13_Geier

Integrale Brcken Schimetta Consult

Integrale Brcken

Brckentagung 200925.06.2009Wien, Hotel Kahlenberg

DI Dr. Roman Geier Schimetta Consult

Schimetta ConsultIntegrale Brcken

Inhalt Vorteile Integraler Brcken

Herausforderungen bei der Bemessung

Richtlinie Integrale Brcken (F+E Projekt)

Messprogramm

Zusammenfassung


Allgemeines ErdwiderstandWiderlager

Widerlager und berbau monolithisch verbunden (Rahmen) Lager und KOs nicht erforderlich (Vollintegrale Bauweise) Ausfhrung mit Lager aber ohne KO (Semiintegrale Bauweise) Vorteile bei der Bauwerkserhaltung Interaktion Boden Baugrund, Temperatureinflsse Grundstzlich ursprnglicher Konstruktionstyp


Ursprnglicher Konstruktionstyp

Engelsbrcke RomVidadukt Segovia


Zielkonflikte


Vorteile (I)Planung:

Abhebende Krfte knnen durch WL kompensiert werden Einspannung ermglicht schlanke und stethische Bauwerke

Statik: Vermeidung von Spannungskonzentrationen bei Lager Kraftfluss im Bauwerk kontinuierlicher Systemreserven durch Rahmenwirkung Reduzierte Gefahr ungleichmiger Setzung und

Pfeilerschiefstellungen Hinterfllung zur Ableitung von Horizontalkrften


Vorteile (II)Bauausfhrung:

Vereinfachter und schnellerer Bauablauf (Lager, KO)

Betrieb: Hherer Fahrkomfort ohne KO Geringere Lrmentwicklung

(Stdtisches Gebiet) Holperstelle

Erhaltung: Einsparung wartungsintensiver Bauteile Taumittelzutritt zu Konstruktionsteilen unter Fahrbahn


Motivation


Typische Schden


Widerlager


Anzahl Brckenneubauten (UK)

Bridge Document BD 57/01 - Design for DurabilityBrcken < 60 m Lnge sind integral auszufhren !


Jhrliche Erhaltungskosten (D BMV)Erhaltungskosten Brcken

140 140 135150 153

195 200213

250 250

17 15 15 17 1723 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


ErhaltungskostenBauteil / Erhaltungsarbeit Anteil ErhaltungskostenBetonarbeiten 32%Fahrbahn und Abdichtung 24%Austauschteile 11%Fahrbahnbergnge 10%Korrosionsschutz 7%Rckhaltesysteme 3%Lager 2%Stahlbauarbeiten 1%Sonstiges 10%Summe 100%

Jhrliche Erhaltungskosten ca. 1,2% der Errichtungskosten

12% Einsparungen bei Integralen Brcken mglich

Annahme 70 Jahre Lebensdauer: 1,2% x 12% x 70 = 10% Einsparung der Errichtungskosten


Sunnibergbrcke (CH)

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


Vorteile Integraler Brcken



Messprogramm

Zusammenfassung


Herausforderungen Statisch unbestimmte Lagerung

Zwangsschnittgren durch: Temperatur Zeitabhngiges Betonverhalten Vorspannung Auflagerverschiebungen

Hoher Anspruch an Betrachtung der Boden-Tragwerks-Interaktion Bodengutachter: wirklichkeitsnahe Angabe der Bodenparameter Tragwerksplaner: Betrachtung mit oberen und unteren

Bodenparameter (Bettung), Rckkopplung mit Bodengutachter

Hherer Aufwand bei der Bemessung

Teil der Vorspannung fliet in Baugrund ab


Temperaturverhalten


Flexibles Widerlager


Groversuch LGA Nrnberg


Groversuch


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





Messprogramm

Zusammenfassung


Internationale Richtlinien Richtlinien fr Anwendung und konstruktiven Durchbildung

Teilweise sehr unterschiedliche Empfehlungen

Begrndungen teilweise nicht nachvollziehbar

Richtlinien fallweise inkonsistent in Argumentation

Unterschiedliche Normenlage und Randbedingungen

keine direkte bertragung auf sterreich mglich


bersicht (I)Geometrie und Anlageverhltnisse des Bauwerks:

Schiefe der Brcke Untersuchung verschiedener Steigungen Einfluss der Krmmung auf das Tragverhalten

Brckenlnge und resultierende Zwangsbeanspruchungen

Untersuchung der Widerlagerausbildung: Einfluss der Widerlagerhhe Flgelmauern


bersicht (II)Fundierung und Untergrund:

Widerlagersenkung Sttzensenkung Elastizitt der Grndung sowie des Untergrundes

Ausbildung des berbaus:

Beurteilung der Traglastreserven durch Rahmenwirkung

Schleppplattenausfhrung: Lnge Setzungsverhalten Ausbildung der Dehnfugen

Umrstung bestehender Bauwerke auf integrale Brcken


Sttzen Hhe min Lichte Hhe ca. 5m

Studienobjekt - Grundsystem


Zustzliche Systeme

Tiefgrndung - Bohrpfhle &90

Flachgrndung


Ansicht Studienobjekte

Lineare und Nichtlineare Berechnung

Linear: Programm Infograph

Nichtlinear: SOFiSTiK


Brckenlnge

Bewegungsruhepunkt


Einfluss Lngsneigung

10% Steigung


100m Brckenlnge Flachfundierung200m Brckenlnge 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

]

Lnge 100m flachfundiertLnge 200m flachfundiertLnge 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

m]

Lnge 100m flachfundiert

Lnge 200m flachfundiert

Lnge 200m tieffundiert

Vergleich Bewehrungsmengen


Stiele 0.5m

Stiele 1.0m

Voute1.m-0.5m

Einfluss Voutung


0

100

200

300

400

500

600

700

800

WL Einspannbewehrung Sttzenbewehrung

Bew

ehru

ngsf

lch

e [c

m]

Voute0.5m1m

Einfluss Voutung


Limitierende Parameter

Grndungsart (Steifigkeit Widerlager)

Rahmenecken mit zunehmenden Abstand Bewegungsruhepunkt

Rahmenecke Widerlager

Mglichkeiten durch Sttzenausbildung (Vouten)

Vorteile durch mglich elastische Ausbildung der Sttzen

Verschiebungswege Schleppplatte





Messprogramm

Zusammenfassung


Ansatz des Erddrucks

Schimetta Consult

Messung Bauwerkstemperatur (Grundlage) Untersuchung des Erddrucks Lngennderung des Tragwerks (Laser) Automatische Datensicherung Datenbertragung Internet

Mhlbrcke

Integral Bridges

Bauherr: Planer:


Erddruckgeber


Messsystem

Schimetta Consult

Erddruck

Temperatur

Lngennderung

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

152025C

28.8425

28.8450

28.8475

28.8500

28.8525

28.8550

28.8575

28.8600m

Schimetta Consult

Erdberger Brcke

Integral Bridges

2 x Laser (Kmpfer)

2 x Temperatur

2 x Wegaufnehmer fr Zugverhngung

2 x Wegaufnehmer fr 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

29C

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 Lngennderung des Tragwerks Lagenderung ausgewhlter Punkte (Schlauchwaage,

Neigungssensor) Datensicherung & Datenbertragung Internet

Seitenhafenbrcke

Integral Bridges

Bauherr: Planer: Prfer:





Messprogramm

Zusammenfassung


Zusammenfassung

Brckentyp hat groe Vorteile (technisch & wirtschaftlich)

Konservative Anstze in Regelwerken

Lngen bis 200 m mglich (voll integral)

Konzept Semi-Integrale Brcken wesentlich

Messsystem als Datengrundlage

Abschluss Richtlinie (Verffentlichung) bis 2010


Danke fr die Aufmerksamkeit !

[email protected]

Documents

13_Geier