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Vorwort zur sechsten Auflage Das Thema Querkraftbemessung wird zurzeit vor dem Hintergrund des sehr konservativen Ansatzes für die „Nachrechnung von Bestandbrücken“ in der Fachwelt heftig diskutiert. Hier werden sich wohl Veränderungen ergeben, die Einfluss auf die zukünftige Nachweisführung haben werden. In dieser Auflage kann nur der aktuell anerkannte Sachstand wiedergegeben werden. Das Vorwort der fünften Auflage begann mit Ausführungen zu den DIN-Fachberichten, die als Übergangslösung bis zur Einführung der „eigentlichen“ Eurocodes für den Brückenbau gedacht waren. Jetzt ist der nächste und vorerst letzte Schritt zur Einführung der Eurocodes für den Brückenbau erfolgt. Mit ARS 22/2012 hat das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung die entsprechenden Eurocodes für alle neuen Vergabeverfahren zum 01.05.2013 für die Anwendung im Bereich der Bundesfernstraßen eingeführt. Der Aufbau und die Gliederung des Buches entsprechen der fünften Auflage. Damit ist es einfacher, die Neuerungen und damit Veränderungen zu erkennen. Die wichtigsten Veränderungen für die Straße haben sich ergeben bezüglich − der Einwirkungen (DIN EN 1991-xx), – Lastmodell LM1 (Belastung auf 3. Fahrspur), – Windeinwirkungen, Temperatur, außergewöhnliche Einwirkungen, − der Bemessung (DIN EN 1992-2), u. a. zur Querkraftbemessung und Ermüdung, − der Querschnitte (Richtlinie für Anlage von Autobahnen, RAA), − des Baugrundes (DIN EN 1997-xx), − der Lager (DIN EN 1337-xx), − der Traggerüste, − der Richtzeichnungen. Für die Eisenbahn sind die Veränderungen dargelegt in geänderten Regelwerken, vor allem − D804, inklusive angepasster Richtzeichnungen. Darüber hinaus sind Ausführungen zu integralen Brücken neu aufgenommen worden. Bedanken möchte ich mich an dieser Stelle bei Herrn Wolf-Dieter Friebel vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung sowie Herrn Heiko Gregorski und Herr Tristan Mölter von der Deutschen Bahn, die mich sehr unkompliziert und kurzfristig bezüglich einer Reihe von Bildern aus dem Bereich der Bundesfernstraßen und der Deutschen Bahn unterstützt haben. Die Berechnung der Plattenbeispiele des Kapitels 5 mittels FE-Berechnungen wurde durch Herrn Dipl.-Ing. Dirk Michael und Frau Prof. Dr.-Ing. Ursula Freundt vom Ingenieurbüro Freundt durchgeführt. Auch dafür meinen herzlichen Dank. Aufgrund des Todes des bisherigen Erstverfassers, Herrn Prof. Dipl.-Ing. Karl Heinz Holst, im Jahre 2005 bekam der Verlag Ernst & Sohn mit mir einen neuen Partner. Für die große Unterstützung, die Geduld und die Professionalität der Zusammenarbeit bedanke ich mich herzlich bei Frau Dipl.-Ing. Karin Lang, Frau Ute-Marlen Günther und Herrn Dipl.-Ing. Jens Völker. Darüber hinaus war auch die Korrekturphase mit Frau Dipl.-Ing. Barbara Miklaw sehr fruchtbar und brachte die eine oder andere Verbesserung des Manuskriptes hervor.


VI

Aus dem Vorwort zur ersten Auflage

Der größte Dank gilt meinem Vater, Herrn Karl Heinz Holst, der mich sowohl für den Brückenbau begeistert als auch mir die Möglichkeit gegeben hat, dieses Fachbuch fortzuführen. Ich hoffe, dass auch diese Auflage den Anspruch, sowohl ein Lehrbuch als auch ein „Begleiter“ für die Praxis zu sein, erfüllt. Overath, im Juli 2013

Ralph Holst

Aus dem Vorwort zur ersten Auflage Der Brückenbau hat in den letzten Jahrzehnten eine starke, fast rasante, Entwicklung erfahren, die vorrangig durch die Entwicklung des modernen Straßenbaues eingeleitet worden ist und mit diesem expandierte. Der starke Kraftfahrzeugverkehr, dessen Volumen z. Z. immer noch wächst, verlangt ein weit verzweigtes und gut ausgebautes Straßennetz, das von der Autobahn bis zur Gemeindestraße reicht. Die zügigen Linienführungen dieses Straßensystems, insbesondere auch im Hinblick auf die verkehrstechnischen Belange der Städte und überregionalen Ballungsräume, schaffen den Bedarf für das Brückenbauvolumen. Das vorliegende Buch befasst sich zunächst nur mit den Straßenbrücken, und von diesen vorrangig mit jenen, die im Bereich normaler Anforderungen anfallen, also Längen bis zu 60 m aufweisen. Die entwurfstechnischen, konstruktiven und gestalterischen Grundlagen müssen nämlich am normalen Bauwerk, am sogenannten Regelbauwerk, erlernt werden; beherrscht man dieses, so kann man sich auch im Großbrückenbau bewegen. Das Buch möchte ein Lehrbuch sein und den Studenten der Bauingenieurwissenschaften und jeden anderen Interessierten in die Materie des Brückenbauens einführen. Das Buch möchte aber auch ein Begleiter für den bereits „Eingeführten“ sein und es ihm ermöglichen, gewisse Kenntnisse, die er nicht ständig vorhalten muss, wieder aufzufrischen. Lübeck, im Oktober 1984

Der Verfasser


Inhaltsverzeichnis Vorwort zur sechsten Auflage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Aus dem Vorwort zur ersten Auflage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1 1.1 1.1.1 1.1.2

3 3 3

1.1.3 1.1.4 1.1.4.1 1.1.4.2 1.1.5 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.2.1 1.2.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.2.8 1.2.8.1 1.2.8.2 1.2.8.3 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.2.1 1.4.2.2 1.4.3 1.4.3.1 1.4.3.2 1.4.3.3 1.4.4 1.4.4.1 1.4.4.2 1.4.4.3 1.4.5 1.4.5.1

Berechnungsgrundlagen für Brückenbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauten im Bereich öffentlicher Nutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genehmigungspflicht und Zulassungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauten im Bereich der Straßenbauverwaltung des Bundes und der Länder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauten im Bereich der Eisenbahnen des Bundes und der Länder . . . . . . . . . . Grundbegriffe der Tragwerksplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustände und Einwirkungskombinationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorschriften und Bautechnische Regelwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus dem Straßenverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zuordnung des Straßenverkehrs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vertikallasten, charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ständige Lasten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verkehrsregellasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Horizontallasten, charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen für Ermüdungsberechnungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Außergewöhnliche Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sonstige Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung von Verkehrsbelastungen für Straßenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungskombinationen für die Grenzzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verkehrslastmodelle und zeitlich gleiche andere Einwirkungen . . . . . . . . . . . Kombinationsfaktoren ψ für Straßenbrücken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teilsicherheitsbeiwerte γ für Straßenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus militärischem Fahrzeugverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus dem Eisenbahnverkehr und -betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vertikallasten, charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Statische Lastanteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verteilung der Achslasten durch Schienen, Schwellen und Schotter . . . . . . . Dynamische Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ursache und Wirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dynamische Beiwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resonanz oder übermäßige Schwingung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Horizontallasten, charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus Zentrifugallasten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus Seitenstoß (Schlingerkraft) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus Anfahren und Bremsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Längsgerichtete Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leitlinien für die Untersuchung der Interaktion zwischen Brückenüberbau und Schienenoberbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 6 7 7 9 10 12 12 14 14 14 16 17 19 22 23 24 24 25 26 27 31 31 31 31 34 35 35 36 40 43 43 45 45 46 46


VIII

1.4.5.2 1.4.5.3 1.4.6 1.4.7 1.4.8 1.4.9 1.4.10 1.4.11 1.4.11.1 1.4.11.2 1.4.11.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6 1.6 1.7 1.7.1 1.7.2 1.7.2.1 1.7.2.2 1.8 1.8.1 1.8.2 1.8.2.1 1.8.2.2 1.8.2.3 1.8.3 1.8.4 1.9 1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.10 1.10.1 1.10.2 1.10.3 1.10.4 1.10.4.1 1.10.4.2 1.10.4.3 1.10.4.4 1.10.4.5 1.10.4.6

Inhaltsverzeichnis

Berechnungswerte des Gleises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vereinfachtes Nachweisverfahren für einteilige Überbauten . . . . . . . . . . . . . . Druck-Sog-Einwirkungen aus Zugverkehr (aerodynamische Einwirkungen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen für Ermüdungsberechnungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Außergewöhnliche Einwirkungen des Eisenbahnverkehrs . . . . . . . . . . . . . . . . Sonstige Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung von Verkehrsbelastungen für Eisenbahnbrücken . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungskombinationen für die Grenzzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verkehrslastmodelle und zeitlich gleiche andere Einwirkungen . . . . . . . . . . . Kombinationsfaktoren ψ für Eisenbahnbrücken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teilsicherheitsbeiwerte γ für Eisenbahnbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus dem Fußgänger- und Radwegverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . Vertikale Lasten, charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Horizontale Lasten, charakteristische Werte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Außergewöhnliche Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sonstige Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung von Verkehrsbelastungen für Fußgängerund Radwegbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungskombinationen für die Grenzzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus Änderungen der Stützungsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus Windlasten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Zusammenhänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Windkräfte bei Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweisverfahren nach DIN EN 1991-1-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vereinfachtes Nachweisverfahren nach DIN EN 1991-1-4/NA. . . . . . . . . . . . Temperatureinwirkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Begriffe und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperatureinwirkungen auf Brückenbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstanter Temperaturanteil, charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Linearer Temperaturunterschied, charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . . Gleichzeitigkeit von Temperatureinwirkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperatureinwirkungen auf Brückenpfeiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kombination für die Grenzzustände. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schnittkräfte aus Einwirkungen infolge vertikaler Verkehrslast . . . . . . . . . . . Belastungsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verkehrslast und Einflusslinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verkehrslast und Einflussfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungsbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung einer Windkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung eines Biegemomentes eines Balkentragwerkes. . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung eines Biegemomentes eines Flächentragwerkes . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung der charakteristischen Werte der Einwirkungen und der Verkehrslastgruppen für eine Eisenbahnbrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . System, Abmessungen und Vorwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Charakteristische Werte der Vertikallasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Charakteristische Werte der Horizontallasten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Charakteristische Werte der außergewöhnlichen Einwirkungen . . . . . . . . . . . Maßgebende Schnittgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung der Verkehrslastgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49 50 53 56 58 61 62 65 65 67 67 67 67 68 69 69 69 70 71 73 73 76 76 78 81 81 82 82 84 87 87 87 87 87 88 90 94 94 95 96 99 100 102 106 113 114 116


Inhaltsverzeichnis

IX

2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6

Gestaltung der Brückenbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gestaltungsmerkmale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Querschnittsgestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bedeutung der Querschnittsform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Plattenquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Plattenbalkenquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hohlkastenquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Längsschnittgestaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Balkenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rahmenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Integrale Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bogenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fachwerkbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Durchlässe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

119 119 120 120 121 123 126 130 130 133 136 137 142 142

3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.3.1 3.1.3.2 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.3.1 3.2.3.2 3.2.3.3 3.2.4 3.2.4.1 3.2.4.2 3.2.5 3.2.6 3.2.6.1 3.2.6.2 3.2.7 3.2.8 3.3 3.3.1 3.3.2

Planungsgrundlagen der Verkehrslastträger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planung von Straßenbrücken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brückenlänge und Wahl der Stützweite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wahl der Querschnittsbreiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauhöhe, Konstruktionshöhe und lichte Höhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lichter Raum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erforderliche Bauhöhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brückenende und Übergang zur Straßentrasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planung von Eisenbahnbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Problemstellung des Eisenbahnbrückenbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Überlegungen zur Gestaltung der Bauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eisenbahnspezifische Konstruktionsanforderungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorgaben nach EBO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eisenbahnseitige Erfordernisse im Quer- und Längsschnitt . . . . . . . . . . . . . . . Abdichtung der Fahrbahntafel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauhöhe, Konstruktionshöhe und lichte Höhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lichter Raum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erforderliche Bauhöhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktionsbesonderheiten zur Abtragung längsgerichteter Kräfte. . . . . . . Feste Fahrbahnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Streckenquerschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feste Fahrbahnen auf Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brücken in der Hochgeschwindigkeitsstrecke Köln-Frankfurt. . . . . . . . . . . . . Brückenende und Übergang zur Eisenbahntrasse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erfordernisse der Entwurfsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bedeutung eines Bauentwurfes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einzelheiten der Entwurfsbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

149 149 149 157 162 162 163 168 171 171 173 175 175 176 180 183 183 186 187 191 191 193 196 199 201 201 203

4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.3

Lehrgerüste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufgaben und allgemeine Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Baustoffe und Bauelemente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schalhaut und Schalung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauelemente aus Holz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauelemente aus Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gerüstrohre und ihre Verbindungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Walzprofilträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rüstträgersysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

209 209 210 210 212 214 214 215 216


X

Inhaltsverzeichnis

4.2.3.4 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.2.1 4.3.2.2 4.3.2.3 4.3.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.3.1 4.4.3.2 4.4.3.3 4.4.3.4 4.4.4 4.4.5 4.5 4.5.1 4.5.2 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 4.7 4.7.1 4.7.2 4.7.3 4.7.3.1 4.7.3.2 4.7.3.3 4.7.3.4 4.7.3.5

Rahmenstützensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauliche Durchbildung der Traggerüste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einteilung der Gerüste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktive Anordnung der Verbände. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbände im Rüstträgergerüst. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbände im Holztraggerüst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Besonderheiten für Traggerüste von Spannbetonbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungsgrundlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sicherheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus vertikalen und horizontalen Lasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweis der Horizontalkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berücksichtigung von Imperfektionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schubsteifigkeit einer Verbandsscheibe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungen des Wind- und Aussteifungsverbandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungen der lotrechten Verbände. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verformung der Traggerüste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gründungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schalungs- und Obergerüst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktive Durchbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schalungsdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungsbeispiel: Traggerüst als Rüstträgergerüst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . System, Aufgabenstellung und Abmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweis der Rüstträgerbeanspruchung Feld 1 und Feld 3 . . . . . . . . . . . . . . . Nachweis der horizontalen Einwirkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Darstellung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Traggerüstbauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwicklung des Lehrgerüstbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Traggerüste von Bogenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Traggerüste von Balkenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stationäre Einrüstungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauweise durch Verfahren der Gerüste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorschubgerüstbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Taktschiebeverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Freivorbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

221 223 223 225 225 226 229 229 232 232 232 235 235 236 240 242 244 245 245 245 249 252 252 253 256 261 263 263 264 272 272 274 275 281 285

5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.1.1 5.2.1.2 5.2.1.3 5.2.1.4 5.2.1.5 5.2.2 5.2.2.1 5.2.2.2 5.2.2.3 5.2.3 5.2.4 5.2.4.1

Überbauten der Brückenbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwicklung der Tragsysteme im Überbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungsgrundlagen für Überbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tragverhalten von Plattentragwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Plattensysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rechtwinklige, zweiseitig gestützte Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schiefwinklige, zweiseitig gestützte Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungshilfen zur Momentenermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiele zur Plattenberechnung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tragverhalten von Balkentragwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Biegemomente in der Fahrbahnplatte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lastaufteilung auf die Hauptträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beanspruchungen in den Hauptträgern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maßgebende Schnittgrößen aus äußeren Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schnittgrößen aus Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorspannarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

291 291 293 293 293 294 303 318 319 339 339 342 368 378 382 382


Inhaltsverzeichnis

5.2.4.2 5.2.4.3 5.2.5 5.2.5.1 5.2.5.2 5.2.5.3 5.2.5.4 5.2.5.5 5.3 5.3.1 5.3.1.1 5.3.1.2 5.3.2 5.3.2.1 5.3.2.2 5.3.2.3 5.3.2.4 5.3.3 5.3.3.1 5.3.3.2 5.3.3.3 5.3.4 5.3.4.1 5.3.4.2 5.3.4.3 5.3.5 5.3.5.1 5.3.5.2 5.3.5.3 5.3.5.4 5.3.5.5 5.3.6 5.3.6.1 5.3.6.2 5.3.6.3 5.3.6.4 5.3.6.5 5.3.6.6 5.3.7 5.3.8 5.3.8.1 5.3.8.2 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.2.1 5.4.2.2 5.4.3 5.4.3.1 5.4.3.2

Vorspannung mit internen Spanngliedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorspannung mit externen Spanngliedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorgespannte Tragwerke im Gebrauchszustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorspannziele und Vorspanngrad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mittelwert der Vorspannkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erforderliche Vorspannkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spannkraft und Spannweg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spannkraftverluste aus Kriechen und Schwinden des Betons sowie Relaxation des Spannstahls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessung der Betonbauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessungskonzept der DIN-EN 1992-2/NA, 1991-1-1/NA. . . . . . . . . . . . . . Charakteristische Werte der Einwirkungsseite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Charakteristische Werte der Widerstandsseite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung und Längskraft . . . . . . . . . . . . . Nutzungsbereiche der Stahl- und Betondehnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dehnung in vorgespannten Querschnitten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Varianten der Bruchverformungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessung für Biegung mit Längskraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Tragfähigkeit für Querkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessungsmodell und innere Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweisverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Tragfähigkeit für Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundlagen der Torsionsbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessungsmodell und innere Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweisverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Tragfähigkeit für Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einzelheiten zur Nachweisführung der Ermüdungsfestigkeit. . . . . . . . . . . . . . Zur Theorie der Ermüdungsfestigkeit von Stahl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweisführung im Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zur Theorie der Ermüdungsfestigkeit von Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweisführung im Beton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anforderungsprofil des Grenzzustandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spannungsbegrenzungen und Spannungsnachweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zusammenhänge der Rissbildung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschränkung der Rissbreite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verformungen von Tragwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustände der Verformungen und Schwingungen im Eisenbahnbrückenbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Besondere Bemessungsprobleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einleitung der Vorspannkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Koppelfugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundsätze der baulichen Durchbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anordnung der schlaffen Bewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anordnung der Spannbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorspannung mit Verbund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorspannung ohne Verbund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Querschnittsrandkappen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kappen von Straßenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kappen von Eisenbahnbrücken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XI

384 399 408 408 409 411 413 421 429 429 429 431 436 436 437 439 440 444 444 446 448 454 454 456 458 460 460 462 466 468 469 472 472 477 479 482 494 499 503 506 506 511 519 519 525 525 533 540 540 543


XII

Inhaltsverzeichnis

5.5 5.5.1 5.5.1.1 5.5.1.2 5.5.1.3 5.5.1.4 5.5.2 5.5.2.1 5.5.2.2 5.5.2.3 5.5.3 5.5.3.1 5.5.3.2 5.5.3.3 5.5.3.4 5.5.3.5 5.5.3.6 5.5.3.7

Berechnungsbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fußgängerbrücke, vorgespannt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . System, Einwirkungen und Schnittgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lastfall Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rechtwinklige Fahrbahnplatte, schlaff bewehrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . System und Abmessungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen, Biegemomente und Querkräfte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rechtwinklige Fahrbahnplatte, vorgespannt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . System und Querschnittswerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen, Biegemomente und Querkräfte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lastfall Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzzustand der Ermüdungsfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sonstige Bewehrungserfordernisse, Spannplan und Bewehrungsskizze des Querschnittes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

545 545 545 547 552 557 563 563 563 570 575 575 575 576 582 585 590 594

6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.1.1 6.2.1.2 6.2.1.3 6.2.2 6.2.2.1 6.2.2.2 6.3 6.3.1 6.3.1.1 6.3.1.2 6.3.1.3 6.3.1.4 6.3.1.5 6.3.2 6.3.2.1 6.3.2.2 6.3.2.3 6.3.3 6.3.3.1 6.3.3.2 6.3.3.3 6.3.3.4 6.3.3.5 6.4 6.4.1 6.4.1.1 6.4.1.2 6.4.1.3

Widerlager von Brückenbauwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Form, Aufgabe und Zweckbestimmung der Widerlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktion und Tragverhalten der Widerlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktionsformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einfache Widerlagerstützwand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kastenförmiges Widerlager. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einzelheiten der Konstruktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tragverhalten eines Widerlagers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einfache Widerlagerstützwand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kastenförmiges Widerlager. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnung eines Widerlagers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen auf das Widerlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Belastungsannahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus dem Überbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen aus dem Erddruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Widerlagersystem und Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schrammbordstoß an der Flügelwand einer Straßenbrücke . . . . . . . . . . . . . . . Nachweis der Standsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundlagen der Nachweisführung nach DIN EN 1997-1/NA . . . . . . . . . . . . . Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessung und Bewehrungsführung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessungsgrundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mindestbewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bewehrungsführung in der Widerlagerwand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bewehrungsführung in der Flügelwand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bewehrungsführung im Fundament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungsbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung der Standsicherheit eines schiefwinkligen Widerlagers. . . . . . . . . System und Abmessungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen auf das Widerlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung der charakteristischen Werte der Einwirkungen in der Sohlfuge. . .

599 599 601 601 601 602 606 612 612 617 624 624 624 627 629 634 637 638 638 640 644 646 646 646 647 650 651 653 653 653 655 656


Inhaltsverzeichnis

XIII

6.4.1.4 6.4.1.5 6.4.2 6.4.2.1 6.4.2.2 6.4.2.3

Nachweis des Grenzzustandes der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweis des Grenzzustandes der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessung einer einfachen Widerlagerstützwand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . System und Abmessungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen auf das Widerlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Biegebeanspruchung und Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

669 670 673 673 674 677

7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.3.1 7.2.3.2 7.2.3.3 7.2.3.4 7.2.4 7.2.4.1 7.2.4.2 7.2.4.3 7.3 7.3.1

695 695 695 699 702 702 707 708 708 710 715 716 722 722 722 725 727

7.3.3 7.3.4 7.3.5

Stützen und Pfeiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktion und Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pfeiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnung und Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zum Tragverhalten von Stahlbetondruckgliedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweisverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemessungserfordernisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stützen ohne Knickgefahr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stützen mit Stabilitätsgefährdung (Knicksicherheitsnachweis) . . . . . . . . . . . . Bemessungskombinationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stützen mit Anprallstoß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stütze und Fundament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweisverfahren zur Verhinderung des Durchstanzens . . . . . . . . . . . . . . . . Kritischer Rundschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Querkrafttragfähigkeit der Fundamentplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berechnungsbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermittlung der charakteristischen Werte der Einwirkungen auf die Mittelstütze einer Zweifeldstraßenbrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rechteckstütze mit Knicksicherheitsnachweis nach dem Modellstützenverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rechteckstütze mit Knicksicherheitsnachweis nach Theorie II. Ordnung . . . Rechteckstütze mit Fahrzeuganprall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rechteckstütze und Fundament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

734 737 742 745

8 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.4 8.4.1 8.4.1.1 8.4.1.2 8.4.1.3 8.4.1.4 8.4.1.5 8.4.2 8.4.2.1 8.4.2.2 8.4.3

Brückenlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Begriffe, Einteilungen, Symbole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Statische und kinematische Einwirkungen am Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Haupt- und Nebenschnittgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwirkungen auf die Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktion und Lagerungsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauliche Durchbildung der Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Auflagerbank. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lagerungsplan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lagerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feste Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kipplager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Topflager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kalottenlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Horizontalkraftlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stahlbetongelenk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bewegliche Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rollenlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gleitlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elastomerverformungslager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

749 749 752 752 755 759 759 761 763 766 766 766 766 767 768 768 769 769 770 773

7.3.2

727


XIV

Inhaltsverzeichnis

9 9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.1.4.1 9.1.4.2 9.2 9.3

Fahrbahnübergänge und Brückengeländer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fahrbahnübergänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Problemstellung und Berechnungsansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einfacher Überbauabschluss für kleine Dehnwege . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fahrbahnübergänge aus Asphalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fahrbahnübergänge aus Stahl und Elastomer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Straßenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eisenbahnbrücken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachweis an Überbaurändern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brückengeländer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

779 779 779 780 781 782 782 785 787 789

10 10.1 10.2 10.2.1 10.2.2 10.3 10.4

Brückenentwässerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anordnung der Brückenabläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Straßenbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eisenbahnbrücken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abführung des Oberflächenwassers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwässerung der Widerlagerwandrückseite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

793 793 794 794 795 796 798

Ausklang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

801

Literaturverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

805

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

809

Nachweis der verwendeten Bilder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

813


5

Überbauten der Brückenbauwerke

5.1

Entwicklung der Tragsysteme im Überbau

Die einfachste Form der Überbauausbildung ist durch die Aneinanderreihung von Balken gegeben (Bild 5.1). Hierbei wird die Fahrbahntafel durch die im Betonbau übliche Druckgurtverbreiterung geschaffen. An die hierdurch entstehende Konstruktion sollten, besonders in Hinblick auf die Ausbildung und Haltbarkeit des Fahrbahnbelages, keine zu großen Anforderungen gestellt werden. Für eine einfache Überquerung ist sie jedoch möglich. Die Abtragung der Fahrbahnlasten erfolgt direkt, der jeweils betroffene Balken gibt seine Beanspruchungen direkt auf die Lager ab. Querverteilungen der Fahrbahnlasten entstehen nicht, d. h., es werden keine benachbarten Träger zum Mittragen der direkten Fahrbahnlasten herangezogen.

Bild 5.1 Querschnittausbildung durch Aneinanderreihung von Fertigteilträgern

Bild 5.2 Querschnittausbildung durch monolithisch verbundene Balkensysteme

Bildet man dagegen die Fahrbahnplatte als durchgehende Konstruktion in einem Zuge mit den Balken aus (Bild 5.2), so entsteht auch in der Querrichtung ein biegesteifes System, welches Lasten übertragen kann. Die Verkehrslasten aus der Fahrbahn werden indirekt über die Fahrbahnplatte in die Hauptträger abgeleitet, die sie ihrerseits durch dieselbe auf die benachbarten Träger mit übertragen können. Ihrer statischen Funktion nach ist die Platte das Nebentragglied, die Balken selbst bleiben Hauptträger.

Bild 5.3 System eines Trägerrostes

Zur Aussteifung des Trägersystems und zur Erzielung einer optimalen Querverteilung der Fahrbahnlasten werden Querträger im Feld angeordnet. Hieraus entwickelte sich der Trägerrost (Bild 5.3), bei dem das Haupttragsystem durch eine Schar sich rechtwinklig kreuzender Längs- und Querträger gebildet wird. Weiterhin konnte durch diese Bauweise die kleinstmögliche Bauhöhe erzielt und das Eigengewicht gering gehalten werden. Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton. 6. Auflage. Ralph Holst, Karl Heinz Holst. © 2014 Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2014 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG


292

5 Überbauten der Brückenbauwerke

In dieser Konstruktionsform lagen die Anfänge der Stahlbetonbalkenbrücke, durch sie war es überhaupt erst möglich geworden, das Problem einer beweglich wirkenden Belastung in einer Fläche konstruktiv durch Balkenkonstruktionen aufzunehmen. Der durch die gegenseitige Beeinflussung der Balken entstehende nicht unproblematische Kraftfluss, der damit verbundene hohe Rechenaufwand und die großen Schalungskosten gaben dieser Konstruktion jedoch keine Überlebenschance. Die Weiterentwicklung des Trägerrostes ging in zwei Richtungen.

Bild 5.4 Vollplatte

Einerseits gelang die völlige Synthese, d. h. die totale Durchdringung der Längs- und Querträger, und es entwickelten sich die Plattentragwerke als Haupttragsystem (Bild 5.4). Hier sind infolge der nach allen Seiten möglichen Lastabtragung ideale Querverteilungsverhältnisse vorhanden. Diese Systeme haben im Vergleich zu anderen Tragkonstruktionen gleicher Stützweite die geringsten statischen Nutzhöhen.

Bild 5.5 Plattenbalken

Andererseits vollzog sich bei den Balkensystemen die Entwicklung zugunsten klarer und übersichtlicher Tragsysteme. Unter Verzicht auf viele Längsträger und die sie aussteifenden Querträger wird heute, soweit es von der Fahrbahnbreite her möglich ist, der zweistegigen Querschnittsform der Vorzug gegeben (Bild 5.5). Die Querverteilung der Fahrbahnlasten auf die Hauptträger erfolgt hierbei nur über das Nebentragglied Fahrbahnplatte. Diese kann, bedingt durch die Kenntnisse der Plattentheorie, besser denn je in ihrer Tragfähigkeit ausgenutzt und in kleinen Konstruktionsdicken erstellt werden. Bei großen Fahrbahnbreiten sind zur Vermeidung unwirtschaftlicher Konstruktionsabmessungen auch drei- oder mehrstegige Balkenquerschnitte üblich. Die Querverteilung der Fahrbahnlasten erfolgt hierbei über ein statisch unbestimmtes Nebentragsystem, in dem auch negative Belastungseinflüsse eintreten können. Querträger werden im Feld nicht mehr angeordnet, an Zwischenunterstützungen sind sie jedoch wünschenswert, am Brückenende aus statischen und konstruktiven Gründen unverzichtbar. Die querträgerlose Anordnung gestattet es zudem, den Einfluss einer Brückenschiefe im Wesentlichen aus dem Feld herauszuhalten und ihn auf das Brückenende zu beschränken. Eine Weiterentwicklung des Plattenbalkens wiederum führte zum System des Hohlkastens. Diese Konstruktionsform der Balkenbrücke steht heute im Mittelpunkt fast aller üblichen beweglichen Rüstvorgänge und ist zum Querschnittstyp der Spannbetonbrücke schlechthin geworden.


5.2 Berechnungsgrundlagen für Überbauten

5.2

Berechnungsgrundlagen für Überbauten

5.2.1

Tragverhalten von Plattentragwerken

293

5.2.1.1 Plattensysteme Zur Einteilung der Plattensysteme muss zunächst festgestellt werden, welche Tragfunktion die Platte im System zu übernehmen hat. Platte als Hauptträger

Hier gibt es die zweiseitig gestützten Platten (Bild 5.6) mit frei drehbar gelagerten oder einoder beidseitig eingespannten Rändern, die entsprechend ihrer Lagerungsverhältnisse als Einfeldsystem oder Teile eines Durchlaufsystems Anwendung finden.

Bild 5.6 Zweiseitig gestützte Platten

Platte als Nebentragglied

Hier finden die Platten als Fahrbahnplatten als verbindendes Konstruktionselement in Balkentragwerken entweder als vierseitig gelagerte Platte (Bild 5.7) bei Vorhandensein von Querträgern oder als unendlicher Plattenstreifen (Bild 5.8) beim Fehlen von Querträgern Anwendung.

Bild 5.7 Vierseitig gestützte Platten

Bild 5.8 Unendlicher Plattenstreifen


294

5 Überbauten der Brückenbauwerke

5.2.1.2 Rechtwinklige, zweiseitig gestützte Platten Berechnungstheoretische Zusammenhänge

Platten sind Flächentragwerke, sie werden senkrecht zu ihrer Mittelfläche belastet, für ihre Berechnung gelten nach der Plattentheorie folgende Voraussetzungen (Kirchhoff): − Die Dicke h der Platte ist klein im Vergleich zu ihrer Länge und Breite. Hieraus folgt, dass Punkte einer Normalen zur Mittelfläche auch nach der Verformung auf einer Geraden verbleiben, die normal zur verformten Mittelfläche steht. − Die Durchbiegungen der Platte sind klein gegenüber ihrer Dicke. Hieraus folgt, dass die Elemente in der Mittelfläche unverzerrt bleiben. − Der Werkstoff ist isotrop und rein elastisch. Weiterhin gelten die Vereinfachungen, dass die Normalspannungen in z-Richtung und die Verzerrungen aus den Querschubspannungen über die Plattendicke vernachlässigt werden können. Die erste Forderung ist erfüllt, wenn die Dicken der Fahrbahnplatten bei l/22 bis l/25 liegen. Die dritte Forderung muss unter Zuhilfenahme der im Stahlbeton üblichen Annahmen verstanden werden. Der Werkstoff Stahlbeton ist im Grunde weder isotrop noch elastisch. Im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit sind aber die Abweichungen des elastischen Verhaltens und der Isotropie vom Idealwert so gering, dass der Werkstoff in diesem Beanspruchungsbereich als ideal elastisch angesehen wird. Im Grenzzustand der Tragfähigkeit dagegen liegt ein nicht elastisches Verhalten des Werkstoffes Beton vor. Die hieraus entstehenden Abweichungen werden durch Teilsicherheitsbeiwerte auf der Last- und Widerstandsseite überdeckt, sodass ein ausreichender Sicherheitsabstand zwischen den für den Gebrauchszustand errechneten Schnittgrößen (γ = 1) und den zum Versagen führenden Schnittgrößen (γ > 1) vorhanden ist, wenn sichergestellt ist, dass lokale Schwachstellen des Querschnittes die Größe und Verteilung der Schnittkräfte nicht entscheidend verändern. Hierfür stehen die Teilsicherheitsbeiwerte γc und γs auf der Widerstandsseite. Unter diesen Voraussetzungen kann die Linearität der Dehnungen näherungsweise vertreten werden.

Bild 5.9 Plattensystem

Für die Berechnung einer Platte sind die Hauptbiegemomente maßgebend. Diese sind die Extremwerte derjenigen Biegemomente, die durch Transformation aus den Biegemomenten in achsenparallelen Schnitten in beliebigen, senkrecht zur Plattenmittelfläche geführten Schnitten entstehen können (Bild 5.9).


295

5.2 Berechnungsgrundlagen für Überbauten 2

M I,II =

mxx + m yy Ê m - myy ˆ 2 ± Á xx ˜¯ + mxy Ë 2 2

(5.1)

Die Maximalwerte treten, analog zu den Zusammenhängen bei den Hauptspannungen, unter dem Winkel auf:

tan 2 ◊ φ =

2 ◊ mxy mxx - m yy

(5.2)

Hierin bedeuten mxx und myy die Biegemomente in den Achsen und mxy das ihnen zugeordnete Drillmoment. Bei rechtwinkligen Platten fallen die Richtungen der Plattenhauptmomente in den maßgebenden Bemessungspunkten mit den Richtungen des orthogonalen Achsenpaares x, y zusammen. In der Mitte des Feldes und des Randes der Platte ist daher den Achsenbiegemomenten definitionsgemäß das Drillmoment mit dem Wert Null zugeordnet. Somit ergeben sich hier die Hauptmomente als Achsenbiegemomente: MI = mxm und MII = mym,

bzw.

MI = mxr und MII = myr

In der Plattenecke dagegen fällt die Richtung der Hauptmomente nicht mehr mit derjenigen des orthogonalen Achsenpaares zusammen, sie treten etwa unter einem Winkel von 45° auf. Da die zugehörigen Achsenbiegemomente klein sind und nahezu vernachlässigt werden können, reduziert sich die Wirkung der Hauptmomente auf die der Drillmomente mxy. Ein Flächentragwerk liegt dann vor, wenn das Verhältnis der Breitenabmessung zur Längenabmessung so groß wird, dass sich eine Quertragwirkung durch Abfluss von Kraftanteilen in dieser Richtung einstellen kann. Die untere Grenze eines solchen Flächentragwerkes liegt bei einem Seitenverhältnis von ly/lx = 0,50, bei einem Verhältnis von 0,25 liegen in der Regel schon Balkenverhältnisse vor. Nach oben wird ab dem Seitenverhältnis von ly/lx = 2,0 der unendlich breite Plattenstreifen maßgebend. Der große Vorteil der Platten liegt in ihren geringen statisch erforderlichen Konstruktionshöhen. Alle Lasteinflüsse, die nicht gleichmäßig auf der Grundfläche anfallen, also Teilflächeneinwirkungen und Einzellasten, verteilen sich auf eine mitwirkende Breite und strahlen zu den Lagerungsrändern hin aus. Dadurch wird ein größeres Trägheitsmoment aktiviert, und es entstehen in der Bemessungseinheit geringere Beanspruchungen. Die Folge sind geringere Konstruktionsstärken im Vergleich zum Balken gleicher Stützweite. Diese Zusammenhänge veranschaulicht Bild 5.10. Dargestellt ist die Größe des Biegemomentes in einer frei drehbar gelagerten Platte, hervorgerufen durch eine Einzellast Fk = 1, bei wachsender Breite und Stützweite, also: Δm = κ ⋅ 1,0

Die Einflusszahlen κ wurden Heft 106 DAfStb entnommen, sie gelten demnach für ein dreiachsiges Regelfahrzeug. Für den Grenzfall des Balkens auf zwei Stützen gilt:

κ=

1,0 ◊ l = 0,25 · l 4

Die Darstellung zeigt zweierlei: Die Größe des Biegemomentes mx aus Einzel- und Teilflächenlasten fällt mit wachsender Breite der Platte ab, umso stärker, je grösser die Stützweite ist. Ab einem Stützweitenverhältnis von ly/lx = 2,0 bleibt das Biegemoment mx praktisch konstant. Da diese Einwirkungen im Gesamtlastbild dominieren, kann man diese Beobachtungen auf das gesamte Verkehrslastmoment übertragen.


296

5 Überbauten der Brückenbauwerke

Für die Berechnung einer Platte kommt es darauf an, an die theoretischen Voraussetzungen möglichst genau heranzukommen, d. h. mit der Dicke der Platte an der unteren Grenze zu bleiben.

Bild 5.10 Einfluss einer Einzellast auf das Biegemoment mx einer Platte

Die obere Grenze einer Plattendicke ergibt sich aus der Beanspruchbarkeit der Platte selbst. Bei den üblichen Plattendicken um 0,70 m beträgt das Eigengewichtsmoment in der Plattenmitte etwa das 1,6- bis 1,8-fache des zugehörigen Verkehrslastmomentes. Jede weitere Steigerung der Querschnittshöhe bringt eine unproportionale Erhöhung des Eigengewichtsmomentes. Ab einer Dicke von 1 m ist der Querschnitt nahezu nur durch das Eigengewichtsmoment ausgeschöpft. Hinzu kommt, dass bei dieser Dicke die Beanspruchungen der z-Richtung nicht mehr vernachlässigt werden können, also Kirchhoff nicht mehr gilt. Platten sollten daher solche Dickenabmessungen erst gar nicht erreichen. Aus dieser Überlegung lässt sich auch die Grenzstützweite für Platten festlegen, sie liegt absolut bei 20 m, besser wäre es aber, wenn solche Längen nicht angestrebt werden würden. Die Querdehnzahl µ hat bei Platten einen Einfluss auf die Größe und Verteilung der Biegemomente. Ihre Vernachlässigung führt dazu, dass positive Biegemomente zu klein und die Drillmomente zu groß berechnet werden. Da die Aufnahme der Zugkräfte aus den Drillmomenten in der Plattenecke ohnehin problematisch ist, ist es besser, die Feldmomente zu verstärken und damit die Drillmomente kleiner zu halten. Es ist daher wichtig, den Einfluss der Querdehnung auf die Momentengröße und -verteilung zu berücksichtigen. Die Berechnung einer Platte unter den Verkehrslasten von DIN-EN 1991-2 wird nach FE-ITProgrammen erfolgen, da Heft 106 DAfStb hierfür nicht mehr benutzt werden kann. Für alle Fälle einfeldriger, frei drehbar gestützter Platten, wie sie in der Praxis sehr häufig vorkommen, wurde von K. H. Holst ein Verfahren mithilfe von Einflussfaktoren entwickelt, das es gestattet, die Biegemomente auf einfache Weise zu ermitteln. Das Verfahren basiert auf den Puchertafeln und wird später erläutert. Zweiseitig, frei drehbar gestützte Einfeldplatten

a) Biegemomente infolge Belastung des Plattenfeldes Das Plattenfeld wird durch die ständige Last in Form einer gleichmäßig verteilten Flächenlast, durch Randbelastungen und durch die Verkehrslast in folgender Aufteilung belastet: − durchgehende Flächenlast von 2,5 kN/m2, − Überlast in Fahrspur 1 von 9,0 – 2,5 = 6,5 kN/m2, − 12 Einzellasten in zwei Fahrspuren aus den beiden Doppelachsen in ungünstiger Stellung,


5.2 Berechnungsgrundlagen für Überbauten

297

mit der Einschränkung, dass für die Biegemomente mym und mxy nach positiven und negativen Einflussflächen zu trennen ist. Die ständige Last wird durch eine gleichmäßig verteilte Flächenlast gebildet, hierfür ergeben sich die Biegemomente nach der Balkentheorie wie folgt: mG = k · Gk · l2x

(5.3)

mit: k Einflussfaktor nach Heft 106 DAfStb bzw. [26], Abschnitt 5.2.1.4, Gk charakteristischer Wert der ständigen Last in [kN/m2]. Für die teilweisen Flächenlasten und die Einzellasten aus den Doppelachsen ergeben sich die Biegemomente nach der Plattentheorie. Der Verlauf und die Verteilung über die Plattenfläche werden durch Momentengrenzlinien dargestellt, deren Leitwerte die punktuell ermittelten Momentenwerte sind (Bild 5.11). Für die ständigen Lasten ist die Grenzlinie die tatsächliche Momentenlinie selbst, für die veränderlichen Verkehrslasten wird sie durch einen einfachen Tangentenlinienzug gebildet, der alle möglichen Momentenwerte einhüllt. Hierdurch entstehen dreieck- und trapezförmige Flächen. In Heft 106 DAfStb sind die möglichen Grenzlinien in Abhängigkeit von den Lagerungsfällen der Plattensysteme dargestellt. In den nachfolgenden Darstellungen der Grenzlinien bedeuten die Flächen mit enger Schraffur den Verlauf des jeweiligen Biegemomentes, die mit weiter Schraffur dagegen die Verteilung des Momentes in der Querrichtung. Die Verteilung der Momente in der Querrichtung ergibt sich aus dem Tragverhalten der Platte selbst. Da die ständigen Lasten gleichmäßig anfallen, verteilen sich die hieraus resultierenden Biegemomente konstant. Die Verkehrslasten fallen im Wesentlichen punktförmig an, die Größe der Momentenwerte hängt von der mitwirkenden Breite der Platte ab. Diese ist am Rand zwangsläufig kleiner als in der Plattenmitte, die Folge ist ein Momentenzuwachs zum Rand hin. Die Berechnung der Leitwerte der Biegemomente erfolgt nach IT-Programmen oder nach Einflusstafeln, deren Anwendung im Detail in [26] erläutert wird.

Bild 5.11 Momentengrenzlinien für Einwirkungen auf das Plattenfeld


298

5 Überbauten der Brückenbauwerke

b) Biegemomente infolge Kragarmbelastung

Bild 5.12 Momentengrenzlinien für Einwirkungen aus dem Kragarm

Die Einwirkungen aus dem Kragarm sind Belastungen des freien Randes der Platte, die ihrerseits in ihr Längs- und Quermomente erzeugen. Die Randquerkraft erzeugt positive Längsmomente, am belasteten Rand größer als am unbelasteten Rand, und negative Quermomente. Das Randmoment verursacht Längsmomente wechselnden Vorzeichens, am belasteten Rand positiv, am unbelasteten Rand negativ, und ein negatives Quermoment, das zum unbelasteten Rand hin abklingt (Bild 5.12). Aus einer einseitig wirkenden Randquerkraft qr ergeben sich die Momente zu: mxm, mym, mxr = k · qr · lx

(5.4)

Aus einem einseitig wirkenden Randmoment mr ergeben sich die Momente zu: mxm, mym, mxr = k ⋅ mr

(5.5)

Die Beiwerte k sind wieder vom Seitenverhältnis ly/lx der Platte abhängig, sie sind Tabelle 5.2 zu entnehmen (siehe Abschnitt 5.2.1.4). c) Drillmomente Drillmomente verursachen ein Verwinden eines Plattenbereiches durch eine entgegengesetzt gerichtete Biegung in zwei zueinander orthogonalen Richtungen an den Plattenaußenseiten. Sie treten dort auf, wo die Richtungen der Hauptmomente nicht mehr mit der Richtung der Hauptachsen x, y des Systems zusammenfallen. Dies ist besonders in den Ecken einer frei aufliegenden Platte der Fall. Nach der Plattentheorie (Kirchhoff) steht der Wirkungssinn der Drillmomente in vierseitig frei drehbar gelagerten Plattensystemen im Zusammenhang mit einer in der Ecke wirkenden Zugkraft. Diese Zugkraft entsteht aus der Berechnungsanalogie, nach der die Drillmomente am Rand durch Scherkraftkräftepaare ersetzt werden [47, 22]. Da ein Abheben der Plattenecke nicht erwünscht ist, entstehen hier die Drillmomente infolge einer behinderten Verformung. Bei den zweiseitig frei drehbar gestützten Platten liegen die Verhältnisse anders. Einmal liegt ein anderes statisches System vor, zum anderen rufen die im Brückenbau üblichen hohen Einzellasten am freien Rand entsprechende Verformungen hervor, die andere Verwindungen der Plattenfläche in der Ecke zur Folge haben. Hier entstehen Spitzendruckkräfte in der Plattenecke bei der Auflagerung, die zugehörigen Drillmomente wirken anders herum als bei viersei-


299

5.2 Berechnungsgrundlagen für Überbauten

tig gestützten Platten, sie entstehen aus direkter Verformung. Das in Richtung der Eckdiagonalen wirkende Hauptmoment ist positiv, d. h., es erzeugt an der Plattenunterseite Biegezug. Entsprechend gilt das negative Vorzeichen für das Komplementärmoment. Hieraus ist die in Bild 5.13 angedeutete Lage und Richtung der Bewehrung abzuleiten.

Bild 5.13 Drillmomente: Richtung, Verlauf, Bewehrung

Werden die Drillmomente durch Bewehrung aufgenommen, gilt das System als drillsteif. Die Lasten werden in den Richtungen der Hauptachsen und der Diagonalen abgetragen. Die Hauptmomente ergeben sich nach Gleichung (5.1) zu:

M I,II =

mxx + myy ± 2

( m -2m ) + m xx

yy

2

2 xy

Fehlt eine Drillbewehrung, geht das Tragvermögen über die Drillsteifigkeit des Systems verloren. Alle Lasten werden jetzt in Richtung der Hauptachsen x, y abgetragen, die Hauptmomente betragen jetzt: MI = mxx

und

MII = myy

d. h., die Achsenbiegemomente sind bei drillweicher Annahme des Plattensystems größer als bei drillsteifer Wirkung. Tatsächlich wird es aber kein reines drillweiches System geben, sodass höchstens eine verminderte Drillsteifigkeit wirksam werden kann. Für die praktischen Bemessungsfälle ergeben sich sehr kleine Größen der Achsenbiegemomente mxx und myy. Daher wird meistens bei schlaffer Bewehrung eine zusätzliche, in dritter Lage liegende, schräg verlaufende Bewehrung als Drillbewehrung ausgewiesen, die nur für das reine Drillmoment mxy bemessen wurde. Bei vorgespannten Platten sollte das sich in Richtung der Spannbewehrung ergebende Transformationsmoment im Bemessungspunkt mit in die Bemessung einbezogen werden. Da die Drillmomente nicht besonders groß im Vergleich zu den Feldmomenten ausfallen, wird es in der Regel gelingen, diese innerhalb der normalen Spanngliedführung aufzunehmen. Über den Begriff „Transformationsmoment“ informiere man sich in Abschnitt 5.2.1.3. d) Momentenermittlung

Für die frei drehbar gelagerten Einfeldplatten lassen sich neben der Anwendung von FEProgrammen wegen der Zentral- und Achsensymmetrie der Einflussfelder auch einfache Lösungsansätze nach den Tafeln von Pucher darstellen (siehe Kapitel 1, Abschnitt 1.9.3). Zur Durchführung der Momentenermittlung wird die Belastung in die folgenden Anteile aufgespalten:


300

5 Überbauten der Brückenbauwerke

− Radlasten der Doppelachsen in den Fahrspuren 1, 2 und 3, − Durchgehender Flächenlastanteil qrk = 2,5 kN/m2, − Überlast in Fahrstreifen 1 von qik = 6,5 kN/m2. Die veränderlichen Einflüsse aus der Verkehrslast wurden für die häufig vorkommenden Stützweiten und Seitenverhältnisse der Platten ausgewertet und in Form von Einflussfaktoren tabellarisch zusammengestellt. Das genaue Vorgehen zur Ermittlung der Momente mithilfe der Buchertafeln kann [26] auf den Seiten 300 bis 301 entnommen werden. e) Bewehrungsanordnung Die Anordnung der schlaffen Bewehrung für die frei drehbar gelagerte Platte zeigt Bild 5.14. Die Hauptbewehrung wurde entsprechend der Momentenverteilung gestaffelt angeordnet, in ihrer Längsrichtung mit einer Aufbiegung versehen und wechselseitig verschwenkt verlegt. Die Querbewehrung, ebenfalls gestaffelt, liegt über der Hauptbewehrung und wird auch in der Schwenkform angeordnet. Die Drillbewehrung schließlich wird in dritter Lage in Richtung der jeweiligen Zugkräfte (ca. 45°) unten diagonal und oben über Eck verlegt.

Bild 5.14 Bewehrungsanordnung

Zweiseitig gestützte Mehrfeldplatten

a) Grundsysteme Über Stützen durchlaufende Plattensysteme setzen sich aus zwei Grundsystemen zusammen: − je Seite frei drehbar und eingespannt gelagerte Platte, − beidseitig eingespannte Platte. Die Biegemomente in der Längsrichtung des Durchlaufsystems werden durch diese Grundsysteme beeinflusst, sodass es notwendig erscheint, sich erst mit diesen zu beschäftigen.


5.2 Berechnungsgrundlagen für Überbauten

301

Bild 5.15 zeigt die Momentengrenzlinien für die Eigengewichts- und Verkehrslastmomente der unsymmetrisch gelagerten Einfeldplatte, also des Endfeldes eines Durchlaufsystems bei Annahme einer festen Einspannung über der Stütze. Für die symmetrisch gelagerte Platte, als Grundsystem der Mittelfelder, gilt Entsprechendes (siehe hierzu Bild 5.18).

Bild 5.15 Momentengrenzlinien für Einwirkungen auf das Plattenfeld

Die Eigengewichtsmomente folgen wieder der Beziehung: mg = k · Gk · l2x mit: k Einflussfaktor nach Tabelle 5.1, Gk charakteristischer Wert der ständigen Last in [kN/m2].

Bild 5.16 Einfluss einer Einzellast auf die Biegemomente mx einer Platte


302

5 Überbauten der Brückenbauwerke

Die Verkehrslastmomente sind nach der Plattentheorie zu ermitteln. Die Zuordnung dieser Momente in Plattenlängsrichtung zum entsprechenden Moment der frei drehbar gelagerten Platte zeigt Bild 5.16. Dargestellt ist wieder der Einfluss einer Einzellast nach den Einflusszahlen des Heftes 106 DAfStb für eine festgelegte Stützweite. Der Verlauf der Feldmomente erfolgt affin zu dem der frei drehbaren Platte, die Momentenkonstanz schiebt sich nach vorn und liegt etwa bei dem Seitenverhältnis ly/lx = 1,0. Die Stützmomente erreichen etwa den 1,5fachen Wert der Feldmomente. Zur Veranschaulichung der Kragarmbeanspruchung werden in Bild 5.17 der Einfluss einer Randquerkraft qr auf die Biegemomente mx einer Platte für alle Lagerungsfälle gegenübergestellt. Dargestellt ist: mx = κ · qr · lx mit

qr = 1

und lx = 1

d. h., es sind die Einflusszahlen κ zu vergleichen. In den freien Ecken der Endfelder sind wieder die Drillmomente zu berücksichtigen und nach den Angaben für die frei drehbare Platte bewehrungstechnisch zu verlegen.

Bild 5.17 Einfluss einer Randquerkraft auf die Biegemomente mx einer Platte

b) Durchlaufwirkung In Hinblick auf die elastischen Einspannverhältnisse über der (den) Stütze(n) können kontinuierlich durchlaufende Flächentragwerke nicht direkt mit der Balkentheorie verglichen werden. Einmal zeigt das Einflussfeld, dass der Wirkung einer Einzellast durch die Lastausstrahlung bis zur Lagerung eine wachsende mitwirkende Breite und damit ein größeres Trägheitsmoment zufallen. Die Berechnung eines Plattenstreifens mit konstanter Breite wird daher der zu bewältigenden Problematik nicht gerecht. Zum anderen tritt durch die Quertragwirkung eine Abschirmung der Kontinuitätsverhältnisse ein, wodurch wiederum Einspannmomente entstehen, die überwiegend durch die Festeinspannung geprägt sind. Bei schmalen Platten, bei denen die Quertragwirkung gering ist, passen sich die Kontinuitätsverhältnisse weitestgehend der Balkentheorie an, bei breiten Platten dagegen verschwindet die Durchlaufwirkung, die Biegemomente stellen sich mit wachsender Breite auf die Werte der Festeinspannung ein. Die Größe der Feld- und Stützmomente orientiert sich an der des Stützmomentes aus der elastischen Einspannung der Fahrbahnplatten. Dieses ist vom gegenseitigen Einspanngrad der Platten abhängig.


5.2 Berechnungsgrundlagen für Überbauten

303

In Bild 5.18 ist die Platte des Außenfeldes voll in die größere Mittelplatte eingespannt, der Einspanngrad beträgt α > 1. Umgekehrt ist die große Mittelplatte in diejenige des Außenfeldes nur teilweise eingespannt, der Einspanngrad beträgt α < 1. Das endgültige Stützmoment steigt daher über den Wert des Stützmomentes der festen Einspannung in der Außenplatte an, entsprechend sinkt es unter den Festeinspannungswert der Mittelplatte ab. Die Feldmomente ziehen nach, in der Außenplatte ist das endgültige Moment kleiner, in der Mittelplatte größer als der zugehörige Wert der Festeinspannung.

Bild 5.18 Durchlaufplatte 1:n:1, Momentengrenzlinien m(Gk+Qk) und zugeordneter Momentenverlauf mQk

Die Berechnung der Mehrfeldplattensysteme erfolgt nach FE-Programmen. Die ungünstigen Laststellungen der veränderlichen Doppelachsen liegen für die Feldmomente wieder in der Plattenmitte. Für die Stützmomente muss der ungünstige Punkt gesucht werden. Man gehe zunächst mit dem Wert der Einflusslinie eines vergleichbaren Durchlaufträgers hinein (siehe [82]) und schiebe dann die Doppelachse etwas in Richtung Stütze, mit großer Wahrscheinlichkeit ergibt sich dort ein größerer Wert des Stützmomentes. Angesichts der umfangreichen Verarbeitung von Daten scheint es nicht mehr sinnvoll zu sein, noch Lösungsansätze für eine Handrechnung zu diskutieren. Für die Benutzung der ITProgramme muss aber sichergestellt sein, dass die Wirkung der Querdehnzahl µ in diesen enthalten ist.

5.2.1.3 Schiefwinklige, zweiseitig gestützte Platten Einfeldplatten

a) Biegemomente und Hauptmomente Die Tragwirkung schiefwinkliger Einfeldplatten unterscheidet sich von derjenigen der rechtwinkligen Plattensysteme wesentlich, da die Abtragung der Lasten nicht mehr in Richtung des orthogonalen Achsenpaares x, y erfolgt, sondern sich Tragrichtungen einstellen, die in einzelnen Punkten des Tragwerkes unterschiedlich große und verschieden gerichtete Hauptmomente verursachen. Zur Beurteilung des Tragverhaltens der Platte sind die im Folgenden aufgeführten Einflüsse maßgebend:


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