Vorgespannte Betonbrücken mit integriertem Fahrbahnbelag

Abstract

In Österreich wird ein Hauptteil aller Brücken in Betonbauweise hergestellt. Mit dem zurzeit üblichen Deckenaufbau kommt es jedoch zu einem enormen Erhaltungsaufwand aufgrund der durch die Korrosion der Bewehrung entstehenden Schäden. An der Technischen Universität Wien am Institut für Tragkonstruktionen - Betonbau wurde deshalb ein neuer Ansatz für Brückenquerschnitte in Spannbetonbauweise entwickelt, bei dem auf die korrosionsgefährdete schlaffe Bewehrung verzichtet wird und dadurch die Anzahl der Schichten des Deckenaufbaus minimiert werden kann. Diese Entwicklung wurde beim Bau der Egg-Graben Brücke in Salzburg erstmals umgesetzt.<br />Durch die, im Vergleich zur Tragwerksbetonoberfläche erhöhten Anforderungen an die Oberfläche der Fahrbahn, ist es notwendig, diese in Form einer Aufbetonschicht extra auszuführen.<br />Diese Arbeit befasst sich mit der Auswertung von Versuchen, die im Zuge des Forschungsprojektes "Vorgespannte Betonbrücken ohne Betonstahlbewehrung, Abdichtung und Fahrbahnbelag" durchgeführt wurden.<br />Das Tragverhalten dieses neuen Brückenquerschnittes mit einem integrierten Betonfahrbahnbelag sollte durch Großversuche untersucht werden. Die Abmessungen des Querschnittes der Versuchskörper wurden von der Fahrbahnplatte der Egg-Graben Brücke übernommen. Die Versuchskörper waren zentrisch vorgespannt mit nachträglichem Verbund. Auf den erhärteten Tragwerksbeton wurde nach der Behandlung der Oberfläche mittels Hochdruckwasserstrahlen eine 5 cm dicke Oberbetonschicht betoniert.<br />Auf eine Anordnung von Verbindungsmitteln in der Verbundfuge wurde verzichtet, da nachgewiesen werden sollte, dass die durch den Versuch in der Fuge entstehenden Kräfte alleine durch den Betonverbund aufgenommen werden können. Um Aussagen über das Verhalten der Aufbetonschicht für den Feld- und Stützbereich einer Brücke treffen zu können, wurden jeweils Körper als Druckzonenergänzung (DZE) und als Zugzonenergänzung (ZZE) ausgeführt.<br />Die Versuchskörper wurden einer Dauerschwingbelastung mit 4 Mio.<br />Lastwechseln ausgesetzt und danach durch Aufbringen einer statischen Last bis zum Erreichen der Traglast beansprucht. Die Belastung für den Dauerschwingversuch wurde gemäß ÖNORM EN 1992-1-1 ausgelegt.<br />Weder bei der DZE, noch bei der ZZE, kam es infolge der aufgebrachten dynamischen und statischen Beanspruchungen zu einem Versagen der Verbundfuge. Die entstehenden Kräfte konnten durch den Haftverbund bzw.<br />bei der DZE zusätzlich durch den Reibungswiderstand aufgenommen werden.<br />Die bei der ZZE vor Versuchsdurchführung erzeugten Risse (wk =0,05\ mm) in der Aufbetonschicht wurden durch die Dauerschwingbelastung nicht nennenswert vergrößert. Durch die Wirkung der Vorspannung und die Verbundwirkung der Fuge kam es zu einer risseverteilenden Wirkung für den Betonfahrbahnbelag, was sich günstig auf die Rissweite und Rissabstände auswirkte. Infolge der Steigerung der statischen Last bis zum Erreichen der Traglast kam es zu einem Fortschreiten der Risse in den Tragwerksbeton ohne Versatz in der Verbundfuge. Durch zusätzliche Probenahmen nach den durchgeführten Versuchen der DZE konnte bestätigt werden, dass die Verbundfuge die entstandenen Kräfte ohne Verbindungsmittel aufnehmen kann.<br />Das System einer Spannbetonbrücke mit integriertem Fahrbahnbelag ohne Verbundmittel in der Fuge weist bei sorgfältiger Ausführung der Verbundfuge sehr gute Eigenschaften hinsichtlich Ermüdung, Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit (Rissbreite und Rissabstände) auf.<br />

A large number of new bridges in Austria are built in concrete.<br />The maintenance efforts for bridges erected in concrete construction are large, e.g., emerging from corrosion of the reinforcement. Therefore, the Institute for Structural Engineering of Vienna University of Technology developed a pre-stressed concrete bridge without using reinforcing steel to reduce these repair costs. Furthermore, this new system does not need any insulation of the concrete surface and has a reduced number of layers. As the surface of a road has to endure high stresses, it is necessary, to ensure a high quality and a good compound of the top concrete layer with the supporting structure. The new construction method was first applied for the construction of the Egg-Graben Bridge in Salzburg.<br />This thesis deals with the results of experiments carried out for the research project 'Pre-stressed concrete bridges without reinforcing steel, sealing and pavement'. The load bearing capacity of this new bride cross section with integrated concrete top layer was tested by large scale tests. The specimen dimensions were adopted from the Egg-Graben Bridge. The specimens were centrically pre-stressed using bonded tendons. After the treatment of the surface with high-pressure jets of water a 5 cm thick concrete layer was applied. No extra reinforcement was used to link both layers to prove that just the concrete bond can absorb the occurring forces. Two of the specimens were assembled as compression zone supplements, two as tension zone supplements to determine the behaviour of the pavement in the field and supporting area of the bridge. The test bodies were exposed to a long-term cycling load with four million load changes. Afterwards a static load was raised up to the load-bearing capacity. The load for the fatigue tests was calculated by the fatigue analysis according to ÖNORM EN 1992-1-1.<br />Both specimens displayed positive response after the dynamic and static load. The adhesion bond and the frictional resistance absorbed the occurring forces. Additional samples taken after testing the compression zone supplement confirmed that the joint can take the resulting forces without further reinforcement between the top concrete layer and the construction.<br />The system of a pre-stressed concrete bridge with top concrete layer without further reinforcement shows by careful implementation of the construction joint very good qualities concerning load-bearing capacity, serviceability and fatigue behaviour.<br />