Bemessung einer Straßenbrücke in Stahlbetonbauweise

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1 Technik Michael Hesse Bemessung einer Straßenbrücke in Stahlbetonbauweise Nach Eurocode Diplomarbeit

2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk sowie alle darin enthaltenen einzelnen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsschutz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlages. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen, Auswertungen durch Datenbanken und für die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme. Alle Rechte, auch die des auszugsweisen Nachdrucks, der fotomechanischen Wiedergabe (einschließlich Mikrokopie) sowie der Auswertung durch Datenbanken oder ähnliche Einrichtungen, vorbehalten. Copyright 2001 Diplomica Verlag GmbH ISBN:

3 Michael Hesse Bemessung einer Straßenbrücke in Stahlbetonbauweise Nach Eurocode Diplom.de

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5 Michael Hesse Bemessung einer Straßenbrücke in Stahlbetonbauweise Nach Eurocode Diplomarbeit an der Hochschule Anhalt (FH), Standort Dessau Fachbereich Architektur und Bauingenieurwesen Juni 2001 Abgabe ID 5734

6 ID 5734 Hesse, Michael: Bemessung einer Straßenbrücke in Stahlbetonbauweise: Nach Eurocode / Michael Hesse - Hamburg: Diplomica GmbH, 2002 Zugl.: Dessau, Fachhochschule, Diplomarbeit, 2001 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen. Diplomica GmbH Hamburg 2002 Printed in Germany

7 Vorwort Die Aufgabenstellung der von mir bearbeiteten Diplomarbeit lautet: Bemessung einer Straßenbrücke in Stahlbetonweise nach Eurocode Diese Diplomarbeit besitzt den Charakter einer Entwurfsplanung. Das Brückenbauwerk ist fiktiv, die Abmessungen sind von mir frei gewählt worden. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist, in dieser Form als Planungsgrundlage für ähnlicher Brückenbauwerke zu dienen. Die Straßenbrücke wird nach Eurocode bemessen, genauer gesagt, nach DIN Fachbericht 101: Einwirkungen auf Betonbrücken und DIN Fachbericht 102: Betonbrücken. Diese sind im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) erarbeitet worden. Die DIN Fachberichte enthalten Auszüge aus folgenden Regelwerken: DIN V ENV : Eurocode 1 Teil 1: Grundlagen der Tragwerksplanung E DIN : Einwirkungen auf Tragwerke Teil 1: Wichte und Flächenlasten von Baustoffen DIN V ENV : Verkehrslasten auf Brücken (einschließlich der Richtlinie zur Anwendung von DIN V ENV , Stand 04/2000) E DIN : Einwirkungen auf Tragwerke Teil 7: Temperatureinwirkungen DIN V ENV : Eurocode 2: Planung von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken Teil 1: Grundlagen und Anwendungsregeln

8 für den Hochbau (einschließlich der Richtlinie zur Anwendung von DIN V ENV ) DIN V ENV : Eurocode 2: Planung von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken- Teil 2: Betonbrücken (einschließlich der Richt-linie zur Anwendung von DIN V ENV , Stand 10/2000) DIN V ENV : Eurocode 2: Planung von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken- Teil 3: Allgemeine Regeln zur Anwendung von Bauteilen und Tragwerken aus Fertigteilen DIN V ENV : Eurocode 2: Planung von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken- Teil 6: Allgemeine Regeln zur Anwendung von Bauteilen und Tragwerken aus unbewehrten Beton Die DIN Fachberichte 101 und 102 fassen diese verschiedenen Regelwerke zu einem im Zusammenhang lesbaren und als Vertragsgrundlage geeigneten Dokument zusammen. Dadurch wird die Planung von Brückenbauwerken erheblich erleichtert. Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass die aufwendige Untersuchung der dynamischen Einwirkungen entfällt, da im DIN Fachbericht 101 in den charakteristischen Verkehrslasten bei den gewöhnlichen Arten von Straßenbrücken der dynamische Faktor bereits enthalten ist. Die Schwerpunkte dieser Diplomarbeit setzen sich aus der Ermittlung der Einwirkungen, die auf den zu bemessenden Brückenüberbau wirken, der Ermittlung der daraus resultierenden Schnittkräfte, der Bemessung und baulichen Durchbildung zusammen. Zusätzlich erfolgt die Bemessung der Lager, auf denen der Überbau ruht. Die Bemessung der Widerlager ist aufgrund der begrenzten Bearbeitungszeit nicht Bestandteil dieser Diplomarbeit. Prof. Th. Bauer möchte ich an dieser Stelle für seine großzügige Hilfestellung bei der Verwirklichung dieser Diplomarbeit danken.

9 Literaturverzeichnis 1 Bieger, K.-W.. Stahlbeton- und Spannbetonbauwerke nach Eurocode 2. Berlin: Springer Verlag, König, G. / Tue, N.. Grundlagen des Stahlbetonbaus. Stuttgart: Teubner Verlag, Holst, K.-H.. Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton. 4. Aufl. Berlin: Ernst &Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH, Holst, K.-H.. Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton. Eurocode- Ergänzungsband zur 4. Aufl. Berlin: Ernst &Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH, Avak, Ralf.. Euro-Stahlbetonbau in Beispielen Teil Auflage Düsseldorf: Werner-Verlag GmbH, Heydel, G., Krings, W., Herrmann, H.. Stahlbeton im Hochbau nach EC 2. Berlin: Ernst und Sohn, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton Heft 425. Bemessungshilfsmittel zu Eurocode 2 Teil 1. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 1992

10 Verfasser : Michael Hesse Hochschule Anhalt (FH) Programm : Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Inhaltsverzeichnis 1 Vorbemerkungen Beschreibung des Bauwerkes Allgemeines Überbau Widerlager Sichtflächen Fahrbahn Fahrbahnbelag Fahrbahnübergangskonstruktion Korrosionsschutz, Schutz gegen Tausalze Entwässerung Absturzsicherungen, Schutzeinrichtungen Entwurfsparameter Materialkennwerte Beton Betonstahl Maßgebende Vorschriften und Unterlagen Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Inhaltsverzeichnis Seite: 1 Vorgang :

11 Verfasser : Michael Hesse Hochschule Anhalt (FH) Programm : Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Ermittlung der charakteristischen Einwirkungen Berechnungsgrundlagen Darstellung des statischen Systems Ständige Einwirkungen Eigengewicht Fahrbahnplatte Eigengewicht Fahrbahnbelag Ständige Last Kragarm und Kappe Veränderliche Einwirkungen Lastmodell 1: Doppelachse und Gleichlast Lastmodell 2: Einzelachse Lasten aus Bremsen und Anfahren Einwirkung auf Geländer Einwirkungen aus Fußgänger- und Radverkehr Einwirkungen aus Windlasten Einwirkungen durch Schnee Einwirkungen aus Temperatureinflüssen Temperaturschwankungen Linearer Temperaturunterschied Lastmodell für Ermüdungsberechnung Dynamische Einwirkungen Außergewöhnliche Einwirkung Fahrzeug auf dem Geh- / Radweg Anprall auf den Schrammbord Anprall an Schutzeinrichtung Verteilung der Einzellasten Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Inhaltsverzeichnis Seite: 2 Vorgang :

12 Verfasser : Michael Hesse Hochschule Anhalt (FH) Programm : Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Ermittlung der Schnittgrößen aus den charakt. Einwirkungen Schnittgrößenermittlung für den Kragarm Ständige Einwirkungen Eigengewicht Kragarm Eigengewicht Kappen Eigengewicht Leiteinrichtungen Summe: Lastfall Ständige Einwirkungen Veränderliche Einwirkungen Lastfall Fußgängerverkehr auf Geh- / Radweg Lastfall Einwirkungen auf Geländer Außergewöhnliche Einwirkungen Lastfall Einzelrad auf Geh- / Radweg Lastfall Fahrzeuganprall auf Leiteinrichtung Lastfall Schrammbordstoß Schnittgrößenermittlung für die Fahrbahnplatte Ständige Einwirkungen Lastfall Eigengewicht Fahrbahnplatte und Kragarme Lastfall Eigengewicht Belag Lastfall Eigengewicht Kappen und Leiteinrichtungen Summe: Lastfall Ständige Lasten Veränderliche Einwirkungen Lastmodell Lastmodell Lastfall Bremsen und Anfahren Lastfall Wind in Querrichtung Verkehrslastgruppen Lastgruppe 1, Lastmodell 1 dominant Lastgruppe 2, Horizontallasten dominant Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Inhaltsverzeichnis Seite: 3 Vorgang :

13 Verfasser : Michael Hesse Hochschule Anhalt (FH) Programm : Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Nachweisform für die Bemessung Allgemeines Kombinationsregeln Teilsicherheitsbeiwerte Kombinationsbeiwerte Bemessung des Kragarms Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung mit Längskraft Ständige und Vorübergehende Bemessungssituation Außergewöhnliche Bemessungssituation Grenzzustand der Tragfähigkeit für Querkraft Bewehrungsskizze Kragarm Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Begrenzung der Spannungen Nachweis der Betondruckspannung Nachweis der Betonstahlzugspannung Nachweis der Rissbreitenbeschränkung Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Inhaltsverzeichnis Seite: 4 Vorgang :

14 Verfasser : Michael Hesse Hochschule Anhalt (FH) Programm : Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Bemessung der Fahrbahnplatte Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung mit Längskraft Lastfall Ständige Einwirkung + Lastgruppe 1 + Wind in Querrichtung Lastfall Ständige Einwirkung + Lastgruppe Grenzzustand der Tragfähigkeit für Querkraft Bewehrungsskizze Fahrbahnplatte Durchstanznachweis Ermüdungsnachweise Ermüdungsnachweis für Beton Ermüdungsnachweis für Betonstahl Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Nachweis der Spannungen Nachweis der Betondruckspannung Nachweis der Betonstahlzugspannung Nachweis der Rissbreitenbeschränkung Nachweis der Durchbiegung Bauliche Durchbildung Stababstände Verankerung Stoßausbildung Bewehrung der freien Ränder Zugkraftdeckungslinie der Längsbewehrung Zugkraftdeckungslinie der Querbewehrung Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Inhaltsverzeichnis Seite: 5 Vorgang :

15 Verfasser : Michael Hesse Hochschule Anhalt (FH) Programm : Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Lager Darstellung des Lagerschemas Lagertyp, Geometrie Bemessung der Lager Bemessungsgrundsatz Lagerverschiebungen / -verdrehung Grenzzustand der Tragfähigkeit Lagerkräfte für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit Nachweise der Stabilität Nachweis der zulässigen Auflagerpressung Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Lagerkräfte für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Nachweis der maximalen Verformung Maximale Zugspannung in Bewehrungsblechen Nachweise der Stabilität Spaltzugnachweis Programmbeschreibung Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Inhaltsverzeichnis Seite: 6 Vorgang :

16 Verfasser : Michael Hesse Programm : Hochschule Anhalt (FH) Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Vorbemerkungen 1.1 Beschreibung des Bauwerkes Allgemeines Bei dem Bauwerk handelt es sich um eine Straßenbrücke, welche siehe Abb. 1.2 die Bundesstrasse 34 bei Streckenkilometer 104,2 über den Rödelbach führt. Die Brücke kreuzt das Gewässer mit einem Winkel von 100 gon. Sie wird als einfeldrige Stahlbetonplatte mit einer Gesamtlänge von L = 13,60 m und einer Längsneigung von 1,0% ausgeführt. Bereiche für Geh- und Radwege werden auf den beiden Kappen angeordnet. Die lichte Durchflusshöhe z des Brückenbauwerkes beträgt bei normalem Wasserpegel ~ 2,00 m. Abbildung 1.1 3D Darstellung Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Vorbemerkungen Seite: 7 Vorgang : Beschreibung des Bauwerks

17 Verfasser : Michael Hesse Programm : Hochschule Anhalt (FH) Proj. Nr.: 1600 Bauwerk : Straßenbrücke über den Rödelbach ASB Nr.: Datum: Grundriss B 2,0% Rödelbach 3,50 0,25 B 2,5% 2,0% 2,5% 1,0% 100gon 3,80 3,80 8,00 4,00 4,00 15,00 2,0% 3,50 13,60 A 0,25 2,0% Abb. 1.2 Grundriss Bauteil : Stahlbetonüberbau Archiv Nr.: Block : Vorbemerkungen Seite: 8 Vorgang : Beschreibung des Bauwerks