adhoc-AG integrale Bauwerke

Transcrição

Planung und Ausführung
integraler Brücken
Dipl.-Ing. Winfried Glitsch, DEGES
VSVI Mecklenburg-Vorpommern – Brückenbautag 21. Februar 2013
Gliederung
 Einführung
 Historie
 Einflussparameter
 adhoc-AG integrale Bauwerke
 Richtlinie integrale Bauwerke
 Ausgeführte Bauwerke
 Zusammenfassung und Ausblick
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VSVI Mecklenburg-Vorpommern - Brückenbautag 21. Februar 2013
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Gliederung
 Einführung
 Historie
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Einführung
Jede Fuge ist eine Schwachstelle !
Schadhafte Fugen sind Ursachen für weitere Schäden.
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Einführung
Beispiele für durchnässte
Widerlager infolge undichter Fahrbahnübergänge
und dadurch verursachte
Folgeschäden.
Quelle:
dsp AG / Dr. W. Kaufmann:
Sachstandsbericht Integrale
Brücken, 2008, Bundesamt für
Straßen, Schweizerische
Eidgenossenschaft
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Einführung
Primärkosten für ÜKOs und Lager: ca. 12 %
Sekundärkosten (Folgeschäden): nicht beziffert
Bauteil / Erhaltungsarbeit
Anteil Erhaltungskosten
Betonarbeiten
32%
Fahrbahn und Abdichtung
24%
Austauschteile
11%
Fahrbahnübergänge
10%
Korrosionsschutz
7%
Rückhaltesysteme
3%
Lager
2%
Stahlbauarbeiten
1%
Sonstiges
10%
Summe
100%
Kostenanteile für Erhaltungsarbeiten
Quelle: Integrale Brücken – Aktivitäten in Österreich
DI Dr. Roman Geier & DI Gerald Schimetta,
Schimetta Consult ZT GmbH, Austria
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Einführung
integral
Als „integrale Bauwerke“ werden Bauwerke ohne Fugen und Lager bezeichnet.
Der Überbau einer integralen Brücke ist über die gesamte Brückenlänge
fugenlos durchlaufend und weder von den Pfeilern noch von den Widerlagern
durch Fugen oder Lager getrennt. Alle Bauteile sind monolithisch miteinander
verbunden.
Betongelenke werden als monolithische Verbindung verstanden.
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Einführung
semi-integral
Als „semi-integrale Brücken“ werden Rahmentragwerke bezeichnet, die keine
integralen Bauwerke sind und bei denen mindestens in zwei Achsen die Unterbauten monolithisch an den Überbau angeschlossen sind.
Auch bei semi-integralen Brücken entstehen Zwangsbeanspruchungen aus
der Schwankung des konstanten Temperaturanteils.
Für die semi-integrale Bauweise finden sich in der Literatur unterschiedliche
Definitionen.
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Einführung
Andere Definition semi-integral:
In der Schweiz, in Österreich u.
in den USA haben semi-integrale
Brücken Lager, aber keine ÜKO´s.
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Einführung
Vorteile der integralen Bauweise:
- Entfall von Verschleißbauteilen (Lager, ÜKO´s)
- Vermeidung von direktem Wasser- und Taumittelzutritt
(keine Fugen)
- Höherer Fahrkomfort und Reduzierung der Lärmemissionen
(keine ÜKO´s)
-
(Geringere Herstellkosten)
Verminderung der Instandhaltungskosten
(Reduzierung der Bauteilabmessungen)
Höhere Verkehrssicherheit durch Wegfall der Mittelstütze (RPS)
Ansatz der aussteifenden Wirkung des Hinterfüllbereiches
(z.B. für Wind u. Bremsen)
- Kraftfluss kontinuierlicher und größere Traglastreserven im GZT
- Größere Freiheit bei der Wahl der Stützweiten
(kleine Randfelder, keine abhebenden Lager)
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Einführung
Nachteile der integralen Bauweise:
- Die für die Bemessung relevanten Parameter sind
schwieriger zu erfassen
- Erhöhte Anforderungen an das geotechnische Gutachten
(obere und untere Grenzwerte der Bodenparameter)
- Aufwändigere Berechnung
(Interaktion Bauwerk – Boden)
- Planmäßig Zwangskräfte vorhanden
- Baugrund muss setzungsunempfindlich sein
(keine Nachstellmöglichkeit, Zwang)
- Zyklische Temperaturverformungen können Setzungen
hervorrufen (Verminderung Mantelreibung bei Pfählen)
- Übergang Bauwerk-Boden erfordert besondere Beachtung
- Herstellung sowie Abbruch / Demontage ist aufwändiger
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Gliederung
 Einführung
 Historie
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Historie
Quelle: wikipedia.de
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Römischer Aquädukt , Segovia, Spanien, Länge 813 m
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Historie
Göltzschtalbrücke / Vogtland
(1846 – 1851)
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Historie
Traunbrücke Ebensee, Oberösterreich, 1954 - 1955
Spannweite 72 m, Bauhöhe im mittleren Drittel 1,20 m
aus: Mörsch, E.: Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton
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Historie
Traunbrücke Ebensee
Entwurfsverfasser: Dr. techn. H. Machatti, Wien,
Dipl.-Ing. K. Wenzel, Linz
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Historie
Entwurf + Ausführung: Wayss & Freytag AG, Ndl. Stuttgart, 1956
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Historie
Bewegungsfuge in der Mitte - Elztalbrücke
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Historie
Sunnibergbrücke bei Klosters, Schweiz
Entwurf: Christian Menn
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Gliederung
 Einführung
 Historie
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Einflussparameter
Widerlager:
- Steifigkeit (längs)
- Erddruck aus Hinterfüllung
Gründung Widerlager und Stützen:
- Steifigkeit längs + Rotation
- Gründungsart
- Baugrund
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Überbau:
- Behinderte Längenänderung durch
Temperatur, Schwinden,
(Vorspannung), Kriechen
- Steifigkeit axial: ungerissen/ gerissen
- Brückenlänge
Stützen:
- Biegesteifigkeit längs
(ungerissen/gerissen)
- Anschluss an Überbau
(biegesteif / Betongelenk ..)
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Einflussparameter bei integralen Bauwerken
Zusätzliche Parameter bei im Grundriss gekrümmten Brücken
Stützen:
Biegesteifigkeit quer
(ungerissen / gerissen)
Widerlager:
Steifigkeit bezüglich
Rotation um
vertikale Achse
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Überbau:
- Querbiegesteifigkeit
- Geometrie (Öffnungswinkel ,
Krümmungsradius, Länge,
Grundriss)
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Einflussparameter
Interaktion Bauwerk / Boden
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Einflussparameter
Mobilisierung Erddruck
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Einflussparameter
aus:
Entwurfshilfen für
Integrale Straßenbrücken,
König,Heunisch+Partner /
HLSV, 2003
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Einflussparameter
Nach: England et al: Integral Bridges: a fundamental
approach to the time – temperature loading problem,
Thomas Telford, London 2001
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Einflussparameter
Bezogene Tiefe z/h
Normierter Erddruck eh / (γh)
nach : Merkblatt für den
Einfluss der Hinterfüllung
auf Bauwerke, FGSV,
Heft 525, 1994
Verteilung des normierten Erddrucks über die Bezogene Tiefe z/h
bei Drehung um den Fußpunkt
und für Kopfverschiebungen von sh / h = 0,001 und 0,004
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Einflussparameter
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Einflussparameter
Längenänderungen Überbau
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Einflussparameter semi-integrale Bauwerke
Widerlager:
- Steifigkeit (längs)
- Erddruck aus Hinterfüllung
- Setzungen hinter WL
- Fahrbahnübergänge
LBNP
Gründung Widerlager und Stützen:
- Steifigkeit längs + Rotation
- Gründungsart
- Baugrund
15.05.2013
BNP
Überbau:
- Behinderte Längenänderung durch
Temperatur, Schwinden,
Vorspannung, Kriechen
- Steifigkeit axial: ungerissen/ gerissen
- Brückenlänge
- Krümmung im Grundriss
Stützen:
- Biegesteifigkeit längs (und quer)
(ungerissen/gerissen)
- Anschluss an Überbau
(biegesteif / Betongelenk ..)
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Einflussparameter
Steuerung der Pfeilersteifigkeit:
• Pfeilergeometrie
• Ausbildung kurzer Pfeiler als Doppelpfeiler aus 2 Hälften
• Zustand I / Zustand II
• E-Moduli
• Betongelenke
• Gründung (vertikale Pfahlreihe)
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Gliederung
 Einführung
 Historie
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Mitglieder der adhoc-AG
„integrale Bauweise im Brückenbau“
• BMVBS
• HE
• BY
• SN
• BW
• DEGES
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(Obmann)
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Ziel der AG
Richtlinie Integrale Bauwerke
als Entwurfshilfe (Bestandteil der RE-ING)
Hilfestellung bei der Bewertung von Nebenangeboten.
AG hat insgesamt 19 mal getagt.
- Erste Sitzung
14.10.2008
- letzte Sitzung
16.05.2012 (Abarbeitung der Stellungnahmen und Einsprüche)
-
1. Entwurf der RiLi liegt seit April 2011 vor
Bund- Länderabfrage sowie Abfrage Hochschulen, Verbände, Gremien, Ing.-Büros
ist in 2011 erfolgt
Ca. 250 Stellungnahmen / Einsprüche
Sachstand:
- Abarbeiten der Stellungnahmen und Einsprüche abgeschlossen
- Derzeit redaktionelle Überarbeitung
- Anpassung an die Eurocodes
- Einführen als Teil der RE-ING
- Zielstellung bis Herbst 2013
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Grundlagen und Vorgehensweise:
Nationale und internationale Literaturrecherche:
- USA, GB, nordische Länder (Norwegen etc.) forcieren integrale
Bauweise, z.T. Regelbauweise, z.T. liegen eigene Richtlinien vor
- Nachbarländer Schweiz, Österreich: intensive Beschäftigung mit
integraler Bauweise
Gedankenaustausch mit Nachbarländern
- Erfahrungsbericht und Richtlinie Schweiz (Brückenende)
- Erfahrungsbericht Österreich, Entwurf Richtlinie liegt seit Anf. 2012 vor
- Gedankenaustausch mit Österreich
Gedankenaustausch mit Ingenieurbüros
- Heft 50-2004 Fugenloses Bauen, Hess. SBV
- KHP, Prof. Pötzl, Prof. Graubner, Prof. Vogt, LAP, Büchting und Streit,
SSF, Igl, Putz + Partner, Kaufmann, Schweiz, Geier u. Schimetta,
Österreich
- Erfahrungen DB AG
- INTAB+ Seminar 5. Mai 2010 in München
Auswertung von integralen Bauwerken:
- Vergleichsberechnungen an Einfeldrahmen und Mehrfeldrahmen
- Abfrage Erfahrungen mit Schleppplatten
- Überwiegend positive Erfahrungen
- Keine systemrelevanten Schäden bekannt
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RiLi Schweiz
RiLi Österreich
www.astra.admin.ch
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Gliederung
 Einführung
 Historie
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Richtlinie integrale Bauwerke
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43
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4.
Einfeldrige Rahmenbauwerke
4.1 Schwierigkeitsklassen
- gültig für symmetrische Rahmen
- Schiefen 80 – 100 gon
- bei Schiefen < 80 gon,
- unsymmetrische Längsschnitte
- steife Gründungen / Widerlager
Abstufung der Grenzwerte um 5 m
bzw. Einstufung in nächst höhere
Schwierigkeitsklasse.
4.2 Anforderungen an die Bearbeitungstiefe in Planung und Bauausführung
gemäß Tabelle 4.2.1
4.3 Konstruktive Hinweise
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46
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5.2 Semi-integrale Mehrfeldrahmen
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48
6.
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Übergang Bauwerk - Hinterfüllung
49
6.2 Ausbildung von Schleppplatten
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50
Typ I
Typ II
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51
Typ III
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52
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Gliederung
 Einführung
 Historie
15.05.2013
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ausgeführte integrale Bauwerke
überschüttete Bauwerke
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55
Kleine Einfeldrahmen
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56
Stahlbetonrahmen
15.05.2013
57
integrale Stahlverbundbrücken
VFT-WIB®
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Integrale Spannbetonbrücken
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59
Fraport AG
Rollbrücke Ost Flughafen Frankfurt
Fraport AG
Fraport AG
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ausgeführte semi-integrale Bauwerke
Schrägstielrahmen
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61
Bogenbrücken
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62
Talbrücken
Integraler Teil = 414 m
Kochertalbrücke
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Talbrücke Zahme Gera
Integraler Teil = 290 m
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Ortsumfahrung Marienberg – Talbrücke Reiterberg
18,15 – 4 x 25,0 – 18,15 , L = 136,50 m
Höhe über Gelände ca. 12 m
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Heerstraßenbrücke Stahl-Verbund
Stuttgart
Y- Stützen
23,6-26,7-34,0-34,7-27,0
(= 146 m)
KorntalMünchingen
Rohr- Fachwerk
Stahl- Verbund
22.8-32.2-41.4x4-28.35-28.35-22.7
(= 300 m)
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Festpunkt
Integraler Teil: 452 m
Achsen 11 -13
gelagert
Scherkondetalbrücke
L = 572 m, semi-integral
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Gliederung
 Einführung
 Historie
15.05.2013
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Zusammenfassung und Ausblick
integrale und semi-integrale Bauwerke
•
erleben eine Renaissance,
•
Weltweit im Vormarsch
bieten insbesondere Vorteile in der Unterhaltung,
•
bei integralen Bauwerken weder Lager noch UKO´s
Integrale Bauwerke
•
Grenzwerte werden bestimmt durch die
 Beherrschung der Zwangsbeanspruchungen
 Beherrschung der Verformungen am Bauwerksende
semi-integrale Bauwerke
•
i.d.R. ausschlaggebend max. zulässige Verformung
Bewegungsnullpunkt – entferntesten monolithischen Verbindung
•
Anwendungsbereich ist steuerbar über diverse Einflussparameter:
Pfeilerhöhe, Pfeilerquerschnitt, Gründungsart, Bauweise,
Vorverformungen, Baustoffe, Bauwerksgeometrie, Herstellverfahren
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Zusammenfassung und Ausblick
Integrale Bauwerke
•
Ausführung bis ca. 50 m ist Stand der Technik
 In allen Bauweisen (Stahlverbund, Stahlbeton, Spannbeton)
 In allen Gründungsarten, unterschiedliche Schiefen
•
Wenig Erfahrung bei Stützweiten zwischen 50 m und 100 m
•
Problembereich: Übergang Widerlager – Hinterfüllung:
hier fehlen Langzeiterfahrungen
•
Forschungs- und Optimierungsbedarf (Konstruktion Schleppplatten)
semi-integrale Bauwerke
•
Bei optimaler Ausnutzung der Einflussparameter sind sehr
große Längen möglich
•
Das Bauverfahren, die Bauwerksgeometrie und die gezielte
Steuerung der Einflussparameter eröffnen weitere Spielräume.
Fehler in Planung und Bauausführung sind (meist) irreversibel !
Hoher Ingenieurverstand ist wichtiger denn je !
15.05.2013
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !
15.05.2013
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adhoc-AG integrale Bauwerke

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