und Berechnungsaufwand von Brückenbauwerken mit Trapezblechstegen gegenüber klassischen Verbundquerschnitten nicht mehr als erforderlich zu vergrößern und die Akzeptanz der Bauweise somit zu erhöhen. Als Beitrag zur Verbesserung der Normungssituation wird für den Grenzzustand der Tragfähigkeit die Aufteilung der Beanspruchung auf die einzelnen Verbundpartner untersucht und ein erster Ansatz zu einer entsprechenden Berücksichtigung der Mitwirkung der Gurte am Querkraftabtrag von Doppelverbundbrücken mit Trapezblechstegen erarbeitet. Neben theoretischen Betrachtungen, Laborversuchen und numerischen Untersuchungen werden auch die Ergebnisse von Messungen an der Talbrücke Altwipfergrund, der einzigen bislang in Deutschland errichteten Verbundbrücke mit Trapezblechstegen, mit einbezogen.

Up to now there is only one project in Germany, where the application of corru-gated steel webs has been practiced in the field of composite bridges. Due to the characteristics of the corrugated steel web this construction method has constructive and economic advantages compared to PC or composite bridges. However there is lack of experiences and standards to fully utilize these advantages and to allow an economic application. Especially the first project in Germany exposed some critical points. For calculating the buckling behavior of the corrugated steel webs it is possible to use the DASt-Richtlinie 015 and DIN EN 1993-1-5 Annex D respectively. But the lack in methods to describe and calculate the bearing and deflection behavior in an easy way led to complex 3-D-calculation of the whole system. Moreover, due to the restrictive standards in Germany the reserves in shear bearing capacity could not be used completely. Thus the development of simplified calculation methods for the bearing and deflection behavior of composite bridges with corrugated steel webs is an essential issue for the potential of this construction method. For this reasons the present thesis analyses, based on experimental and numerical studies, the stiffness behavior of composite girders with corrugated steel webs and its effects on deflections. A simple approximation method to calculate the deflections is developed. A method for simple practical use is desired, for keeping the additional effort for design and calculation as low as possible, compared to typical composite sections and thus increasing the acceptance of the construction method. As a contribution for improvement of the standards the distribution of shear forces for the ultimate limit state is determined and a first proposal for consideration of contribution of the flanges in calculation and design is developed. In addition to theoretical approaches, experimental and numerical studies there are results of measurements at the Altwipfergrund Bridge, the only Bridge with corrugated steel webs in Germany, which can be taken into account.