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3.1
a)
Generelles Vorgehen der Nachweisführung gegen Ermüdung
Entsprechend der Betonbrückennorm wird von einem dreistufigen Nachweiskonzept für die Ermüdungssicherheit ausgegangen. Dabei beinhaltet Stufe 1 einen Dauerfestigkeitsnachweis, Stufe 2 einen vereinfachten Betriebsfestigkeitsnachweis unter Zuhilfenahme schädigungsäquivalenter Schwingbreiten, ehe in Stufe 3 ein genauer Betriebsfestigkeitsnachweis durchzuführen ist. Der mit steigender Stufe größer werdende Arbeitsaufwand hinsichtlich einer realitätsnäheren Beschreibung der Einwirkungen führt folglich auch zu einer höheren Aussagequalität des Nachweises. Das der aktuellen Normensituation angepasste Organigramm (Bild 10) verdeutlicht in Anlehnung an ZILCH et. al [11] und SIMON [6] das Konzept einer stufenweise aufgebauten, separaten Nachweisführung der Ermüdungssicherheit für jedes maßgebende Querschnittselement einer Holz-Beton-Verbundstraßenbrücke. Folgende Abkürzungen werden dabei verwendet:
b)
LM 1 ELM 3
Lastmodell 1 nach DIN EN 1991-2 [12] Ermüdungslastmodell 3 nach DIN EN 1991-2 [12] char. EWK charakteristische Einwirkungskombination nach DIN EN 1990 [16] h. EWK häufige Einwirkungskombination nach DIN EN 1990 [16] Bild 9
Vorschläge für „Wöhlerlinien” (Mittelwerte und 5 %-Quantilwerte), a) Serie E, b) Serie E-PC Proposals for S-N-lines (mean value and 5 %-quantile), a) series E, b) series E-PC
gussstreifen im Lastübertragungsbereich etwa 39 % der äquivalenten Kurzzeittraglast erreichen. Die Ursachen hierfür liegen hauptsächlich in der hohen Verbundelementsteifigkeit und der damit verbundenen geringen Energiedissipation bei der Polymerbetonserie, die bei Vorhandensein von Initialrissen infolge der impulsartigen Lasteinleitung ein schnelles Risswachstum und folglich eine stärkere Materialschädigung bewirken. Daneben sind in diesem Zusammenhang auch die natürlichen Streuungen der Materialeigenschaften des Holzes zu beachten.
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Ermüdungsnachweis für Holz-BetonVerbundstraßenbrücken
Herkömmliche Brückenbauwerke sind durch die Belastungen infolge Verkehrs einer zyklischen Beanspruchung ausgesetzt, die auch deutlich unterhalb der statischen Festigkeiten zu Schädigungen in den Mikrobereichen des Werkstoffs und letztlich zu einem Ermüdungsversagen führen können. Aus diesem Grund soll im Nachgang das Vorgehen der Nachweisführung gegen Ermüdung von Holz-Beton-Verbundbrücken entsprechend der aktuellen Normenlage kurz vorgestellt werden.
Im Querschnittsteil Beton begrenzt ein im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zu führender Nachweis zur Vermeidung von Rissen die Betondruckspannungen auf 60 % der charakteristischen Druckfestigkeit. Zudem ist die angegebene Begrenzung der Druckspannungsamplitude zu erfüllen, um nicht einen genauen Betriebsfestigkeitsnachweis führen zu müssen. Für nicht geschweißte Bewehrungsstähle unter Zugbeanspruchung erfolgt der vereinfachte Nachweis in Form der Beschränkung der Spannungsschwingbreite. Sofern dieses Grenzkriterium überschritten wird, ist ein vereinfachter Betriebsfestigkeitsnachweis über schädigungsäquivalente Spannungsschwingbreiten zu führen. Auf den Ermüdungsnachweis im Querschnittsteil Holz sowie auf die Nachweise der holzseitigen Versagensmechanismen am Verbundelement Dübelleiste wird in Abschnitt 3.2 eingegangen. Die betonseitigen Nachweise am Verbundelement Dübelleiste gegen Ermüdung konzentrieren sich auf die Schubkrafteinleitung mittels der Kopfbolzendübel in die Fahrbahnplatte, wobei der Ermüdungsnachweis entfallen kann, sofern die im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zu übertragende Schubkraft kleiner als 60 % der Bemessungsschubtragfähigkeit ist. In anderen Fällen wird ein vereinfachter Betriebsfestigkeitsnachweis in Abhängigkeit von der Beanspruchungsart im Beton erforderlich. Sofern ein genauer Ermüdungsnachweis notwendig wird, ist dieser prinzipiell als Betriebsfestigkeitsnachweis zu führen, bei dem die belastungsabhängigen akkumulierten Bautechnik 90 (2013), Heft 1
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K. Rautenstrauch, J. Müller: Load Bearing Behavior of Special Connectors used for Timber-Concrete Composite Road Bridges under Cyclic Loading