Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke nach DIN und EC4 mit Vergleich der Bemessungsergebnisse
- Art: Fachbuch
- Autor: Thomas Krüger
- Abgabedatum: März 2001
- Umfang: 185 Seiten
- Dateigröße: 11,8 MB
- Note: 1,3
- Institution / Hochschule: Fachhochschule Karlsruhe Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8428-0704-4
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8428-0704-4 P - ISBN (CD) :978-3-8428-0704-4 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Krüger, Thomas März 2001: Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke nach DIN und EC4 mit Vergleich der Bemessungsergebnisse, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Straßenbrücke, Verbundbrücke, Durchlaufträger, Eurocode 4, Bemessung
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Fachbuch von Thomas Krüger
Einleitung:
Straßenbrücken in Stahlverbundbauweise stellen immer mehr eine wettbewerbsfähige Alternativlösung gegenüber Brücken mit Spannbetonüberbauten dar.
Es ist hierbei von besonderer Bedeutung die jeweiligen spezifischen Werkstoffeigenschaften dort einzusetzen, wo sie am besten ausgenutzt werden können. Das heißt, das der Beton in der Druckzone und der Stahl in der Zug- bzw. Biegezugzone anzuordnen sind.
In der nachfolgenden Arbeit wird anhand einer Bemessung eines dreifeldrigen Stahlverbundüberbaus die Bemessungsergebnisse hinsichtlich Abweichungen, unterschiedlichen Vorgehensweisen und Auswirkungen untersucht, welche sich bei der Einführung des Eurocodes 4 gegenüber den gewohnten noch gültigen DIN Normen ergeben.
Nach Wiedergabe einer allgemeinen Einführung in die Stahlverbundbauweise werden die beiden Normen hinsichtlich Regelwerke, Geltungsbereich und Grundlagen für den Entwurf und Bemessung gegenübergestellt. Danach wird der zu untersuchende Brückenüberbau erläutert.
In Anlage 1 wird der Überbau zunächst nach den Regelwerken der DIN und anschließend in Anlage 2 nach den Regelwerken des Eurocode 4, Teil 2 bemessen.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | EINLEITUNG | 1 |
| 2. | EINFÜHRUNG IN DIE STAHLVERBUNDBAUWEISE | 2 |
| 2.1 | Allgemeines | 2 |
| 2.2 | Grundsätzliches zu Verbundüberbauten | 2 |
| 3. | GEGENÜBERSTELLUNG DER NORMEN | 6 |
| 3.1 | Vorbemerkung | 6 |
| 3.2 | Geltungsbereiche, Regelwerke | 6 |
| 3.3 | Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bemessung | 8 |
| 3.3.1 | Lastannahmen, Einwirkungen und ihre Bemessungswerte | 8 |
| 3.3.1.1 | Allgemeines | 8 |
| 3.3.1.2 | Eigenlast | 9 |
| 3.3.1.3 | Vertikale Verkehrslast | 10 |
| 3.3.2 | Sicherheitskonzept | 12 |
| 3.3.2.1 | Allgemeines | 12 |
| 3.3.2.2 | Grenzzustand der Tragfähigkeit | 12 |
| 3.3.2.3 | Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit | 14 |
| 3.3.2.4 | Baustoffeigenschaften | 15 |
| 3.3.3 | Berechnungsgrundlagen | 17 |
| 3.3.3.1 | Allgemeines | 17 |
| 3.3.3.2 | Allgemeines zu den Bemessungsverfahren | 17 |
| 3.3.3.3 | Grenzzustand der Tragfähigkeit | 18 |
| 3.3.3.4 | Querschnitte | 20 |
| 3.3.3.5 | Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit | 30 |
| 3.3.3.6 | Verbundsicherung und Verbundmittel | 33 |
| 4. | ÜBERBAU | 36 |
| 4.1 | Annahmen, Randbedingungen | 36 |
| 4.2 | Tragkonstruktion | 36 |
| 5. | GEGENÜBERSTELLUNG DER BEMESSUNGSERGEBNISSE | 37 |
| 5.1 | Allgemeines | 37 |
| 5.2 | Trägheitsmomente zur Ermittlung der Schnittgrößen | 37 |
| 5.3 | Charakteristische Werte der Einwirkungen | 37 |
| 5.3.1 | Temperaturbelastung | 38 |
| 5.3.2 | Momente | 38 |
| 5.4 | Spannungen | 39 |
| 5.5 | Verdübelung | 39 |
| 5.5.1 | Dübeltragfähigkeit | 39 |
| 5.5.2 | Erforderliche Dübelanzahl | 40 |
| 6. | ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK | 41 |
| 7. | VERWENDETE NORMEN, RICHTLINIEN, EUROCODES | 43 |
| 8. | LITERATUR | 45 |
| 9. | STAHLVERBUNDBRÜCKE: LÄNGS- UND QUERSCHNITT | 47 |
| ANLAGE 1. | Bemessung eines Verbundüberbaus nach den Bestimmungen der DIN | 48 |
| 1. | BERECHNUNGSGRUNDLAGEN | |
| 1.1 | Vorbemerkung | |
| 1.2 | Allgemeines zum verwendeten Programm | |
| 1.3 | EDV / Programmkendaten | |
| 1.4 | Nomenklatur / Formelzeichen | |
| 2. | HAUPTTRAGWERK | |
| 2.1 | Allgemeines | |
| 2.2 | Darstellung des Systems für die EDV- Berechnung | |
| 2.3 | Ermittlung der mittragende Breite des Betonobergurtes | |
| 2.3.1 | Randträger: | |
| 2.3.2 | Innenträger: | |
| 2.4 | Grafische Darstellung Querschnitte | |
| 2.4.1 | Übersicht Querschnittswerte | |
| 2.5 | Einwirkende Last- und Weggrößen | |
| 2.5.1 | Hauptlasten | |
| 2.5.2 | Zusatzlasten | |
| 2.5.3 | Sonderlasten | |
| 2.6 | Materialkennwerte | |
| 2.6.1 | Ermittlung der Verhältniswerte der Verbundkonstruktion | |
| 2.7 | Schnittgrößenermittlung der Hauptträger | |
| 2.7.1 | Allgemeines | |
| 2.7.2 | Lastfallkombinationen | |
| 2.7.2.1 | Überlagerungsvorschrift | |
| 2.7.3 | Überlagerungsschnittgrößen | |
| 2.7.3.1 | Schnittgrößen an der Stelle x = 0 | |
| 2.7.3.2 | Schnittgrößen an der Stelle x = 10,50 m | |
| 2.8 | Spannungsnachweise Stahlkonstruktion | |
| 2.8.1 | Allgemeines | |
| 2.8.2 | Materialverteilung | |
| 2.8.3 | Nachweis für Lastfall H | |
| 2.8.3.1 | Zusammenstellung der Spannungen LF H | |
| 2.8.3.2 | Überprüfung der Grenzwerte LF H | |
| 2.8.4 | Nachweis für Lastfall HZ | |
| 2.8.4.1 | Zusammenstellung der Spannungen LF HZ | |
| 2.8.4.2 | Überprüfung der Grenzwerte LF HZ | |
| 2.9 | Allgemeiner Spannungsnachweis für Schweißverbindungen | |
| 2.9.1 | Ermittlung der erforderlichen Schweißnahtdicken | |
| 2.10 | Stabilitätsnachweise | |
| 2.10.1 | Nachweis der Beulsicherheit | |
| 2.10.2 | Nachweis der Knicksicherheit | |
| 2.11 | Nachweis der Verbundsicherheit | |
| 2.11.1 | Ermittlung der stat. erforderl. Verbundmittel (Kopfbolzendübel) | |
| 2.11.1.1 | Anzuschließender Schubfluß | |
| 2.11.2 | Nachweis nach Verbundträgerrichtlinie | |
| 2.11.2.1 | Bereich positiver Momente | |
| 2.11.2.2 | Bereich negativer Momente | |
| 2.11.2.3 | Dübelanordnung | |
| 2.11.2.4 | Nachweis der Schubspannungen im Bereich der Dübelumrißfläche | |
| 2.12 | Bemessung in Trägerlängsrichtung des Verbundträgers | |
| 2.12.1 | Ermittlung As | |
| 2.12.2 | Beschränkung der Rissbreite | |
| 2.12.2.1 | Mindestbewehrung | |
| 2.12.3 | Regeln der statisch erforderlichen Bewehrung | |
| 3. | FAHRBAHNPLATTE | |
| 3.1 | Querrichtung | |
| 3.1.1 | Allgemeines | |
| 3.1.2 | Statisches System | |
| 3.2 | Einwirkende Last- und Weggrößen | |
| 3.3 | Überlagerungsschnittgrößen | |
| 3.4 | Bemessung in Trägerquerrichtung | |
| 3.4.1 | Überprüfung der Fertigteilplatte | |
| 3.4.1.1 | Allgemeines | |
| 3.4.2 | Bemessung auf Biegung | |
| 3.4.2.1 | Ermittlung der erforderlichen Zulagenbewehrung | |
| 3.4.3 | Bemessung auf Querkraft | |
| 3.4.3.1 | Ermittlung der erforderlichen Verbund- bzw. Schubbewehrung | |
| 3.5 | Untersuchung auf abirrende Radlasten | |
| 3.6 | Beschränkung der Rissbreite | |
| 3.6.1 | Mindestbewehrung | |
| 3.6.2 | Rissbreitenbeschränkung | |
| ANLAGE 2. | Bemessung eines Verbundüberbaus nach den Bestimmungen des EC 4 | 121-177 |
| 1. | BERECHNUNGSGRUNDLAGEN | |
| 1.1 | Allgemeines | |
| 1.2 | Erläuterung | |
| 1.3 | Nomenklatur / Formelzeichen | |
| 2. | QUERSCHNITTSWERTE | |
| 2.1 | Ermittlung der mitwirkende Breite des Betons | |
| 2.2 | Grafische Darstellung der Querschnitte | |
| 2.2.1 | Übersicht Querschnittswerte | |
| 2.3 | Werkstoff- bzw. Baustoffkenndaten | |
| 2.3.1 | Baustahl | |
| 2.3.2 | Betonstahl | |
| 2.4 | Charakteristische Werte der Einwirkungen | |
| 2.4.1 | Ständige Lasten | |
| 2.4.2 | Veränderliche Lasten | |
| 3. | TEILSICHERHEITS- UND KOMBINATIONSBEIWERTE | |
| 3.1 | Grenzzustand der Tragfähigkeit | |
| 3.1.1 | Lastfallkombination | |
| 3.1.2 | Teilsicherheitsbeiwerte für die Werkstoffeigenschaften | |
| 3.1.3 | Bemessungswerte für die Materialeigenschaften | |
| 3.2 | Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit | |
| 3.2.1 | Lastfallkombination | |
| 3.2.2 | Teilsicherheitsbeiwerte für die Werkstoffeigenschaften | |
| 3.2.3 | Bemessungswerte für die Materialfestigkeiten | |
| 4. | SCHNITTGRÖßENERMITTLUNG | |
| 4.1 | Allgemeines | |
| 4.2 | Überlagerungslastfälle | |
| 5. | KLASSIFIZIERUNG DER QUERSCHNITTE | |
| 5.1 | Querschnitt an der Stelle x = 0 (Vb-QS 20) | |
| 5.2 | Querschnitt an der Stelle x = 10,50 m (Vb-QS 21) | |
| 6. | BEMESSUNGSWERTE | |
| 6.1 | Bemessungswerte der Einwirkungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit | |
| 6.1.1 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 0 | |
| 6.1.2 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 10,50 m | |
| 7. | BEMESSUNGSWERTE | |
| 7.1 | Bemessungswerte der Einwirkungen im Grenzzustand der Gebrauchsfähigkeit | |
| 7.1.1 | Charakteristische Lastfallkombination | |
| 7.1.1.1 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 0 | |
| 7.1.1.2 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 10,50 m | |
| 7.1.2 | Nicht häufige Lastfallkombination | |
| 7.1.2.1 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 0 | |
| 7.1.2.2 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 10,50 m | |
| 7.1.3 | Häufige Lastfallkombination | |
| 7.1.3.1 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 0 | |
| 7.1.3.2 | Bemessungsschnittgrößen an der Stelle x = 10,50 m | |
| 8. | ERMITTLUNG AS IN TRÄGERLÄNGSRICHTUNG | |
| 8.1 | Stützbereich | |
| 8.2 | Feld 2 (Feldmitte) | |
| 9. | ERFORDERLICHE NACHWEISE IM GRENZZUSTAND DER TRAGFÄHIGKEIT | |
| 9.1 | Querschnitt an der Stelle x = 0 | |
| 9.1.1 | Nachweis der Querkrafttragfähigkeit | |
| 9.2 | Querschnitt an der Stelle x = 10,652 | |
| 9.2.1 | Nachweis der Momententragfähigkeit | |
| 9.2.2 | Nachweis der Querkrafttragfähigkeit | |
| 10. | ERFORDERLICHE NACHWEISE IM GRENZZUSTAND DER GEBRAUCHSTAUGLICHKEIT | |
| 10.1 | Spannungsnachweis | |
| 10.1.1 | Spannungsermittlung | |
| 10.1.2 | Überprüfung der Grenzwerte | |
| 10.2 | Schweißnahtverbindung | |
| 10.2.1 | Grenzkraft einer Kehlnaht | |
| 10.3 | Mindestbewehrung | |
| 10.4 | Rißbreitenbschränkung | |
| 11. | VERBUNDSICHERUNG | |
| 11.1 | Vorgaben aus Statik nach DIN | |
| 11.2 | Dübeltragfähigkeit | |
| 11.3 | Ermittlung der erforderlichen Dübelanzahl im Grenzzustand der Tragfähigkeit | |
| 11.3.1 | im Bereich positiver Momente | |
| 11.3.2 | im Bereich negativer Momente | |
| 11.4 | Ermittlung der erforderlichen Dübelanzahl im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit | |
| 11.4.1 | Längsschubtragfähigkeit | |
| 11.4.2 | im Bereich positiver Momente | |
| 11.4.3 | Im Bereich negativer Momente | |
| 11.5 | Überprüfung der Konstruktiven Werte | |
| 11.5.1 | Betondeckung der Dübel | |
| 11.5.2 | Dübelabstände | |
| 11.5.3 | Konstruktive Anforderung an die Dübel | |
| 11.6 | Schubsicherung des Betongurtes | |
| 11.6.1 | Nachweis für den Druckgurt | |
| 11.6.2 | Nachweis für den Zuggurt |
3.3.2.1 Allgemeines Bei der Bemessung von Verbundkonstruktionen wird zwischen den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit unterschieden. 3.3.2.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit In den Grenzzuständen der Tragfähigkeit ist die geforderte Bauwerkszuverlässigkeit (Sicherheit) gegeben, wenn der Bemessungswert den entsprechenden Wert der maximal zulässigen Beanspruchbarkeit des Materials nicht überschreitet. Im allgemeinen wird der Nachweis auf der Grundlage der Schnittgrößen geführt. DIN: Das Sicherheitskonzept, daß der Stahlverbundträgerrichtlinie zugrunde liegt, verwendet einen sogenannten globalen Sicherheitsfaktor Q mit dem die Lasten multipliziert werden. Für den Lastfall H im Sinne von Hauptlasten wird der übliche Sicherheitsfaktor von 1,7 des Stahlbaus verwendet. In Ergänzung zu den Spannbetonträgern ist es bei Verbundträgern notwendig die rechnerische Bruchlast ebenfalls für den Lastfall HZ im Sinne von Haupt- und Zusatzlasten zu berücksichtigen, sofern dies ungünstigere Werte ergibt. Der Sicherheitsfaktor hierfür beträgt Q = 1,5. [...]
direkten und den indirekten Einwirkungen. Des weiteren wird noch nach der zeitlichen Veränderlichkeit unterschieden, den ständigen, veränderlichen und den außergewöhnlichen Einwirkungen. [1] In dieser Arbeit werden, obwohl die verschiedenste Belastungsmöglichkeiten entstehen können, nur die maßgebenden vertikalen Lasten behandelt. Der Einfluß der horizontalen Lasten ist vernachlässigbar gering und daher nicht Gegenstand dieser Arbeit, da horizontale Lasten über Scheibenwirkung abgetragen werden. 3.3.1.2 Eigenlast DIN: Die Eigenlasten werden nach den Bestimmungen der DIN 1055 Teil 1, Abs.7.4.1.5 mit JBeton = 25 KN/m³, JStahl = 78,5 KN/m³, und dem entsprechendem Gewicht des Fahrbahnbelages ermittelt. Die Eigenlastanteile werden unterteilt in: - g1: - g2: Stahleigengewicht Betoneigengewicht [...]
3.3.1.1 Allgemeines DIN: Brücken werden in erster Linie durch Eigenlast und Verkehrslast beansprucht. Die Verkehrslasten sind idealisiert und je nach Verwendungszweck der Brücke (Straßen- oder Eisenbahnbrücke) so festgelegt, daß sie der realen Belastung möglichst nahe kommen. Entsprechend ihrer Bedeutung wird unterscheiden in Hauptlasten, Zusatzlasten und Sonderlasten. Diese sind dann möglichst in ungünstigster Zusammenfassung zu überlagern und bilden die verschiedensten Lastfälle und die daraus resultierende Lastkombinationen. [6] EC: Bei der Bemessung nach Eurocode wird im Unterschied zu den Lastannahmen nach DIN (DIN 1055, DIN 1072, ...), in der von ständigen Lasten und Verkehrslasten gesprochen wird, von Einwirkungen gesprochen. Es wird in 2 Arten von Einwirkungen unterschieden, den [...]
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http://www.diplom.de/ean/9783842807044
Arbeit zitieren:
Krüger, Thomas März 2001: Gegenüberstellung der Normen und Bemessung einer Verbundbrücke nach DIN und EC4 mit Vergleich der Bemessungsergebnisse, Hamburg: Diplomica Verlag
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Straßenbrücke, Verbundbrücke, Durchlaufträger, Eurocode 4, Bemessung



