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Integrale Brücken Schimetta Consult Integrale Brücken Brückentagung 2009 25.06.2009 Wien, Hotel Kahlenberg DI Dr. Roman Geier – Schimetta Consult

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Integrale Brücken Schimetta Consult

Integrale Brücken

Brückentagung 200925.06.2009Wien, Hotel Kahlenberg

DI Dr. Roman Geier – Schimetta Consult

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

Inhalt• Vorteile Integraler Brücken

• Herausforderungen bei der Bemessung

• Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)

• Messprogramm

• Zusammenfassung

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

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

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Ursprünglicher Konstruktionstyp

Engelsbrücke RomVidadukt Segovia

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Zielkonflikte

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

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

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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

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

Motivation

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

Typische Schäden

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

Typische Schäden

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Typische Schäden

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Widerlager

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Anzahl Brückenneubauten (UK)

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

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Jährliche Erhaltungskosten (D – BMV)Erhaltungskosten Brücken

140 140 135150 153

195 200213

250 250

17 15 15 17 17 23 22 25 21 22

0

50

100

150

200

250

1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993

Zeit

Kost

en in

Mio

GesamtausgabenLager und Fugen

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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

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Sunnibergbrücke (CH)

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

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

Vorteile Integraler Brücken

Herausforderungen bei der Bemessung

Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)

Messprogramm

Zusammenfassung

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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

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Temperaturverhalten

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Flexibles Widerlager

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Großversuch LGA Nürnberg

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Großversuch

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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…

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Vorteile Integraler Brücken

Herausforderungen bei der Bemessung

Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)

Messprogramm

Zusammenfassung

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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

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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

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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

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Stützen Höhe min Lichte Höhe ca. 5m

Studienobjekt - Grundsystem

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Zusätzliche Systeme

Tiefgründung - Bohrpfähle &90

Flachgründung

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Ansicht Studienobjekte

• Lineare und Nichtlineare Berechnung

• Linear: Programm Infograph

• Nichtlinear: SOFiSTiK

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Brückenlänge

Bewegungsruhepunkt

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Einfluss Längsneigung

10% Steigung

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100m Brückenlänge Flachfundierung200m Brückenlänge Flachfundierung

Tieffundierung Bewehrungsmenge Achse 1

0

100

200

300

400

500

600

700

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

WL Dicke [m]B

eweh

rung

[cm

²]

Länge 100m flachfundiertLänge 200m flachfundiertLänge 200m tieffundiert

Bewehrungsmenge WL

0

100

200

300

400

500

600

700

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

WL Dicke [m]

Bew

ehru

ng [c

m²]

Länge 100m flachfundiert

Länge 200m flachfundiert

Länge 200m tieffundiert

Vergleich Bewehrungsmengen

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Stiele 0.5m

Stiele 1.0m

Voute1.m-0.5m

Einfluss Voutung

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Schimetta ConsultIntegrale Brücken

0

100

200

300

400

500

600

700

800

WL Einspannbewehrung Stützenbewehrung

Bew

ehru

ngsf

läch

e [c

m²]

Voute0.5m1m

Einfluss Voutung

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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

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Vorteile Integraler Brücken

Herausforderungen bei der Bemessung

Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)

Messprogramm

Zusammenfassung

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Ansatz des Erddrucks

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Schimetta Consult

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

Mühlbrücke

Integral Bridges

Bauherr: Planer:

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Erddruckgeber

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Messsystem

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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

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5bar

-10-505

10

152025°C

28.8425

28.8450

28.8475

28.8500

28.8525

28.8550

28.8575

28.8600m

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Erdberger Brücke

Integral Bridges

2 x Laser (Kämpfer)

2 x Temperatur

2 x Wegaufnehmer für Zugverhängung

2 x Wegaufnehmer für Extensometer

Bauherr: Planer: Monitoring:

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Schimetta Consult

Laser

Integral Bridges

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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

-8

29°C

10.572

10.660mm

-308

-228mmm

68.3075

68.3295m

68.5612

68.5712m

-1.32

-0.14mm

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Schimetta Consult

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

Neigungssensor)• Datensicherung & Datenübertragung Internet

Seitenhafenbrücke

Integral Bridges

Bauherr: Planer: Prüfer:

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Vorteile Integraler Brücken

Herausforderungen bei der Bemessung

Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)

Messprogramm

Zusammenfassung

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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

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Danke für die Aufmerksamkeit !

[email protected]