Untersuchungen zur Querkrafttragfähigkeit einer Straßenbrücke
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Projektdaten
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Bericht aus dem Jahrbuch 2009
Autobahnbrücke sicher und tragfähig
Versuchsaufbau mit Messmatrix
Die Regeln zur Querkraftbemessung im Stahlbetonbau früherer Normengenerationen weichen deutlich von der derzeitigen Fassung ab. Im Brückenbau führt das zu der kritischen Situation, dass die vorhandene Bügelbewehrung zahlreicher älterer Bauwerke nach aktuellen Berechnungsvorschriften nicht ausreichend ist. Für eine zu untersuchende Brücke konnte bei der Einstufungsberechnung die Tragsicherheit auf Querkraft nicht nachgewiesen werden, so dass Maßnahmen zur Verstärkung durchgeführt werden mussten. Parallel wurde im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden die Wirksamkeit der ausgeführten Verstärkungslösung und die Tragfähigkeit des Bauwerkes umfassend untersucht.
Für die Analyse des Tragverhaltens des Bauwerks wurde ein detailliertes Finite Element Modell aufgebaut, bei dem in den kritischen Bereichen des Tragwerks die Bewehrung bis hin zu den Biegeformen der Einzelstäbe aufgelöst wurde. In der nichtlinearen Simulation wurden die am Bauwerk ermittelten Materialkennwerte für Beton und Bewehrung verwendet. Im Ergebnis liegt eine Prognose zum Tragverhalten des Bauwerks, insbesondere zur Schubrissbildung und Querkrafttragfähigkeit vor. Wesentliches Ergebnis der Simulation ist der Nachweis einer ausreichenden Querkrafttragfähigkeit, der mit den ingenieurmäßigen Modellen nicht gelungen war.
Da das prognostizierte Tragverhalten stark von den üblichen Annahmen und Grenzen der geltenden Normen und Richtlinien abwich, wurden im Maßstab von etwa 1:3 Versuchsträger entworfen, die ein vergleichbares Tragverhalten bezüglich Rissbildung und Versagensmechanismus aufweisen. Die statischen und dynamischen Untersuchungen in drei Großversuchen im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden haben gezeigt, dass die Prognose der Finite-Element-Simulation eine gute Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Tragverhalten zeigt.
Im Bauwerk sind sogenannte Steckbügel eingesetzt, die die oben offenen Querkraftbügel schließen. Nach Norm kann der erhöhte Bewehrungsgrad im Übergreifungsbereich nicht für die Bemessung angesetzt werden. Mit der Finite-Element-Simulation konnte die Wirksamkeit der Bügel und deren erheblicher Beitrag zur Querkrafttragfähigkeit aufgezeigt und mit den Experimenten bestätigt werden. Für die Brücke heißt das: Auch bei Bildung von Schubrissen unter Verkehrsbelastung besteht kein Gefährdungspotential für das Zeitintervall bis zur nächsten Hauptprüfung und das Bauwerk hält der Verkehrslast sicher stand.