Brücken über Wasserstraßen

Transkript

1 Brücken über Wasserstraßen Entwurfskriterien, Konstruktionsgrundsätze, Erfahrungen Referent: Dipl.-Ing. Ralf Schubart Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >1<

2 Häufige Bauformen von Brücken im Bereich der WSV Stabbögen Echte Bögen Deckbrücken Senkrechte Hänger Gekreuzte Hänger Netzwerkbögen Geschweißte Hänger (Rund/Flach) Geschmiedete Hänger Seile Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >2<

3 Netzwerkbögen Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >3<

4 Netzwerkbögen Mainbrücke Marktheidenfeld Bilder: Donges Stahlbau Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >4<

5 Mainbrücke Marktheidenfeld Brücken über Wasserstraßen Entwurf, Konstruktion, Erfahrungen Bilder: Donges Stahlbau Netzwerkbögen Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >5<

6 Netzwerkbögen Wirkungsweise schräger Hänger Quelle: Prof. Geißler Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >6<

7 Netzwerkbögen Architektonische Gestaltung mit Netzwerkbögen Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >7<

8 Netzwerkbögen Vorteile Geringes Stahlgewicht durch statisch optimiertes System Sehr geringe Momentenbeanspruchung von Bogen und Versteifungsträger Transparenz durch kleine Hängerdurchmesser Geringe Bauhöhen für Bogen und Versteifungsträger Vorteilhaftes System zur Vermeidung von Hängeschwingungen durch Kopplung der Hänger in den Kreuzungspunkten Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >8<

9 Netzwerkbögen Nachteile Einschubmontage über Verschubschlitten wegen wechselnder Druckkräfte in den Hängern nicht möglich (Knickgefahr) Hohe Anzahl von Hängern -und damit auch n Wegen der sonst auftretenden Hängerdruckkräfte infolge halbseitiger Verkehrslasten im Wesentlichen nur bei Verbundbrücken anwendbar Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >9<

10 Netzwerkbögen - Fazit Günstige Wirkung für die Ermüdungsfestigkeit der Haupttragglieder Bevorzugte und wirtschaftlichste Bauweise bei Verbund- Stabbogenbrücken größerer Spannweiten (>60 m), wenn kein Einschub über Gleitlager notwendig ist (d.h. Einschwimmen oder Einschieben mit Kamag-Wagen oder Verschubbahnen) Neue Impulse durch Einsatz von Vollverschlossenen Seilen (Ausfall bei Druckkräften; Einfache Montage, Kostenersparnis durch Entfall der Schweißstöße) Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >10<

11 Stabbögen - Entwurfskriterien Hängerabstand Zur Minimierung der Momente des Versteifungsträgers: Hängerabstände e = 7,00 8,50 m Abstand des 1. Hängers vom Bogenfußpunkt ca. 1,5 x e (Minimierung von Zwängungen) Stützweite 60m 80m 100m 120m Hängeranzahl Hängerabstand e 7,50m 8,00m 8,33m 8,57m Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >11<

12 Stabbögen - Entwurfskriterien Querschnitte Hauptträger in der Bogenebene mit dem Versteifungsträger kontinuierlich verdübelt Fahrbahnplatte Stabbögen nur an den Brückenenden verdübelt Hauptträger zwischen den Bogenebenen Hauptträger als Hohlkästen Hauptträger als offene Profile mit Schubeinleitungsblech mit Schubeinleitungsverband Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >12<

13 Stabbögen - Entwurfskriterien Querschnitte Bauweisen mit Hauptträgern als Hohlkästen zwischen den Bogenebenen erlauben zusammen mit der Ausbildung als Netzwerkbogen eine besonders niedrige Bauhöhe bei gleichzeitig sehr wirtschaftlicher Konstruktion Bei Verbundbrücken müssen die Fahrbahnplattendicken am Brückenende (Lasteneinleitung aus dem Bogen) i.d.r. von cm auf bis zu 45 cm vergrößert werden, um die Schubkräfte in die Platte einleiten zu können Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >13<

14 Stabbögen - Entwurfskriterien Verlauf der Plattendicken am Brückenende Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >14<

15 Stabbögen - Entwurfskriterien Querträger Auch bei schiefen Brückenabschlüssen sollten in jedem Fall die Querträger orthogonal zum Hauptträger angeordnet werden. Damit vermeidet man eine schräge Durchdringung der Dübel auf de Querträgern mit der orthogonalen unteren Bewehrung sowie konstruktiv schwierige schiefe Querträgeranschlüsse. Günstiger Nebeneffekt ist eine Verringerung der Querträgerstützweite und somit der Baustahlmengen. Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >15<

16 Stabbögen - Entwurfskriterien Querträger Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >16<

17 Stabbögen Ermüdungssicheres Ermüdung Auch bei Verbund Stabbogenbrücken (Straße): Maßgebender Nachweis häufig Ermüdungsnachweis Bisherige Regelung im Einführungs-ARS zum FB 103, dass Ermüdungsnachweise bei Stützweiten >45m und KG >71 entfallen dürfen, gilt nicht für Stabbögen! Deshalb: Ermüdungssicheres hat wesentlich höhere Bedeutung, als in der Zeit vor Einführung der DIN-Fachberichte. Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >17<

18 Stabbögen Ermüdungssicheres Ermüdung Die kerbgünstige Ausbildung folgender Details ist dabei besonders wichtig: Querträgeranschlüsse Anordnung von Vogelschutzblechen Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >18<

19 Stabbögen Ermüdungssicheres Negativbeispiel Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >19<

20 Stabbögen Ermüdungssicheres Negativbeispiel: Varianten Gestaltung VT Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >20<

21 Stabbögen Ermüdungssicheres Positivbeispiel Hänger und QT gegeneinander versetzt Hänger nicht am OG angeschweißt Keine Stegverstärkung Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >21<

22 Stabbögen Ermüdungssicheres Positivbeispiel Hänger und QT gegeneinander versetzt Ausrundung am QT-Anschluss Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >22<

23 Stabbögen Ermüdungssicheres Darüber hinaus ist zur Vermeidung großer Spannungsschwingbreiten aus Verkehrslast eine optimierter Entwurf hinsichtlich der Gesamtgeometrie unter Berücksichtigung von Bogenstich Hängerabstand Versteifungsträgerbauhöhe von besonderer Bedeutung. Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >23<

24 Geschmiedete Geschmiedete sind eine gute Alternative zu den herkömmlichen Schweißanschlüssen (siehe nachfolgender Vortrag von Prof. Schütz) von Rundstahlhängern. Insbesondere die geringe Kerbwirkung führt zu dauerhaften und ermüdungssicheren Anschlüssen. Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >24<

25 Geschmiedete Konstruktiven Besonderheiten: Beachtung unvermeidbare Herstelltoleranzen im Hinblick auf 1. Verdrehung der Spaten gegeneinander 2. Spatenbreite 3. Spatendicke 4. Achsentreue der Spaten (Versatz von Spatenachse zu Rundstahlachse) Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >25<

26 Geschmiedete - Konstruktionsbeispiele Dehmseebrücke Maximilianbrücke DHK Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >26<

27 Geschmiedete Für diese zu erwartenden Herstelltoleranzen müssen konstruktive und Maßnahmen ergriffen werden (z.b. Spaten breiter herstellen und auf der Baustelle anpassen) und statische Reserven vorgehalten werden, z.b. für die Aufnahme unvermeidbarer Exzentrizitäten. Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >27<

28 Geschmiedete Herstellung geschmiedeter Bilder: Anker Schröder Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >28<

29 Seile als Hänger Vollverschlossene Spiralseile sind eine Alternative zu Rundstahl- oder Flachstahlhängern. Durch die Serienproduktion von Seilen und Endbefestigungen sowie inzwischen umfangreichen Erfahrungen im Brückenbau sind Seile eine wirtschaftliche und sowohl konstruktiv als optisch interessante Alternative zu herkömmlichen Brückenhängern aus Vollstahl. Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >29<

30 Seile als Hänger Nachteile: Prüfung der Seile aufwändiger (Ultraschall) Derzeit liegen in Deutschland Langzeiterfahrungen mit Gabelköpfen nur für Geh- und Radwegbrücken vor Erfahrungen aus dem Ausland liegen jedoch auch für Straßenbrücken vor! Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >30<

31 Seile als Hänger Vorteile: Montierbarkeit (Endbeschichtung im Werk, Transport nicht aufgerollt) Dauerhaftigkeit (Dauerschwingversuche und Langzeiterfahrungen liegen vor) Verfügbarkeit (Probleme Lieferbarkeit bei Hängern über 12 m Länge oder größeren Durchmessern); Lagerware Schwingungsunempfindlichkeit gegen Regen- Windinduzierte Schwingungen durch kleine Durchmesser Zwängungsfrei Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >31<

32 Seile als Hänger Vorteile: Preisgünstiger als Rundstahlhänger Einfacher und schnellere Auswechslung möglich durch Gabelköpfe Geringe Durchmesser (z.b. 55 mm statt 100 mm Rundstahl S355), dadurch transparentere Konstruktionen Querschnitt eines Seiles Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >32<

33 Seile als Hänger entsprechender Rundstahldurchmesser S355 [mm] Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >33<

34 Seilendbefestigungen Gabelköpfe Gabelkopf mit Längenverstellmöglichkeit Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >34<

35 Seilendbefestigungen -Gabelköpfe Anwendungsbeispiel Rheinbrücke Kehl - Strasbourg Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >35<

36 der Seile Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >36<

37 Ausblick Die Stabbogenbrücke wird auch zukünftig die dominierende Bauweise bei Brücken über Bundeswasserstraßen sein. Durch immer weitere Optimierungen (Ermüdungsgerechte Konstruktionen) und Erweiterungen der Bauweise z.b. um Netzwerkkonstruktionen und die Verwendung neuer Hängerkonzepte, wird diese Bauweise fit für die Zukunft. Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >37<

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Eine Kopie dieses Vortrages steht unter für Sie zum Download bereit Dipl.-Ing. Ralf Schubart Ingenieurbüro Meyer+Schubart Kolloquium Brücken in der WSV Hannover, >38<