Berechnungsmodelle für Betongelenke (D844)
Allgemeine Angaben:
- Diplomarbeit Nr. D844
- Bearbeiter: Gregor Schacht
- Verantwortl. Hochschullehrer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach
- Betreuer: Steffen Marx, Kerstin Speck, Ingolf Lepenies, Dynamore GmbH
- Bearbeitungszeitraum: 06/2009-09/2009
Ziele
Ziel der Diplomarbeit war eine Übertragung der Bemessungsregeln für Betongelenke auf die heutige Normengeneration, um die Anwendung dieser Baukonstruktionen im modernen Brückenbau auf Basis eines anerkannten Bemessungsmodells zu ermöglichen. Außerdem sollten die vorhandenen Erfahrungswerte von Betongelenken im Brückenbau in Deutschland und verschiedenen Ländern in Europa recherchiert und zusammengefasst werden, um die zukünftige Anwendung zu erleichtern. Linear-elastische FEM-Berechnungen sollten die Feststellungen zum Tragverhalten und zur Ausbildung dreiaxialer Druckspannungszustände verifizieren.
Beschreibung
Gelenkige Verbindungen existieren im Massivbau bereits seit 1880, als Claus Köpcke sogenannte Wälzgelenke für den Bau einer Naturstein-Gewölbebrücke entwarf. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts folgten in Frankreich weitere Entwicklungen der Gelenke. Während Mesnager bei seinen Federgelenken noch der Bewehrung die Kraftübertragung zusprach, entwickelte Freyssinet ein unbewehrtes Gelenk, bei dem die Kraftübertragung allein über den Beton erfolgte. Auch in Deutschland, in den USA und vor allem in der Schweiz wurden Betongelenke verwendet. Durch die Arbeiten von Fritz Leonhardt (Deutschland), E.O. Fessler (Schweiz) und G.D. Base (Großbritannien), welche bis heute international den Stand der Technik definieren, erlebten Betongelenke in den sechziger Jahren eine Renaissance. Die Bemessungsregeln Leonhardts wurden im Rahmen dieser Arbeit normkonform übertragen und es wurde versucht das Tragverhalten mit heute zur Verfügung stehenden Modellen zu beschreiben und eine normkonforme und wissenstandsgemäße Bemessung abzuleiten. Um zu zeigen, dass Betongelenke eine anerkannte Bauweise darstellen, wurden zahlreiche Ausführungen von Betongelenken recherchiert und die vorhandenen Erfahrungswerte zusammengetragen. Mit Hilfe von FE-Berechnungen wurde das Tragverhalten mit linear-elastischen Materialgesetzen dreidimensional numerisch simuliert. Durch eine scriptgesteuerte Netzgenerierung wurden Betonkörper und Bewehrung automatisch generiert und so konnten die geometrischen Parameter variiert und ihr Einfluss auf das Tragverhalten untersucht werden.
Ergebnisse
Die Übertragung der Bemessungsregeln Leonhardts ermöglicht eine normkonforme Bemessung von Betongelenken. Die vorhandenen Modelle zur Beschreibung von dreiaxialen Druckspannungszuständen können für die Bemessung von Betongelenken verwendet werden. Die Berücksichtigung der Querdehnungsbehinderung infolge der Umschnürungswirkung der Spaltzugbewehrung in den Gelenkanschlusskörpern ermöglicht eine höhere Ausnutzung des Betons im Gelenkhals. Die angestellten FE-Berechnungen bestätigen die enorme Festigkeitssteigerung des Betons im Gelenkhals aufgrund der mehraxialen Druckbeanspruchung