Externe Vorspannung – Vergleich der Bemessungsverfahren im Brückenbau, für deutsche und britische Normung (D796)
Allgemeine Angaben
- Diplomarbeit Nr. D796
- Bearbeiter: Konstanze Bergelt
- Betreuender Hochschullehrer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach
- Betreuer: Dipl.-Ing. Harald Michler
- Bearbeitungszeitraum: 25.5.2000-15.9.2000
Thesen
Zusammenfassung:
Aufgabe:
Im Rahmen der Diplomarbeit sollten die deutsche und die britische Normung in Bezug auf die Bemessungsverfahren im Brückenbau für externe Vorspannung verglichen werden. Der Vergleich wird am Beispiel einer typischen Hohlkastenbrücke durchgeführt. Zur Vereinfachung wird lediglich das Mittelfeld eines vielfeldrigen Durchlaufträgers betrachtet. Der Hohlkastenüberbau hat eine Spannweite von 50 m. Die Querschnittshöhe beträgt 3,40 m. Die Vorspannung erfolgt ausschließlich mit externen Spanngliedern, die über der Stütze und in Feldmitte umgelenkt werden.
Normen:
In Deutschland gilt für die Bemessung von Hohlkastenbrücken die Richtlinie für Betonbrücken mit externen Spanngliedern des Bundesministeriums für Verkehr. Darin bezieht man sich vor allem auf die Teile 1 und 6 der DIN 4227 für Spannbeton. Für die Lastannahmen gelten die DIN 1072 für Verkehrslasten und die DIN 1055 für Eigenlasten.
Neben der aktuellen deutschen Normung wird außerdem der Entwurf der neuen DIN 1045-1 betrachtet. Es handelt sich dabei um die Ausgabe vom Mai 2000.
In Großbritannien gilt für Brücken der britische Standard BS 5400, allerdings nicht für externe Vorspannung. Da der Eurocode 2, Teil 1-5, der für externe Spannglieder gilt, als europäische Vornorm in Großbritannien eingeführt ist, wurde er im Rahmen dieser Arbeit für die Bemessung herangezogen. Die Lastannahmen sind in der britischen Richtlinie BD 37/88 festgelegt.
Der wohl wichtigste Unterschied zwischen den hier betrachteten Normen liegt im Sicherheitskonzept. Während der aktuellen deutschen Normung ein globales Sicherheitssystem zugrunde liegt, werden in den europäischen und in der neuen DIN 1045-1 Teilsicherheitsbeiwerte angesetzt, die den unterschiedlich starken Streuungen der jeweiligen Bemessungsparameter angesetzt sind. Dieses Konzept liegt auch den britischen Normen bereits zugrunde.
Lastannahmen und Schnittgrößen:
Die Schnittgrößen aus Eigenlast sind nach britischer Norm geringer als nach deutscher Norm, da die Wichte für Stahlbeton in der britischen Norm BS 648 mit nur 23,6 statt 25 kN/m³ angegeben wird. Die Verkehrslasten dagegen sind nach BD 37/88 höher als nach DIN 1072. Während nach deutscher Norm konstante Verkehrslasten angesetzt werden, ist die Belastung nach britischer Norm abhängig von der Fahrbahnbreite und der Stützweite der Brücke. Im Gebrauchszustand ist außerdem bereits ein Teilsicherheitsbeiwert von 1,2 für die Verkehrslasten anzusetzen. Deshalb ist z.B. das Moment infolge Verkehrslast in Feldmitte um 50 % höher als nach deutscher Norm.
Bild 1: Verkehrslasten
Bemessung:
Bei der Bemessung nach den drei betrachteten Normen sind im Prinzip die gleichen Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit und im Grenzzustand der Tragfähigkeit zu führen.
Im Gebrauchszustand sind das die Nachweise zur Begrenzung der Spannungen und der Rißbreitenbegrenzung. Im Gegensatz zur aktuellen deutschen Norm werden im EC2 und in der neuen DIN 1045 die Betonzugspannungen nicht begrenzt.
Beim Nachweis für Biegung mit Längskraft im Grenzzustand der Tragfähigkeit ergeben sich die Unterschiede hauptsächlich aus dem Sicherheitskonzept. Außer den Teilsicherheitsbeiwerten für die Einwirkungen unterscheiden sich auch die Bemessungswerte für die Betondruckfestigkeit. Ein weiterer wichtiger Unterschied ist die zulässige Stahldehnung. Während sie nach aktueller deutscher Norm auf 5‰ beschränkt wird, ist in EC2 keine Begrenzung angegeben. In den Bemessungshilfsmitteln wird von einer zulässigen Stahldehnung von 20‰ ausgegangen (DIN 1045 neu: 25‰).
Die Nachweise für Querkraft und Torsion unterscheiden sich vor allem durch die verschiedenen Annahmen für die Druckstrebenneigung. Bei der Schubbemessung nach EC2 und der neuen DIN 1045 können geringere Neigungswinkel angesetzt werden als nach DIN 4227. Deshalb sind auch die erforderlichen Bügelbewehrungen deutlich geringer.
Abschließend kann gesagt werden, daß die Hauptunterschiede zwischen den einzelnen Normen im Sicherheitskonzept und in der Querkraftbemessung liegen. Die Bemessung nach ENV 1992-1 ist für diesen Fall am wirtschaftlichsten, da hier die geringste Bewehrungsmenge erforderlich wird.