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Planung und Ausführung integraler Brücken
Dipl.-Ing. Winfried Glitsch, DEGES
VSVI Mecklenburg-Vorpommern – Brückenbautag 21. Februar 2013
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
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Jede Fuge ist eine Schwachstelle !
Schadhafte Fugen sind Ursachen für weitere Schäden.
Einführung
15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
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Beispiele für durchnässte Widerlager infolge undich-ter Fahrbahnübergänge und dadurch verursachte Folgeschäden. Quelle: dsp AG / Dr. W. Kaufmann: Sachstandsbericht Integrale Brücken, 2008, Bundesamt für Straßen, Schweizerische Eidgenossenschaft
Einführung
15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
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Bauteil / Erhaltungsarbeit Anteil ErhaltungskostenBetonarbeiten 32%Fahrbahn und Abdichtung 24%Austauschteile 11%Fahrbahnübergänge 10%Korrosionsschutz 7%Rückhaltesysteme 3%Lager 2%Stahlbauarbeiten 1%Sonstiges 10%Summe 100%
Kostenanteile für Erhaltungsarbeiten Quelle: Integrale Brücken – Aktivitäten in Österreich DI Dr. Roman Geier & DI Gerald Schimetta, Schimetta Consult ZT GmbH, Austria
Primärkosten für ÜKOs und Lager: ca. 12 % Sekundärkosten (Folgeschäden): nicht beziffert
Einführung
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integral
Als „integrale Bauwerke“ werden Bauwerke ohne Fugen und Lager bezeichnet. Der Überbau einer integralen Brücke ist über die gesamte Brückenlänge fugenlos durchlaufend und weder von den Pfeilern noch von den Widerlagern durch Fugen oder Lager getrennt. Alle Bauteile sind monolithisch miteinander verbunden. Betongelenke werden als monolithische Verbindung verstanden.
Einführung
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semi-integral
Als „semi-integrale Brücken“ werden Rahmentragwerke bezeichnet, die keine integralen Bauwerke sind und bei denen mindestens in zwei Achsen die Unter- bauten monolithisch an den Überbau angeschlossen sind. Auch bei semi-integralen Brücken entstehen Zwangsbeanspruchungen aus der Schwankung des konstanten Temperaturanteils. Für die semi-integrale Bauweise finden sich in der Literatur unterschiedliche Definitionen.
Einführung
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Einführung
Andere Definition semi-integral: In der Schweiz, in Österreich u. in den USA haben semi-integrale Brücken Lager, aber keine ÜKO´s.
15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
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Vorteile der integralen Bauweise: - Entfall von Verschleißbauteilen (Lager, ÜKO´s) - Vermeidung von direktem Wasser- und Taumittelzutritt
(keine Fugen) - Höherer Fahrkomfort und Reduzierung der Lärmemissionen
(keine ÜKO´s) - (Geringere Herstellkosten) - Verminderung der Instandhaltungskosten - (Reduzierung der Bauteilabmessungen) - Höhere Verkehrssicherheit durch Wegfall der Mittelstütze (RPS) - Ansatz der aussteifenden Wirkung des Hinterfüllbereiches
(z.B. für Wind u. Bremsen) - Kraftfluss kontinuierlicher und größere Traglastreserven im GZT - Größere Freiheit bei der Wahl der Stützweiten
(kleine Randfelder, keine abhebenden Lager)
Einführung
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Nachteile der integralen Bauweise:
- Die für die Bemessung relevanten Parameter sind schwieriger zu erfassen
- Erhöhte Anforderungen an das geotechnische Gutachten (obere und untere Grenzwerte der Bodenparameter)
- Aufwändigere Berechnung (Interaktion Bauwerk – Boden)
- Planmäßig Zwangskräfte vorhanden
- Baugrund muss setzungsunempfindlich sein (keine Nachstellmöglichkeit, Zwang)
- Zyklische Temperaturverformungen können Setzungen hervorrufen (Verminderung Mantelreibung bei Pfählen)
- Übergang Bauwerk-Boden erfordert besondere Beachtung
- Herstellung sowie Abbruch / Demontage ist aufwändiger
Einführung
15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
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Historie
Römischer Aquädukt , Segovia, Spanien, Länge 813 m Quelle: wikipedia.de
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Göltzschtalbrücke / Vogtland (1846 – 1851)
Quelle: wikipedia.de
Historie
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Traunbrücke Ebensee, Oberösterreich, 1954 - 1955 Spannweite 72 m, Bauhöhe im mittleren Drittel 1,20 m aus: Mörsch, E.: Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton
Historie
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Traunbrücke Ebensee
Entwurfsverfasser: Dr. techn. H. Machatti, Wien, Dipl.-Ing. K. Wenzel, Linz
Historie
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Entwurf + Ausführung: Wayss & Freytag AG, Ndl. Stuttgart, 1956
Historie
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Bewegungsfuge in der Mitte - Elztalbrücke
Historie
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Historie
Sunnibergbrücke bei Klosters, Schweiz Entwurf: Christian Menn
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
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Widerlager: - Steifigkeit (längs) - Erddruck aus Hinterfüllung
Überbau: - Behinderte Längenänderung durch Temperatur, Schwinden, (Vorspannung), Kriechen - Steifigkeit axial: ungerissen/ gerissen - Brückenlänge
Stützen: - Biegesteifigkeit längs (ungerissen/gerissen) - Anschluss an Überbau (biegesteif / Betongelenk ..)
Gründung Widerlager und Stützen: - Steifigkeit längs + Rotation - Gründungsart - Baugrund
Einflussparameter
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Widerlager: Steifigkeit bezüglich Rotation um vertikale Achse
Stützen: Biegesteifigkeit quer (ungerissen / gerissen)
Überbau: - Querbiegesteifigkeit - Geometrie (Öffnungswinkel , Krümmungsradius, Länge, Grundriss)
Zusätzliche Parameter bei im Grundriss gekrümmten Brücken
Einflussparameter bei integralen Bauwerken
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Interaktion Bauwerk / Boden
Einflussparameter
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Mobilisierung Erddruck
Einflussparameter
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aus: Entwurfshilfen für Integrale Straßenbrücken, König,Heunisch+Partner / HLSV, 2003
Einflussparameter
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Nach: England et al: Integral Bridges: a fundamental approach to the time – temperature loading problem, Thomas Telford, London 2001
Einflussparameter
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Verteilung des normierten Erddrucks über die Bezogene Tiefe z/h bei Drehung um den Fußpunkt
und für Kopfverschiebungen von sh / h = 0,001 und 0,004
Bez
ogen
e Ti
efe
z/h
Normierter Erddruck eh / (γh)
nach : Merkblatt für den Einfluss der Hinterfüllung auf Bauwerke, FGSV, Heft 525, 1994
Einflussparameter
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Längenänderungen Überbau
Einflussparameter
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Widerlager: - Steifigkeit (längs) - Erddruck aus Hinterfüllung - Setzungen hinter WL - Fahrbahnübergänge
Überbau: - Behinderte Längenänderung durch Temperatur, Schwinden, Vorspannung, Kriechen - Steifigkeit axial: ungerissen/ gerissen - Brückenlänge - Krümmung im Grundriss
Stützen: - Biegesteifigkeit längs (und quer) (ungerissen/gerissen) - Anschluss an Überbau (biegesteif / Betongelenk ..)
Gründung Widerlager und Stützen: - Steifigkeit längs + Rotation - Gründungsart - Baugrund
LBNP BNP
Einflussparameter semi-integrale Bauwerke
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Steuerung der Pfeilersteifigkeit:
• Pfeilergeometrie • Ausbildung kurzer Pfeiler als Doppelpfeiler aus 2 Hälften • Zustand I / Zustand II • E-Moduli • Betongelenke • Gründung (vertikale Pfahlreihe)
Einflussparameter
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
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Mitglieder der adhoc-AG
„integrale Bauweise im Brückenbau“
• BMVBS • HE • BY • SN • BW • DEGES (Obmann)
adhoc-AG integrale Bauwerke
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Ziel der AG Richtlinie Integrale Bauwerke als Entwurfshilfe (Bestandteil der RE-ING) Hilfestellung bei der Bewertung von Nebenangeboten. AG hat insgesamt 19 mal getagt.
- Erste Sitzung 14.10.2008 - letzte Sitzung 16.05.2012 (Abarbeitung der Stellungnahmen und Einsprüche)
- 1. Entwurf der RiLi liegt seit April 2011 vor - Bund- Länderabfrage sowie Abfrage Hochschulen, Verbände, Gremien, Ing.-Büros
ist in 2011 erfolgt - Ca. 250 Stellungnahmen / Einsprüche
Sachstand:
- Abarbeiten der Stellungnahmen und Einsprüche abgeschlossen - Derzeit redaktionelle Überarbeitung - Anpassung an die Eurocodes - Einführen als Teil der RE-ING - Zielstellung bis Herbst 2013
adhoc-AG integrale Bauwerke
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Grundlagen und Vorgehensweise: Nationale und internationale Literaturrecherche:
- USA, GB, nordische Länder (Norwegen etc.) forcieren integrale Bauweise, z.T. Regelbauweise, z.T. liegen eigene Richtlinien vor
- Nachbarländer Schweiz, Österreich: intensive Beschäftigung mit integraler Bauweise
Gedankenaustausch mit Nachbarländern - Erfahrungsbericht und Richtlinie Schweiz (Brückenende) - Erfahrungsbericht Österreich, Entwurf Richtlinie liegt seit Anf. 2012 vor - Gedankenaustausch mit Österreich
Gedankenaustausch mit Ingenieurbüros - Heft 50-2004 Fugenloses Bauen, Hess. SBV - KHP, Prof. Pötzl, Prof. Graubner, Prof. Vogt, LAP, Büchting und Streit,
SSF, Igl, Putz + Partner, Kaufmann, Schweiz, Geier u. Schimetta, Österreich
- Erfahrungen DB AG - INTAB+ Seminar 5. Mai 2010 in München
Auswertung von integralen Bauwerken: - Vergleichsberechnungen an Einfeldrahmen und Mehrfeldrahmen - Abfrage Erfahrungen mit Schleppplatten - Überwiegend positive Erfahrungen - Keine systemrelevanten Schäden bekannt
adhoc-AG integrale Bauwerke
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www.astra.admin.ch
RiLi Schweiz RiLi Österreich
adhoc-AG integrale Bauwerke
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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4. Einfeldrige Rahmenbauwerke
4.1 Schwierigkeitsklassen - gültig für symmetrische Rahmen - Schiefen 80 – 100 gon - bei Schiefen < 80 gon, - unsymmetrische Längsschnitte - steife Gründungen / Widerlager Abstufung der Grenzwerte um 5 m bzw. Einstufung in nächst höhere Schwierigkeitsklasse. 4.2 Anforderungen an die Bearbeitungstiefe in Planung und Bauausführung gemäß Tabelle 4.2.1 4.3 Konstruktive Hinweise 15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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5.2 Semi-integrale Mehrfeldrahmen
adhoc-AG integrale Bauwerke
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6. Übergang Bauwerk - Hinterfüllung
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Richtlinie integrale Bauwerke
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6.2 Ausbildung von Schleppplatten
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Typ I
Typ II
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Typ III
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Richtlinie integrale Bauwerke
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
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überschüttete Bauwerke
ausgeführte integrale Bauwerke
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Kleine Einfeldrahmen
ausgeführte integrale Bauwerke
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Stahlbetonrahmen
ausgeführte integrale Bauwerke
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integrale Stahlverbundbrücken
VFT-WIB®
ausgeführte integrale Bauwerke
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Integrale Spannbetonbrücken
ausgeführte integrale Bauwerke
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60 60
ausgeführte integrale Bauwerke
Rollbrücke Ost Flughafen Frankfurt
Fraport AG
Fraport AG
Fraport AG
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Schrägstielrahmen
ausgeführte semi-integrale Bauwerke
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Bogenbrücken
ausgeführte semi-integrale Bauwerke
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Talbrücken
Integraler Teil = 414 m
Kochertalbrücke
ausgeführte semi-integrale Bauwerke
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Talbrücke Zahme Gera
Integraler Teil = 290 m
ausgeführte semi-integrale Bauwerke
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Ortsumfahrung Marienberg – Talbrücke Reiterberg 18,15 – 4 x 25,0 – 18,15 , L = 136,50 m Höhe über Gelände ca. 12 m
ausgeführte semi-integrale Bauwerke
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Heerstraßenbrücke Stahl-Verbund 23,6-26,7-34,0-34,7-27,0 Stuttgart Y- Stützen (= 146 m)
Korntal- Rohr- Fachwerk 22.8-32.2-41.4x4-28.35-28.35-22.7Münchingen Stahl- Verbund (= 300 m)
ausgeführte semi-integrale Bauwerke
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Quelle: wikipedia.de
Scherkondetalbrücke L = 572 m, semi-integral
Integraler Teil: 452 m Achsen 11 -13 gelagert
Festpunkt
ausgeführte semi-integrale Bauwerke
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Einführung Historie Einflussparameter adhoc-AG integrale Bauwerke Richtlinie integrale Bauwerke Ausgeführte Bauwerke Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
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integrale und semi-integrale Bauwerke • erleben eine Renaissance, • Weltweit im Vormarsch • bieten insbesondere Vorteile in der Unterhaltung,
bei integralen Bauwerken weder Lager noch UKO´s
Integrale Bauwerke • Grenzwerte werden bestimmt durch die
Beherrschung der Zwangsbeanspruchungen Beherrschung der Verformungen am Bauwerksende
semi-integrale Bauwerke • i.d.R. ausschlaggebend max. zulässige Verformung
Bewegungsnullpunkt – entferntesten monolithischen Verbindung • Anwendungsbereich ist steuerbar über diverse Einflussparameter:
Pfeilerhöhe, Pfeilerquerschnitt, Gründungsart, Bauweise, Vorverformungen, Baustoffe, Bauwerksgeometrie, Herstellverfahren
Zusammenfassung und Ausblick
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Integrale Bauwerke • Ausführung bis ca. 50 m ist Stand der Technik
In allen Bauweisen (Stahlverbund, Stahlbeton, Spannbeton) In allen Gründungsarten, unterschiedliche Schiefen
• Wenig Erfahrung bei Stützweiten zwischen 50 m und 100 m • Problembereich: Übergang Widerlager – Hinterfüllung: hier fehlen Langzeiterfahrungen • Forschungs- und Optimierungsbedarf (Konstruktion Schleppplatten)
semi-integrale Bauwerke • Bei optimaler Ausnutzung der Einflussparameter sind sehr
große Längen möglich • Das Bauverfahren, die Bauwerksgeometrie und die gezielte Steuerung der Einflussparameter eröffnen weitere Spielräume.
Fehler in Planung und Bauausführung sind (meist) irreversibel !
Hoher Ingenieurverstand ist wichtiger denn je !
Zusammenfassung und Ausblick
15.05.2013 VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013