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Integrale Brücken Schimetta Consult

Integrale Brücken

Brückentagung 200925.06.2009Wien, Hotel Kahlenberg

DI Dr. Roman Geier – Schimetta Consult

Schimetta ConsultIntegrale Brücken

Inhalt• Vorteile Integraler Brücken

• Herausforderungen bei der Bemessung

• Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)

• Messprogramm

• Zusammenfassung

Allgemeines ErdwiderstandWiderlager

• Widerlager und Überbau monolithisch verbunden (Rahmen)• Lager und ÜKOs nicht erforderlich (Vollintegrale Bauweise)• Ausführung mit Lager aber ohne ÜKO (Semiintegrale Bauweise)• Vorteile bei der Bauwerkserhaltung• Interaktion Boden – Baugrund, Temperatureinflüsse • Grundsätzlich ursprünglicher Konstruktionstyp

Ursprünglicher Konstruktionstyp

Engelsbrücke RomVidadukt Segovia

Zielkonflikte

Vorteile (I)Planung:

• Abhebende Kräfte können durch WL kompensiert werden• Einspannung ermöglicht schlanke und ästethische Bauwerke

Statik:• Vermeidung von Spannungskonzentrationen bei Lager• Kraftfluss im Bauwerk kontinuierlicher• Systemreserven durch Rahmenwirkung• Reduzierte Gefahr ungleichmäßiger Setzung und

Pfeilerschiefstellungen• Hinterfüllung zur Ableitung von Horizontalkräften

Vorteile (II)Bauausführung:

• Vereinfachter und schnellerer Bauablauf (Lager, ÜKO)

Betrieb:• Höherer Fahrkomfort ohne ÜKO• Geringere Lärmentwicklung

(Städtisches Gebiet)• “Holperstelle”

Erhaltung:• Einsparung wartungsintensiver Bauteile• Taumittelzutritt zu Konstruktionsteilen unter Fahrbahn

Motivation

Typische Schäden

Widerlager

Anzahl Brückenneubauten (UK)

Bridge Document BD 57/01 - Design for DurabilityBrücken < 60 m Länge sind integral auszuführen !

Jährliche Erhaltungskosten (D – BMV)Erhaltungskosten Brücken

140 140 135150 153

195 200213

250 250

17 15 15 17 17 23 22 25 21 22

1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993

GesamtausgabenLager und Fugen

ErhaltungskostenBauteil / Erhaltungsarbeit Anteil ErhaltungskostenBetonarbeiten 32%Fahrbahn und Abdichtung 24%Austauschteile 11%Fahrbahnübergänge 10%Korrosionsschutz 7%Rückhaltesysteme 3%Lager 2%Stahlbauarbeiten 1%Sonstiges 10%Summe 100%

• Jährliche Erhaltungskosten ca. 1,2% der Errichtungskosten

• 12% Einsparungen bei Integralen Brücken möglich

• Annahme 70 Jahre Lebensdauer: 1,2% x 12% x 70 = 10% Einsparung der Errichtungskosten

Sunnibergbrücke (CH)

L=526 m integral / Konzept: Prof. Dr. C. Menn

Vorteile Integraler Brücken

Herausforderungen bei der Bemessung

Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)

Messprogramm

Zusammenfassung

Herausforderungen• Statisch unbestimmte Lagerung

• Zwangsschnittgrößen durch:• Temperatur• Zeitabhängiges Betonverhalten• Vorspannung• Auflagerverschiebungen

• Hoher Anspruch an Betrachtung der Boden-Tragwerks-Interaktion• Bodengutachter: wirklichkeitsnahe Angabe der Bodenparameter• Tragwerksplaner: Betrachtung mit oberen und unteren

Bodenparameter (Bettung), Rückkopplung mit Bodengutachter

• Höherer Aufwand bei der Bemessung

• Teil der Vorspannung fließt in Baugrund ab

Temperaturverhalten

Flexibles Widerlager

Großversuch LGA Nürnberg

Großversuch

Ergebnisse

Zyklus Stauchung mittl. gemessener Erddruck

Anteil Ep

[-] [%] [kPa] [%]

1 – 13 10 8,28 1,2

14 – 15 10 10,45 1,5

16 – 20 20 15,20 2,2

21 – 24 40 23,82 3,5

25 80 51,75 7,5

26 100 68,4 10

Durch das flexible Widerlager wird nur ein Bruchteil von Ep erreicht…

Messprogramm

Zusammenfassung

Internationale Richtlinien• Richtlinien für Anwendung und konstruktiven Durchbildung

• Teilweise sehr unterschiedliche Empfehlungen

• Begründungen teilweise nicht nachvollziehbar

• Richtlinien fallweise inkonsistent in Argumentation

• Unterschiedliche Normenlage und Randbedingungen

• keine direkte Übertragung auf Österreich möglich

Übersicht (I)Geometrie und Anlageverhältnisse des Bauwerks:

• Schiefe der Brücke• Untersuchung verschiedener Steigungen• Einfluss der Krümmung auf das Tragverhalten

Brückenlänge und resultierende Zwangsbeanspruchungen

Untersuchung der Widerlagerausbildung:• Einfluss der Widerlagerhöhe• Flügelmauern

Übersicht (II)Fundierung und Untergrund:

• Widerlagersenkung• Stützensenkung• Elastizität der Gründung sowie des Untergrundes

Ausbildung des Überbaus:

• Beurteilung der Traglastreserven durch Rahmenwirkung

Schleppplattenausführung:• Länge• Setzungsverhalten• Ausbildung der Dehnfugen

Umrüstung bestehender Bauwerke auf integrale Brücken

Stützen Höhe min Lichte Höhe ca. 5m

Studienobjekt - Grundsystem

Zusätzliche Systeme

Tiefgründung - Bohrpfähle &90

Flachgründung

Ansicht Studienobjekte

• Lineare und Nichtlineare Berechnung

• Linear: Programm Infograph

• Nichtlinear: SOFiSTiK

Brückenlänge

Bewegungsruhepunkt

Einfluss Längsneigung

10% Steigung

100m Brückenlänge Flachfundierung200m Brückenlänge Flachfundierung

Tieffundierung Bewehrungsmenge Achse 1

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

WL Dicke [m]B

Länge 100m flachfundiertLänge 200m flachfundiertLänge 200m tieffundiert

Bewehrungsmenge WL

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

WL Dicke [m]

Länge 100m flachfundiert

Länge 200m flachfundiert

Länge 200m tieffundiert

Vergleich Bewehrungsmengen

Stiele 0.5m

Stiele 1.0m

Voute1.m-0.5m

Einfluss Voutung

WL Einspannbewehrung Stützenbewehrung

Voute0.5m1m

Einfluss Voutung

Limitierende Parameter

• Gründungsart (Steifigkeit Widerlager)

• Rahmenecken mit zunehmenden Abstand Bewegungsruhepunkt

• Rahmenecke Widerlager

• Möglichkeiten durch Stützenausbildung (Vouten)

• Vorteile durch möglich elastische Ausbildung der Stützen

• Verschiebungswege Schleppplatte

Messprogramm

Zusammenfassung

Ansatz des Erddrucks

Schimetta Consult

• Messung Bauwerkstemperatur (Grundlage)• Untersuchung des Erddrucks• Längenänderung des Tragwerks (Laser)• Automatische Datensicherung• Datenübertragung Internet

Mühlbrücke

Integral Bridges

Bauherr: Planer:

Erddruckgeber

Messsystem

Schimetta Consult

Erddruck

Temperatur

Längenänderung

Messergebnisse

Integral Bridges

Druck_209 Druck_210 Druck_211 Druck_212 Druck_213Temp_209 Temp_210 Temp_211 Temp_212 Temp_213Betontemp Pfeilerabstand

19.5.2008 27.8.2008 5.12.2008 15.3.2009

12.5bar

-10-505

152025°C

28.8425

28.8450

28.8475

28.8500

28.8525

28.8550

28.8575

28.8600m

Schimetta Consult

Erdberger Brücke

Integral Bridges

2 x Laser (Kämpfer)

2 x Temperatur

2 x Wegaufnehmer für Zugverhängung

2 x Wegaufnehmer für Extensometer

Bauherr: Planer: Monitoring:

Schimetta Consult

Integral Bridges

Schimetta Consult

Messergebnisse

Integral Bridges

Temperatur_Deck Temperatur_Laser Temperatur_Kragplatte Temperatur_PfeilerTemperatur_Schrank Extensometer_Ost Extensometer_West Laser_OstLaser_West Zugverh_Ost Zugverh_West

18.1.2009 17.2.2009 19.3.2009 18.4.2009 18.5.2009

10.572

10.660mm

-228mmm

68.3075

68.3295m

68.5612

68.5712m

-0.14mm

Schimetta Consult

• Bauwerkstemperatur (Grundlage)• Untersuchung des Erddrucks• Längenänderung des Tragwerks• Lageänderung ausgewählter Punkte (Schlauchwaage,

Neigungssensor)• Datensicherung & Datenübertragung Internet

Seitenhafenbrücke

Integral Bridges

Bauherr: Planer: Prüfer:

Messprogramm

Zusammenfassung

• Brückentyp hat große Vorteile (technisch & wirtschaftlich)

• Konservative Ansätze in Regelwerken

• Längen bis 200 m möglich (voll integral)

• Konzept Semi-Integrale Brücken wesentlich

• Messsystem als Datengrundlage

• Abschluss Richtlinie (Veröffentlichung) bis 2010

Danke für die Aufmerksamkeit !

roman.geier@schimetta.co.at

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