Schubfeldmodell - Mechanisch konsistentes Schubfeldmodell für Bestandsbrücken ohne bzw. mit geringer Querkraftbewehrung

Ausgangssituation/Motivation

Der Großteil der heute im Betrieb befindlichen Brücken im Straßen- und Eisenbahnnetz wurde nicht nach dem heutigen Stand der Technik geplant und errichtet. Die Mehrzahl dieser Bauwerke im hochrangigen Netz besteht aus Stahlbeton bzw. Spannbeton.

Infolge der unterschiedlichen Bemessungskonzepte sowie der im Laufe der Jahre geänderten Belastungsannahmen ergeben sich bei der Betrachtung von Bestandsbrücken oft zu geringe Querkraftwiderstände. Die überwiegende Mehrheit der betrachteten Brücken befand sich jedoch in einem augenscheinlich sehr guten Gesamtzustand.

Laut [Hegger et.al, 22] ergeben sich die großen Defizite an der Querkraftbewehrung nicht signifikant durch die im Vergleich zu älteren Normenwerken größeren charakteristischen Einwirkungen nach Eurocode.

Die im Laufe der Zeit gesteigerten Anforderungen bei der Querkraftbemessung sowie die konstruktive Durchbildung der Querkraftbewehrung ergeben den entscheidenden Einfluss im Hinblick auf das rechnerische Defizit der Querkrafttragfähigkeit älterer Brücken. In vielen Fällen beruht bei Bestandsbrücken die vorhandene Querkraftbewehrung vielmehr auf konstruktiven Überlegungen als auf rechnerischen Nachweisen.

Dies hat oft zur Folge (vor allem bei Spannbetontragwerken), dass die vorhandene Schubbewehrung geringer ist, als die nach Eurocode 2 erforderliche Mindestquerkraftbewehrung zur Verhinderung eines Sprödbruchs.

Inhalte und Zielsetzungen

Primäres Ziel war die Vermeidung von Verstärkungen bzw. Ersatzneubauten bei Bestandsbrückentragwerken mit gutem Erhaltungszustand infolge zu geringer rechnerischer Querkrafttragfähigkeit gemäß den zurzeit gültigen Rechenmodellen.

Methodische Vorgehensweise

Zu Projektstart wurde zuallererst internationale Literatur ausgewertet und die unterschiedlichen Berechnungsmodelle der internationalen Normen zur Ermittlung des Schubwiderstandes verglichen.

Der Einfluss der Schubschlankheit und der Vorspannung auf den Spannungszustand und die Rissbildung im Schubfeld wurde durch Auswertung der nationalen und internationalen Datenbanken sowie mittels nichtlinearer Finite-Elemente Berechnungen an Scheibenmodellen eingehend untersucht.

Zur Modifikation des Modells wurden die bereits durchgeführten Bauteilversuche nachgerechnet. Anhand der Nachrechnung von ausgewählten Eisenbahn- und Straßenbrücken wurde die Anwendung des neuen Modells demonstriert.

Ergebnisse und Ausblick

Im Zuge dieses Forschungsvorhabens wurde der Ansatz verfolgt, dass dem Beton eine Beteiligung beim Abtrag von Querkräften zugetraut werden kann. Daher wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, mit welchen ein additiver Betontraganteil auf Basis des Tragvermögens der ungerissenen Betondruckzone ermittelt werden kann.

Vergleiche mit Versuchsergebnissen konnten den gewählten Ansatz an Einfeldsystemen bestätigen. Durch eine erste Umsetzung der neuartigen Modellvorstellung bei bestehenden Brückentragwerken konnte die Anwendbarkeit demonstriert werden.

Inwieweit sich dieses Querkrafttragverhalten auch im Stützbereich von Durchlaufsystemen ausbilden kann, ist noch durch weitere theoretische Überlegungen und experimentelle Untersuchungen zu klären.

Projektleitung

O.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Johann Kollegger, Technische Universität Wien – Institut für Tragkonstruktionen

Projektpartner:innen

Univ.-Prof. Dr. Viet Tue Nguyen, Technische Universität Graz – Institut für Betonbau

Technische Universität Wien – Institut für Tragkonstruktionen
O.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Johann Kollegger
Tel.: +43 (1) 58801-21202
E-Mail: johann.kollegger@tuwien.ac.at