Berechnung und Bemessung von Betonbrücken (eBook)

Nguyen Viet Tue, Michael Reichel, Michael Fischer (Autoren)

eBook Download: EPUB

2016
Wiley-VCH (Verlag)
978-3-433-60310-9 (ISBN)

Infos

Dieses Buch ist ein praxisorientierter Leitfaden für die Berechnung und Bemessung von Brückentragwerken aus Stahlbeton und Spannbeton, Eine 5-feldrige Spannbetonbrücke wird komplett durchgerechnet, wobei die Darstellung über die einer prüffähigen Statik weit hinausgeht, Alle tragenden Teile, also auch Lager, Talpfeiler und Gründungen, werden berechnet und bemessen, wobei die einzelnen Schritte vertiefend erläutert werden und wertvolle Hintergrundinformationen geliefert werden, Diese Erläuterungen dienen dem gründlichen Verständnis der Norm und lassen sich somit leicht auf andere Fälle anwenden,
Die Berechnungen erfolgen gemäß Eurocode 2 und den zugehörigen deutschen Nationalen Anhängen, Bei den einzelnen Berechnungsschritten werden die Bezüge zum jeweils einschlägigen Normenabschnitt leicht nachvollziehbar verdeutlicht,
Mit diesem Buch geben die Autoren ihren umfangreichen Erfahrungsschatz in Planungs- und Prüfpraxis an den Leser weiter,

Prof, Dr,-Ing, habil, Nguyen Viet Tue ist Professor am Institut fur Betonbau der Technischen Universitat Graz und geschaftsfuhrender Gesellschafter des Ingenieurburos KHP Leipzig,
Dr, techn, Michael Reichel ist Mitarbeiter im Ingenieurburo KHP Leipzig, Dipl,-Ing, Michael Fischer ist Prokurist und Mitgesellschafter,

Autor

Prof. Dr.-Ing. habil. Nguyen Viet Tue ist Professor am Institut für Betonbau der Technischen Universität Graz und geschäftsführender Gesellschafter des Ingenieurbüros KHP Leipzig. Dr. techn. Michael Reichel ist Mitarbeiter im Ingenieurbüro KHP Leipzig, Dipl.-Ing. Michael Fischer ist Prokurist und Mitgesellschafter.

Inhalt

Vorwort
1 Beschreibung des Gesamtbauwerks
1.1 Allgemeines
1.2 Überbau
1.3 Lagerung
1.4 Widerlager
1.5 Gründung
1.6 Herstellung und Bauverfahren
2 Überbau
2.1 Baustoffe
2.2 Lastannahmen
2.3 Stütz-, Schnitt- und Weggrößen
2.4 Nachweise im Grenzustand der Tragfähigkeit
2.5 Nachweise im Grenzustand der Gebrauchstauglichkeit
3 Lager und Fahrbahnübergangskonstruktion
3.1 Lagerschema und Allgemeines
3.2 Bestimmung der Verschiebungen für Lager und Übergangskonstruktion
3.3 Zusammenstellung der Lagerverdrehungen
3.4 Zusammenstellung der Lagerkräfte
3.5 Überprüfung der Lagerkissenabmessungen nach DIN EN 1337-3
4 Pfeiler
4.1 Baustoffe
4.2 System
4.3 Belastung
4.4 Abklärung, ob Nachweis nach Theorie II. Ordnung erforderlich
4.5 Ermittlung der Schnittgrößen
4.6 Äußere Standsicherheit der Pfahlgründung
4.7 Nachweis der inneren Pfahltragfähigkeit
4.8 Bemessung der Pfahlkopfplatte
4.9 Pfeilerbemessung
4.10 Bemessung lokale Lasteinleitungen am Pfeilerkopf
4.11 Fundament Pfeiler Achse 50
5 Widerlager
5.1 Baustoffe
5.2 Geometrie und Modellbildung
5.3 Lastannahmen
5.4 Lastfallüberlagerung
5.5 Schnitt- und Stützgrößen
5.6 Nachweise der äußeren Standsicherheit
5.7 Nachweise der inneren Standsicherheit
6 Bewehrungsskizzen
6.1 Überbau
6.2 Unterbauten

Textauszug

2
Überbau

2.1 Baustoffe

Folgend werden die zur Berechnung und Nachweisführung benötigten Festigkeitskennwerte und Teilsicherheitsbeiwerte der verwendeten Materialien zusammengestellt. Die Darstellung der jeweiligen Stoffgesetze zur Berechnung und Bemessung erfolgt später in den entsprechenden Kapiteln.

2.1.1 Beton

Für den Überbau wird Beton C35/45 verwendet.

Expositionsklasse

XC4, XD1, XF2, XA1 (▶ DIN-HB Bb, NDP zu 4.2 (106) sowie NCI zu 4.2, Tabelle 4.1)

Materialkennwerte

Im DIN-Handbuch Betonbrücken wird der Sekantenmodul mit Ecm =34000 N/mm2 für Betonsorten mit quarzhaltigen Gesteinskörnungen angegeben. Er ist als Anstieg der Sekante zwischen σc = 0 und σc = 0,4 fcm definiert. Die Schwankung des E-Moduls in Abhängigkeit von der verwendeten Gesteinskörnung ist relativ stark, so dass bei Kalkstein und Sandsteingesteinskörnungen die Werte um 10 % bzw. 30 % reduziert werden sollten. Bei Verwendung von Basaltgesteinskörnungen ist der Wert um 20 % zu erhöhen (▶ DIN-HB Bb 3.1.3 (2)). Die zeitabhängigen Änderungen des E-Moduls, z. B. bei Verformungsberechnungen für Bauzustände (Freivorbau), können nach DIN-HB Bb 3.1.3 (3) bestimmt werden. Im Vergleich dazu waren die Werte des DIN-FB 102 mit Ecm = 29900 N/mm2 und Ec0m = 33300 N/mm2 deutlich niedriger.

Teilsicherheitsbeiwerte (▶ DIN-HB Bb NDP 2.4.2.4 (1) Tab. 2.1DE)

Im Grenzzustand der Tragfähigkeit gelten folgende Teilsicherheitsbeiwerte:

ständige und vorübergehende Bemessungssituation: γc = 1,50

außergewöhnliche Bemessungssituation: γc = 1,30

Ermüdung: γc = 1,50

2.1.2 Betonstahl

Für Brückenüberbauten ist ausschließlich hochduktiler Betonstahl (B) mit der Streckgrenze fyk = 500 N/mm2 nach DIN 488 oder nach Zulassung zu verwenden: BSt 500 S (B), hochduktil (▶ DIN-HB Bb, NDP 3.2.2 (3)P).

Materialkennwerte

Streckgrenze: fyk = 500 N/mm2 (▶ DIN 488-1, Tab. 1)

Zugfestigkeit: ftk = 550 N/mm2 (▶ DIN 488-1, Tab. 1)

E-Modul: Es = 200000 N/mm2 (▶ DIN-HB Bb, 3.2.7 (4))

Teilsicherheitsbeiwerte (▶ DIN-HB Bb NDP 2.4.2.4 (1) Tab. 2.1DE)

Im Grenzzustand der Tragfähigkeit gelten folgende Teilsicherheitsbeiwerte:

ständige und vorübergehende Bemessungssituation: γs = 1,15

außergewöhnliche Bemessungssituation: γs = 1,00

Ermüdung: γs = 1,15

2.1.3 Spannstahl

Es werden Litzen aus St 1660/1860 mit einer Querschnittsfläche von 150 mm2 gemäß der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung verwendet.

Materialkennwerte (▶ Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-13.1-129)

Zugfestigkeit: fpk = 1860 N/mm2

0,1%-Dehngrenze: fp0,1k = 1600 N/mm2

E-Modul: Ep = 195000 N/mm2

Spannstahl mit niedriger Relaxation, Klasse 1 gemäß EC2

Teilsicherheitsbeiwerte (▶ DIN-HB Bb NDP 2.4.2.4 (1) Tab. 2.1DE) Im Grenzzustand der Tragfähigkeit gelten folgende Teilsicherheitsbeiwerte:

ständige und vorübergehende Bemessungssituation: γs = 1,15

außergewöhnliche Bemessungssituation: γs = 1,00

Ermüdung: γs = 1,15

2.2 Lastannahmen

Die bei der Bemessung zu berücksichtigenden Einwirkungen sind den entsprechenden Teilen der DIN EN 1991 zu entnehmen (▶ DIN-HB Bb, 2.3.1.1 (1)).

2.2.1 Ständige Einwirkungen

2.2.1.1 Eigengewicht

Das Eigengewicht des Überbaus wird entsprechend den Querschnittsabmessungen mit einem spezifischen Gewicht von γ = 24 + 1,0 = 25 kN/m3 angesetzt (▶ DIN EN 1991-1-1 Tabelle A.1).

Querschnittsfläche des Überbaus: (Feldbereich): Ac = 8,678 m2

(Stützbereich): Ac = 12,645 m2

Die Ergebnisse der mit Hilfe des EDV-Programms generierten Eigengewichtsverteilung sind in Bild 2-1 dargestellt.

Bild 2-1 Eigengewicht

2.2.1.2 Ausbaulasten

Das Eigengewicht des Fahrbahnbelags wird bei einer Gesamtstärke von 8 cmmit einem oberen Wert von γ = 25 kN/m3 berücksichtigt (▶ DIN EN 1991-1-1, Tab. A.6 und ARS 22/2012, Anlage 3, B) (2)). Für einen eventuell erforderlichen Mehreinbau zur Herstellung einer Ausgleichsgradiente ist eine zusätzliche Belastung von 0,5 kN/m2 für die Fahrbahnfläche anzunehmen (▶ ARS 22/2012, Anlage 3, B) (3)). Ein unterer Wert für das Eigengewicht des Fahrbahnbelags gemäß (▶ DIN EN 1991-1-1, Tab. A.6) ist gegebenenfalls bei dynamischen Untersuchungen zu berücksichtigen. Die Kappen werden gemäß der vorliegenden Abmessung nach RiZ-ING Kap 1 mit einem spezifischen Gewicht von γ = 25 kN/m3 erfasst.

2.2.1.3 Stützensenkung

Ungleiche Setzungen bzw. Verschiebungsdifferenzen sind im Regelfall als ständige Einwirkungen zu erfassen, da diese im Allgemeinen durch ständige Einwirkungen verursacht werden (▶ DIN-HB Bb, 2.3.1.3 (1)). Dabei sind zwei Fälle zu unterscheiden (▶ DIN-HB Bb, NCI zu 2.3.1.3 (1)):

Im GZG

wahrscheinliche Baugrundsetzungen: Verschiebungen und/oder Verdrehungen, die eine Stützung unter dem Einfluss dauernder Lasten bei den vorliegenden Baugrundverhältnissen voraussichtlich erleiden wird.

Im GZT

mögliche Baugrundsetzungen: Grenzwerte der Verschiebungen und/oder Verdrehungen, die eine Stützung im Rahmen der Unsicherheiten, die mit der Vorhersage von Baugrundbewegungen verbunden sind, erleiden kann.

Entsprechend dem geotechnischen Bericht zum vorliegenden Bauvorhaben sind folgende Werte für die zu erwartenden Baugrundbewegungen anzusetzen:

Die Setzungen werden getrennt für jede Stützenachse angesetzt und anschließend ungünstig überlagert. Sie sind dabei mit einem Teilsicherheitsbeiwert entsprechend DIN EN 1990 A2 zu belegen (▶ DIN-HB Bb, NCI zu 2.3.1.3 (4)).

Der zeitliche Verlauf der Setzung, der Zeitraum und Zeitpunkt, zu welchem die Setzungen Beanspruchungen erzeugen (z. B. die Änderung des statischen Systems während der Bauphase) und der zeitliche Abbau dieser Zwangsbeanspruchungen durch Kriechen dürfen berücksichtigt werden (▶ DIN EN 1990, A.2.2.1 (15)).

Reagiert das Tragwerk sehr empfindlich auf Setzungsdifferenzen, sollte bei der Bestimmung der Setzungen die Vorhersageungenauigkeit berücksichtigt werden (▶ DIN EN 1990, A.2.2.1 (14)).

2.2.1.4 Anhängen des Traggerüstes

Vom Traggerüstbauer wurden die charakteristischen Werte für die Anhängelasten am Ende des Bauabschnitts mit insgesamt 400 kN vorgegeben. Die Anhängelasten aus dem Frischbetongewicht betragen unter Berücksichtigung des tatsächlichen Verlaufs der Querschnittsfläche in Brückenlängsrichtung 2870 kN (siehe Abschnitt 2.3.1.1, Bild 2-18).

2.2.2 Veränderliche Einwirkungen

2.2.2.1 Einwirkungen aus Straßenverkehr

Unterteilung der Fahrbahn in rechnerische Fahrstreifen (▶ DIN EN 1991-2, 4.2.3)

Die Fahrbahnbreite w wird in der Regel zwischen den Schrammborden, wenn deren Höhe ≥ 75 mm (▶ DIN EN 1991-2/NA, 4.2.3 (1)), oder zwischen den Schutzeinrichtungen gemessen (▶ DIN EN 1991-2, 4.2.3 (1)). Im vorliegenden Fall beträgt die Höhe des Schrammbords 75 mm (▶ RIZ-ING Kap 1) und die Fahrbahnbreite 8 m.

Tabelle 2-1 Anzahl und Breite von Fahrstreifen (▶ DIN EN 1991-2, Tab. 4.1)

Fahrbahnbreite w

Anzahl rechnerischer Fahrstreifen

Breite eines rechnerischen Fahrstreifens

Breite der Restfläche

w < 5,4 m

ni = 1

3 m

w – 3 m

5,4 m ≤ w < 6 m

ni = 2

w/2

0

6 m≤ w

ni = Int (w/3)

3 m

w – 3 m · ni

Fahrbahnbreite:

w = 8 m

Breite eines rechnerischen Fahrstreifens:

w1 = 3,0 m

Anzahl rechnerischer Fahrstreifen:

ni = Int (8,0/3,0) = 2

Breite der Restfläche:

wR = 8,0 – 3,0 · 2 = 2,0 m

Nummerierung der rechnerischen Fahrstreifen (▶ DIN EN 1991-2, 4.2.4)

Die Anzahl der zu berücksichtigenden belasteten Fahrstreifen, ihre Lage auf der Fahrbahn und ihre Nummerierung sind für jeden Einzelnachweis so anzuordnen, dass sich die ungünstigsten Beanspruchungen aus den Lastmodellen ergeben. Der am ungünstigsten wirkende Fahrstreifen mit den höchsten Lastwerten trägt die Nummer 1, der am zweitungünstigsten wirkende Fahrstreifen trägt die Nummer 2 usw.

Anordnung der Lastmodelle in den einzelnen rechnerischen Fahrstreifen (▶ DIN EN 1991-2, 4.2.5)

Für jeden Nachweis ist das...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 23.2.2016
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Schlagworte: Bauingenieur- u. Bauwesen • Baustatik u. Baumechanik • Betonbau • Brückenbau • Brückenbau • Stahlhochbau u. Brückenbau • Stahlhochbau u. Brückenbau • Tief- u. Hochbau / Massivbau • Verkehrsbau
• ISBN-10: 3-433-60310-3 / 3433603103
• ISBN-13: 978-3-433-60310-9 / 9783433603109