Nachrechnung einer historischen Mauerwerksbrücke mit verschiedenen Methoden (D934)
Allgemeine Angaben:
- Diplomarbeit Nr. D934
- Bearbeiter: Thomas Pilorgé
- Verantwortl. Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe
- Betreuer: Jörg Weselek
- Tag der Verteifigung: 01/04/2015
Zusammenfassung
Eine historische Mauerwerksbrücke, das Himbächel-Viadukt in Hessen aus dem Jahre 1880, wurde mit verschiedenen Methoden nachgerechnet. Erstens waren die Eigenschaften des betrachteten Mauerwerks und die anzuwendenden Lastannahmen zu untersuchen. Weiterhin wurden parallel zwei Nachrechnungen der Brücke durchgeführt: eine Handrechnung und eine FE-Berechnung mit einem Finite-Elemente- Programm.
Die Eigenschaften des Mauerwerks waren zu schätzen, da keine Proben aus der Brücke zur Verfügung stehen. Die Gesteinscharakteristika wurden nach einer Studie der Steinbrüche der Region gewählt. Des Weiteren wurden die Eigenlasten direkt aus den Baustoffeigenschaften ermittelt und für Verkehrslasten wurde das Verkehrsmodell LM-71 (DIN EN 1991-2) angewendet. Für die Handrechnung wurde die Stützlinientheorie angewendet, die im 19. Jahrhundert entwickelt wurde, um die Stabilität von Gewölben zu bewerten. Die Stützlinie ist die Linie, auf welcher die aus der Belastung entstehenden Normalkräfte verlaufen. Solange die Stützlinie – geometrisch betrachtet – innerhalb des Gewölbes liegt, ist das Gewölbe stabil.
Für die FE-Berechnung sind ein Makro- und ein Mikromodell erstellt worden. Anhand letzterem konnte das Verhalten des Mörtels und Gesteins kleinmaßstäblich ermittelt werden. Nachfolgend ist entsprechend der Anordnung der Steine des Mauerwerks ein homogenisiertes Modell für einen orthotropen Baustoff abstrahiert worden. Dieses konnte weiterhin validiert und zur Verwendung für die Brücke im Ganzen herangezogen werden. Eine linear-elastische und eine nicht-lineare Berechnung wurden anschließend durchgeführt. Spannungen in der Struktur konnten erkannt und mit den möglichen Grenzspannungen verglichen werden. Es stellte sich heraus, dass an keiner Stelle des Tragwerks die Tragfähigkeit gefährdet ist. Beide Methoden führen also zu einer positiven Bewertung der Struktur und bekräftigen einander.