Zum schubfesten Anschluss von Druckgurten in Hohlkastenbrücken

摘要

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen zum Tragverhalten der Gurtegegliederter Querschnitte auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt. Die beiaktuellen Nachrechnungen bestehender Spannbetonbrücken häufig festzustellenden rechnerischenDefizite, welche insbesondere in den Druckgurtbereichen der Bodenplatten von Brückenmit Hohlkastenquerschnitt ermittelt werden, haben den Ausschlag zu dieser Arbeit gegeben.Mit der Weiterentwicklung der technischen Regelwerke zur Konstruktion und Bemessungvon Spannbetonbrücken war auch eine Umstellung der Nachweiskonzepte zur Ermittlung derSchubtragfähigkeit verbunden. Bis zur Einführung der DIN Fachberichte für den Brückenbauwar der Nachweis auf Basis zulässiger Hauptspannungen in Deutschland eine anerkannte Regelder Technik. Seither erfolgt die Ermittlung des Bauteilwiderstands auf Grundlage eines Fachwerkmodellsim gerissenen Zustand II. Die für Stegquerschnitte konzipierten Bemessungsregelnwerden dabei sinngemäß auf die Gurtbereiche gegliederter Querschnitte übertragen.Eine entscheidende Größe für die Ermittlung der Tragfähigkeit der schubfesten Verbindungzwischen Gurt- und Stegquerschnitt ist die möglichst wirklichkeitsnahe Berücksichtigung derwahrscheinlichen Rissentwicklung. Im derzeit in Deutschland bei der Bemessung zur Anwendungkommenden Fachwerkmodell mit Rissreibung wird der Schubrisswinkel auf Grundlageder vorhandenen Längsspannung bestimmt. Die zur Rissbildung führende Schubspannungkorrespondiert bei dieser Vorgehensweise nicht mit der Längsspannung. Durch die zunächstanalytische Untersuchung der Unterschiede im Tragverhalten zwischen Steg- und Gurtquerschnittwird gezeigt, dass das zu erwartende Rissverhalten in den beiden Querschnittsteilendeutlich voneinander abweicht, und dass für eine wirklichkeitsnahe Prognose der Rissrichtunginnerhalb von Druckgurten die Berücksichtigung der vorhandenen Längs- und Schubspannungenals korrespondierende Größen erforderlich ist. In den im weiteren Verlauf der Studien durchgeführtennumerischen Simulationsrechnungen wird dieser Zusammenhang bestätigt und eswerden weitere das Tragverhalten und den Tragwiderstand beeinflussende Größen identifiziertund untersucht.Die Kalibrierung und Verifizierung der verwendeten FE-Modelle erfolgt zunächst durch dieNachrechnung gut dokumentierter Versuche und die Auswertung der Simulationsergebnissean kleinmaßstäblichen Versuchskörpern. Während letztgenannte insbesondere zur Erlangungeines besseren Verständnisses zum Modellverhalten relevant sind, wird durch die Nachrechnungvon Versuchen zum Tragverhalten gegliederter Querschnitte die Modelleignung im Hinblickauf die Abbildung der untersuchten Tragwirkung überprüft. Neben einem elasto-plastischenKontinuumsmodell wird für die Modellierung der Betonquerschnitte ein Schalenmodell auf Basisder nichtlinearen Elastizitätstheorie verwendet. Mit beiden Modellen gelingt es, die Bruchlastenund die Versagensart wirklichkeitsnah abzubilden.Aufgrund der im Vergleich zu den Versuchen insgesamt besseren Übereinstimmungen dermit der nichtlinearen Elastizitätstheorie erzielten Ergebnisse erfolgt die Anwendung diesesModells auf Systeme mit für den Brückenbau relevanten Abmessungen. Die im Vergleich zuden Versuchsträgern deutlich schlankeren Querschnitte führen dazu, dass die durch lokaleLasteinleitungen bedingten Störbereiche im Verhältnis zur Gesamtspannweite deutlich reduziertwerden. Daher können die Auswirkungen des sich über die Bauteillänge stetig änderndenLängsspannungszustands auf das Tragverhalten an diesen Systemen untersucht werden.Auf Basis der Ergebnisse der durchgeführten analytischen und numerischen Studien werdenBemessungsmodelle abgeleitet, die das tatsächliche Tragverhalten realitätsnäher erfassen. NebenModellen, die eine Bemessung im gerissenen Zustand II ermöglichen und das wahrscheinlicheRissverhalten in vereinfachter Form berücksichtigen, werden auch Berechnungsvorschläge unterEinbeziehung kombinierter Scheiben- und Plattenbeanspruchungen (Interaktion von Längsschubmit Querbiegung) sowie Möglichkeiten zur rechnerischen Berücksichtigung des Tragwiderstandsungerissener Gurtbereiche (Hauptspannungskriterium) vorgestellt.