Auslegung von Brückentragwerken unter Erdbebeneinwirkung V

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis ................................................................................................. IX

1 Einleitung................................................................................................................. 1

2 Grundlagen .............................................................................................................. 3

2.1 Erdbeben ........................................................................................................... 3

2.1.1 Entstehung von Erdbeben ........................................................................... 3

2.1.2 Erdbebenwellen ........................................................................................... 3

2.1.3 Erdbebenstärke ........................................................................................... 4

2.2 Grundlagen der Dynamik ................................................................................... 6

2.3 Erdbebengebiete ............................................................................................... 8

2.4 Darstellung der Bodenbeschleunigung .............................................................10

3 Einwirkung der Seismizität auf Bauwerke ............................................................13

3.1 Seismische Gefährdung ...................................................................................13

3.2 Baugrund- und Bauwerkseigenschaften ...........................................................13

3.2.1 Wichtigste Faktoren ....................................................................................13

3.2.2 Steifigkeit ....................................................................................................14

3.2.3 Duktilität ......................................................................................................14

3.2.4 Dämpfung ...................................................................................................19

3.2.5 Verschiebung..............................................................................................20

4 Vulnerabilitätsanalyse ...........................................................................................21

4.1 Einleitung .........................................................................................................21

4.2 Beurteilung der Vulnerabilität in erdbebengefährdeten Ländern .......................22

4.3 Beurteilung der Vulnerabilität in Deutschland ...................................................24

4.4 Kapazitätsbemessung ......................................................................................28

5 Typische Schadensbilder ......................................................................................31

5.1 Brückenträger ...................................................................................................31

5.2 Lagerung ..........................................................................................................32

5.3 Widerlager ........................................................................................................34

5.4 Stützen .............................................................................................................35

5.5 Gründung .........................................................................................................37

5.6 Brückentypen ...................................................................................................37

5.7 Stahl- bzw. Stahlbetonbrücken .........................................................................38

5.8 Besonderheiten der Eisenbahnbrücken ............................................................39

5.9 Historische Beispiele ........................................................................................39

5.9.1 Santiago und Concepción, Chile, 2010 .......................................................39

5.9.2 Beben Kobe, Japan, 1995 ..........................................................................40

5.9.3 Loma-Prieta-Erdbeben San Francisco, USA, 1989 .....................................41

Inhaltsverzeichnis

VI Auslegung von Brückentragwerken unter Erdbebeneinwirkung

5.9.4 Beben Northridge Kalifornien 1994 (bei LA) ................................................42

6 Seismische Bemessung der Brückentragwerke nach EC 8 ................................43

6.1 Allgemeine Erläuterungen zum Eurocode 8 ......................................................43

6.2 Bedeutungsklassen ..........................................................................................45

6.3 Entwurf von Brückentragwerken .......................................................................47

6.4 Boden-Bauwerks-Interaktion (BBI) ...................................................................49

6.5 Modellierung .....................................................................................................53

6.6 Bestandsbrücken ..............................................................................................55

6.7 Berechnungsverfahren .....................................................................................56

6.7.1 Arten der Berechnungsverfahren ................................................................56

6.7.2 Vereinfachtes Antwortspektrenverfahren ....................................................56

6.7.3 Multimodales Antwortspektrenverfahren .....................................................58

6.7.4 Zeitverlaufsberechnung ..............................................................................60

6.7.5 Pushover-Verfahren ....................................................................................61

6.7.6 Vergleich der Berechnungsmethoden .........................................................63

6.8 Nachweise und bauliche Durchbildung .............................................................64

6.8.1 Definition von Grenzzuständen ...................................................................64

6.8.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit ..................................................................65

6.8.3 Verschiebungslängen und Fugenbreiten .....................................................67

6.8.4 Gründung ...................................................................................................68

6.8.5 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit ...................................................69

7 Maßnahmen zur Erdbebensicherung von Brückentragwerken ..........................71

7.1 Strategien .........................................................................................................71

7.1.1 Deklassierung .............................................................................................71

7.1.2 Erhöhung der Tragsicherheit und Duktilität .................................................71

7.1.3 Veränderung der Steifigkeit ........................................................................72

7.1.4 Erhöhung der Dämpfung ............................................................................73

7.1.5 Umschnürungsbewehrung ..........................................................................74

7.1.6 Verbesserung der Absturzsicherung ...........................................................75

7.1.7 Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit ...................................................75

7.1.8 Brücken mit seismischer Isolation ...............................................................75

7.1.8.1 Definition .............................................................................................75

7.1.8.2 Systeme ..............................................................................................76

7.1.8.3 Rückstellkräfte .....................................................................................76

7.1.8.4 Berechnungsverfahren ........................................................................77

7.1.8.5 Nachweise ...........................................................................................79

7.2 Ausrüstungselemente .......................................................................................80

Inhaltsverzeichnis

Auslegung von Brückentragwerken unter Erdbebeneinwirkung VII

7.2.1 Definition ....................................................................................................80

7.2.2 Schwingungstilger ......................................................................................80

7.2.3 Dissipatoren ...............................................................................................82

7.2.4 Sollbruchstellen ..........................................................................................84

7.2.5 Isolatoren ....................................................................................................86

7.2.5.1 Elastomerlager ohne Bleikern ..............................................................86

7.2.5.2 Blei-Gummi-Lager ...............................................................................87

7.2.5.3 Gleitisolatoren......................................................................................87

7.2.5.4 Stahl-Hysteresedämpfer ......................................................................88

7.2.6 Schubnocken ..............................................................................................89

8 Bemessungsbeispiel Halsbrücke .........................................................................90

8.1 Beschreibung der Beispielbrücke .....................................................................90

8.2 Idealisierung des Tragwerks in RStab ..............................................................91

8.3 Berechnung mittels „DYNAM“ in RStab ............................................................92

8.4 Ergebnisse der seismischen Berechnung .........................................................95

8.5 Ergebnis und konstruktive Maßnahmen zur Ertüchtigung ............................... 104

9 Fazit....................................................................................................................... 107

10 Verzeichnisse ....................................................................................................... I

10.1 Abbildungsverzeichnis ........................................................................................ I

10.2 Tabellenverzeichnis ........................................................................................... II

10.3 Literaturverzeichnis ...........................................................................................III

11 Anlagen ................................................................................................................. i