Herleitung von Rechenmodellen zur Spannungsberechnung für ein Hängeranschluss-Detail einer Stabbogenbrücke auf Basis von Parameterstudien

Abstract

Für eine neue Stabbogenbrücke über den Rhein im Zuge des Umbaus der Eisenbahnstrecke zwischen St.Margrethen (Schweiz) und Lustenau (Österreich) wurde für den Anschluss der Hänger an den Versteifungsträger ein Detail entwickelt. Dieses zeichnet sich durch die geschmiedete, schaufelartige Verbreiterung des Hängers aus, die mit einem Anschlussblech an den Obergurt des Versteifungsträgers geschweißt ist. In der Ebene des Anschlussblechs befindet sich eine Querscheibe zwischen den Stegen des Versteifungsträgers. Der beschriebene Anschluss kommt ohne Schraubverbindungen aus und ist ausschließlich geschweißt.<br />In der vorliegenden Arbeit ist das oben in aller Kürze beschriebene Detail in einer Parameterstudie bearbeitet. Ziel der Parameterstudie ist die Erstellung von "Rechenmodellen", die es ermöglichen, aufgrund geometrischer Detailabmessungen und einer vorgegebenen Hängerkraft die maßgebenden Schweißnahtdicken abschätzen zu können. Dafür wird ein idealisiertes und vereinfachtes Detail - ausgehend von den konkreten Projektangaben - entwickelt. Als Parameter werden drei charakteristische Bauteilabmessungen bestimmt. Für die Durchführung der Parameterstudie werden Grenzen für die Parameter festgelegt und mit Hilfe eines Finite Elemente Programms zahlreiche Detailmodelle untersucht. Die Ergebnisse in den ausgewählten Schnitten werden grafisch und tabellarisch miteinander verglichen und einfache Gesetzmäßigkeiten in den Spannungsmaxima, den Spannungsverteilungen und den übertragenen Kräften erkannt. Diese Größen werden in Abhängigkeit von den Parametern und konstant angenommenen Abmessungen in einzelnen Diagrammen dargestellt.<br />Für die entstandenen Kurven in den Diagrammen lassen sich Näherungsgeraden finden. Damit ist die Basis für die Rechenmodelle geschaffen. Mit diesen Diagrammen und kurzen, einfachen Formelapparaten lassen sich die gesuchten Größen (Einflusslänge, Spannungsmaximum, Ausbreitungswinkel) berechnen und in weiterer Folge die Schweißnähte bemessen.<br />Im letzten Teil der Arbeit werden die Rechenmodelle für alle Modelle aus den Parameterstudien für einen konkreten Lastfall ("Hängervolllast") angewandt und mit den Ergebnissen aus der Finite Elemente Analyse verglichen. Durch den Auftrag der Ergebnisse in Diagrammen kann so die Anwendbarkeit und die Güte der Rechenmodelle gezeigt werden. Die Ergebnisse aus der Anwendung der Rechenmodelle werden im Anschluss verwendet, um die Schweißnahtdicken des Details abzuschätzen.

The existent railway bridge between St. Margrethen (Switzerland) and Lustenau (Austria) is going to be replaced by a new bowstring bridge constructed of a stiffening girder and hanger rods made of steel as well as a bow of reinforced concrete. The object of this diploma thesis is the study of the detail "connection of a hanger rod to the stiffening girder". The end of the hanger is forged and designed like a shovel in the area where the hanger rod is welded on the top chord of the stiffening girder. The cross compartment is located between the webs of the stiffening girder along an extension of the hanger rod. The connections between the construction components are welded and built without any screws. The described detail is analysed in a study of parameters. The result of the study is the development of "Rechenmodelle" to estimate the thickness of the welding seams. "Rechenmodelle" are formulas and diagrams and their input values are the dimensions of the construction components and the known tension of the hanger rod. To accomplish the study the details of the project have to be idealised and simplified. The three selected parameters are characteristic dimensions of the detail. The parameters get varied between selected limits. The outcome of this variations are many different models of the detail, witch get analysed by a finite element programme. The stress distributions, maximal stress and load transmissions of the selected sections are compared graphically and in table form. These results are plotted against the parameters and unchanged dimensions in diagrams. The resulting graphs get approximated and the "Rechenmodelle" are based on these approximations.<br />At least the stress of the sections of all models get calculated for a defined loading case using the "Rechenmodelle" in comparison to the results of the finite element analysis. The comparisons between the results ("Rechenmodelle" towards finite element analyse) demonstrate the practicability and quality of the "Rechenmodelle".<br />