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Integrale Brücken Schimetta Consult
Integrale Brücken
Brückentagung 200925.06.2009Wien, Hotel Kahlenberg
DI Dr. Roman Geier – Schimetta Consult
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Inhalt• Vorteile Integraler Brücken
• Herausforderungen bei der Bemessung
• Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)
• Messprogramm
• Zusammenfassung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Allgemeines ErdwiderstandWiderlager
• Widerlager und Überbau monolithisch verbunden (Rahmen)• Lager und ÜKOs nicht erforderlich (Vollintegrale Bauweise)• Ausführung mit Lager aber ohne ÜKO (Semiintegrale Bauweise)• Vorteile bei der Bauwerkserhaltung• Interaktion Boden – Baugrund, Temperatureinflüsse • Grundsätzlich ursprünglicher Konstruktionstyp
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Ursprünglicher Konstruktionstyp
Engelsbrücke RomVidadukt Segovia
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Zielkonflikte
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Vorteile (I)Planung:
• Abhebende Kräfte können durch WL kompensiert werden• Einspannung ermöglicht schlanke und ästethische Bauwerke
Statik:• Vermeidung von Spannungskonzentrationen bei Lager• Kraftfluss im Bauwerk kontinuierlicher• Systemreserven durch Rahmenwirkung• Reduzierte Gefahr ungleichmäßiger Setzung und
Pfeilerschiefstellungen• Hinterfüllung zur Ableitung von Horizontalkräften
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Vorteile (II)Bauausführung:
• Vereinfachter und schnellerer Bauablauf (Lager, ÜKO)
Betrieb:• Höherer Fahrkomfort ohne ÜKO• Geringere Lärmentwicklung
(Städtisches Gebiet)• “Holperstelle”
Erhaltung:• Einsparung wartungsintensiver Bauteile• Taumittelzutritt zu Konstruktionsteilen unter Fahrbahn
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Motivation
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Typische Schäden
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Typische Schäden
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Typische Schäden
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Widerlager
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Anzahl Brückenneubauten (UK)
Bridge Document BD 57/01 - Design for DurabilityBrücken < 60 m Länge sind integral auszuführen !
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Jährliche Erhaltungskosten (D – BMV)Erhaltungskosten Brücken
140 140 135150 153
195 200213
250 250
17 15 15 17 17 23 22 25 21 22
0
50
100
150
200
250
1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993
Zeit
Kost
en in
Mio
€
GesamtausgabenLager und Fugen
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
ErhaltungskostenBauteil / Erhaltungsarbeit Anteil ErhaltungskostenBetonarbeiten 32%Fahrbahn und Abdichtung 24%Austauschteile 11%Fahrbahnübergänge 10%Korrosionsschutz 7%Rückhaltesysteme 3%Lager 2%Stahlbauarbeiten 1%Sonstiges 10%Summe 100%
• Jährliche Erhaltungskosten ca. 1,2% der Errichtungskosten
• 12% Einsparungen bei Integralen Brücken möglich
• Annahme 70 Jahre Lebensdauer: 1,2% x 12% x 70 = 10% Einsparung der Errichtungskosten
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Sunnibergbrücke (CH)
L=526 m integral / Konzept: Prof. Dr. C. Menn
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Vorteile Integraler Brücken
Herausforderungen bei der Bemessung
Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)
Messprogramm
Zusammenfassung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Herausforderungen• Statisch unbestimmte Lagerung
• Zwangsschnittgrößen durch:• Temperatur• Zeitabhängiges Betonverhalten• Vorspannung• Auflagerverschiebungen
• Hoher Anspruch an Betrachtung der Boden-Tragwerks-Interaktion• Bodengutachter: wirklichkeitsnahe Angabe der Bodenparameter• Tragwerksplaner: Betrachtung mit oberen und unteren
Bodenparameter (Bettung), Rückkopplung mit Bodengutachter
• Höherer Aufwand bei der Bemessung
• Teil der Vorspannung fließt in Baugrund ab
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Temperaturverhalten
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Flexibles Widerlager
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Großversuch LGA Nürnberg
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Großversuch
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Ergebnisse
Zyklus Stauchung mittl. gemessener Erddruck
Anteil Ep
[-] [%] [kPa] [%]
1 – 13 10 8,28 1,2
14 – 15 10 10,45 1,5
16 – 20 20 15,20 2,2
21 – 24 40 23,82 3,5
25 80 51,75 7,5
26 100 68,4 10
Durch das flexible Widerlager wird nur ein Bruchteil von Ep erreicht…
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Vorteile Integraler Brücken
Herausforderungen bei der Bemessung
Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)
Messprogramm
Zusammenfassung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Internationale Richtlinien• Richtlinien für Anwendung und konstruktiven Durchbildung
• Teilweise sehr unterschiedliche Empfehlungen
• Begründungen teilweise nicht nachvollziehbar
• Richtlinien fallweise inkonsistent in Argumentation
• Unterschiedliche Normenlage und Randbedingungen
• keine direkte Übertragung auf Österreich möglich
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Übersicht (I)Geometrie und Anlageverhältnisse des Bauwerks:
• Schiefe der Brücke• Untersuchung verschiedener Steigungen• Einfluss der Krümmung auf das Tragverhalten
Brückenlänge und resultierende Zwangsbeanspruchungen
Untersuchung der Widerlagerausbildung:• Einfluss der Widerlagerhöhe• Flügelmauern
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Übersicht (II)Fundierung und Untergrund:
• Widerlagersenkung• Stützensenkung• Elastizität der Gründung sowie des Untergrundes
Ausbildung des Überbaus:
• Beurteilung der Traglastreserven durch Rahmenwirkung
Schleppplattenausführung:• Länge• Setzungsverhalten• Ausbildung der Dehnfugen
Umrüstung bestehender Bauwerke auf integrale Brücken
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Stützen Höhe min Lichte Höhe ca. 5m
Studienobjekt - Grundsystem
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Zusätzliche Systeme
Tiefgründung - Bohrpfähle &90
Flachgründung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Ansicht Studienobjekte
• Lineare und Nichtlineare Berechnung
• Linear: Programm Infograph
• Nichtlinear: SOFiSTiK
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Brückenlänge
Bewegungsruhepunkt
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Einfluss Längsneigung
10% Steigung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
100m Brückenlänge Flachfundierung200m Brückenlänge Flachfundierung
Tieffundierung Bewehrungsmenge Achse 1
0
100
200
300
400
500
600
700
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
WL Dicke [m]B
eweh
rung
[cm
²]
Länge 100m flachfundiertLänge 200m flachfundiertLänge 200m tieffundiert
Bewehrungsmenge WL
0
100
200
300
400
500
600
700
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
WL Dicke [m]
Bew
ehru
ng [c
m²]
Länge 100m flachfundiert
Länge 200m flachfundiert
Länge 200m tieffundiert
Vergleich Bewehrungsmengen
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Stiele 0.5m
Stiele 1.0m
Voute1.m-0.5m
Einfluss Voutung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
0
100
200
300
400
500
600
700
800
WL Einspannbewehrung Stützenbewehrung
Bew
ehru
ngsf
läch
e [c
m²]
Voute0.5m1m
Einfluss Voutung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Limitierende Parameter
• Gründungsart (Steifigkeit Widerlager)
• Rahmenecken mit zunehmenden Abstand Bewegungsruhepunkt
• Rahmenecke Widerlager
• Möglichkeiten durch Stützenausbildung (Vouten)
• Vorteile durch möglich elastische Ausbildung der Stützen
• Verschiebungswege Schleppplatte
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Vorteile Integraler Brücken
Herausforderungen bei der Bemessung
Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)
Messprogramm
Zusammenfassung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Ansatz des Erddrucks
Schimetta Consult
• Messung Bauwerkstemperatur (Grundlage)• Untersuchung des Erddrucks• Längenänderung des Tragwerks (Laser)• Automatische Datensicherung• Datenübertragung Internet
Mühlbrücke
Integral Bridges
Bauherr: Planer:
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Erddruckgeber
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Messsystem
Schimetta Consult
Erddruck
Temperatur
Längenänderung
Messergebnisse
Integral Bridges
Druck_209 Druck_210 Druck_211 Druck_212 Druck_213Temp_209 Temp_210 Temp_211 Temp_212 Temp_213Betontemp Pfeilerabstand
19.5.2008 27.8.2008 5.12.2008 15.3.2009
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5bar
-10-505
10
152025°C
28.8425
28.8450
28.8475
28.8500
28.8525
28.8550
28.8575
28.8600m
Schimetta Consult
Erdberger Brücke
Integral Bridges
2 x Laser (Kämpfer)
2 x Temperatur
2 x Wegaufnehmer für Zugverhängung
2 x Wegaufnehmer für Extensometer
Bauherr: Planer: Monitoring:
Schimetta Consult
Laser
Integral Bridges
Schimetta Consult
Messergebnisse
Integral Bridges
Temperatur_Deck Temperatur_Laser Temperatur_Kragplatte Temperatur_PfeilerTemperatur_Schrank Extensometer_Ost Extensometer_West Laser_OstLaser_West Zugverh_Ost Zugverh_West
18.1.2009 17.2.2009 19.3.2009 18.4.2009 18.5.2009
-8
29°C
10.572
10.660mm
-308
-228mmm
68.3075
68.3295m
68.5612
68.5712m
-1.32
-0.14mm
Schimetta Consult
• Bauwerkstemperatur (Grundlage)• Untersuchung des Erddrucks• Längenänderung des Tragwerks• Lageänderung ausgewählter Punkte (Schlauchwaage,
Neigungssensor)• Datensicherung & Datenübertragung Internet
Seitenhafenbrücke
Integral Bridges
Bauherr: Planer: Prüfer:
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Vorteile Integraler Brücken
Herausforderungen bei der Bemessung
Richtlinie Integrale Brücken (F+E Projekt)
Messprogramm
Zusammenfassung
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Zusammenfassung
• Brückentyp hat große Vorteile (technisch & wirtschaftlich)
• Konservative Ansätze in Regelwerken
• Längen bis 200 m möglich (voll integral)
• Konzept Semi-Integrale Brücken wesentlich
• Messsystem als Datengrundlage
• Abschluss Richtlinie (Veröffentlichung) bis 2010
Schimetta ConsultIntegrale Brücken
Danke für die Aufmerksamkeit !
roman.geier@schimetta.co.at
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