Großmaßstäbliche Querkraftversuche an Stahlbetonplattenbrücken

Abstract

In Österreich wurden in der Nachkriegszeit eine große Anzahl an Stahlbetonplattenbrücken für den Eisenbahnverkehr errichtet. In der Zeit von 1940 bis 1990 wurde dabei für plattenförmige Tragwerke häufig eine Bauweise eingesetzt, bei der die Längsbewehrung aufgebogen wurde. Diese aufgebogenen Längsstäbe hatten die Aufgabe, die Schubkräfte abzutragen. Aufgrund der hohen Dauerhaftigkeit des Baustoffes sind noch immer sehr viele dieser Brücken in Betrieb und somit den aktuellen Verkehrsbelastungen ausgesetzt. In Zukunft wird daher die Zustandserfassung und Bewertung der Tragfähigkeit alter Brückentragwerke eine immer größer werdende Rolle spielen. Diese Bewertung muss derzeit nach der aktuellen Bemessungsnorm mit einem rechnerischen Nachweis der Tragfähigkeit durchgeführt werden. Durch die Veränderung der Normen, vor allem im Bereich der Schubtragfähigkeit, können bei einigen Brückentypen die geforderten Querkrafttragfähigkeitsnachweise oftmals nicht erbracht werden. Durch die Veränderung der Bauweise im Bereich der Querkraftbewehrung sind in den aktuellen Normen keine exakten Ansätze für die Beurteilung der Tragfähigkeit von aufgebogen Längsstäben enthalten. Die Ergebnisse aus Nachrechnungen führen deshalb häufig zu Verstärkungen oder gar zu einem Neubau. Daher wird das Tragverhalten von Stahlbetonplatten mit aufgebogenen Längsstäben in dieser Arbeit näher untersucht. Zu Beginn wird neben der historischen Entwicklung der Normen auch die Entwicklung der Bauweise mit aufgebogenen Längsstäben und deren damaligen Konstruktionsregeln vorgestellt. Einen wesentlichen Bestandteil dieser Arbeit stellen die experimentellen Untersuchungen an zwei großmaßstäblichen Stahlbetonplatten, welche eine Eisenbahnbrücke simulieren, dar. Dabei wurde eine Platte ohne Oberbau und eine Platte mit einem Oberbau, wie es im Eisenbahnbau üblich ist, getestet. Die Bewehrungsführung der zwei Platten war ident, wobei die Aufbiegungen an beiden Enden jeder Platte unterschiedlich ausgeführt wurden. So wurde die Querkraftbewehrung an einer Seite mit nur einer Reihe aus aufgebogenen Längsstäben bewerkstelligt und das andere Plattenende mit zwei Reihen. Jede Platte wurde mit zwei auflagernahen Einzellasten belastet. In der Diplomarbeit werden die Herstellung der Versuchskörper wie auch die Versuchsdurchführung im Detail beschrieben. Nach der Präsentation der aus den Experimenten gewonnenen Daten werden diese mit den Ergebnissen von Voruntersuchungen an Trägern, welche einen Ausschnitt einer Platte darstellen, verglichen. Anschließend werden die Ergebnisse mit den rechnerischen Traglasten nach Eurocode 2 und fib Model Code 2010 gegenübergestellt. Dabei stellt sich heraus, dass erstens die beiden Tragverhalten von Platte und Träger nicht ident sind und zweitens keine der Nachrechnungsmethoden die Traglast genau abbildet. Die Ergebnisse laut Eurocode liegen jedoch am nähesten an der tatsächlichen Traglast. Den Abschluss der Arbeit stellt eine normgemäße Bemessung der Stahlbetonplatten dar. Um die Bemessungsunterschiede neuer und alter Normen bezüglich der Querkrafttragfähigkeit von aufgebogenen Stäben aufzeigen zu können, erfolgt die Bemessung einerseits mit dem aktuellen Eurocode und weiters mit der alten nicht mehr gültigen ÖNORM B 4200. Dabei ist das Ergebnis, dass die tatsächlich gemes-senen Traglasten um ein Vielfaches größer als die maßgebenden charakteristischen Schnittgrößen nach Norm sind.

After World War II a significant number of reinforced slab bridges were built throughout the Austrian railway system. Between 1940 and 1990 plate-shaped bearing structures frequently featured a construc-tion with a bent up longitudinal flexural reinforcement in order to resist the shearing forces. Due to the high durability of the building materials used, a high percentage of the bridges constructed during that period are still operating and thus exposed to the prevailing loads. Therefore, the detection and the as-sessment of old bridge bearing structures based on currently applying engineering norms will be of increasing importance in the future. As a result of the modifications to the applicable norms regarding shear load bearing capacity, however, for some bridge types the required checks regarding shear may not be fulfilled. In consequence of changed constructions of transverse reinforcement the currently applying engineering norms do not contain accurate rules for the assessment of the load bearing capacity of bent up bars, so that recalculations often lead to reinforcement or even reconstruction. On these grounds, the thesis analyses the load bearing behaviour of reinforced slabs with bent up bars and for this purpose expounds the history of the relevant engineering norms as well as the development of the construction with bent up bars and the former rules of construction. The experimental testing carried out with two concrete slabs simulating a railway bridge forms an integral part of the thesis. In these tests â as common with railway bridges â one slab with and one without a track superstructure was tested. The configuration of reinforcements of both slabs was identical, the bending up on both ends of each slab, however, was implemented differently as the transverse reinforcement was constructed with only one row of bent up bars on one side and two rows on the other slab end. Each slab was then loaded with two single loads nearby the support. The thesis illustrates the construction process of the concrete slab samples and the test setup in detail. The data derived from the testing is presented and compared to the results acquired from previous studies carried out with cutouts of the slab. Subsequently the results are reviewed with the calculated maximum loads stated by Eurocode 2 and fib Model Code 2010. Thereby it is shown, that there is a divergence in the load bearing behaviour of the slab and the beam and that even though the calculation based on the Eurocode is the most dependable, none of the recalculation methods reflects the bearing load precisely. In a final step the thesis presents the dimensioning of the reinforced concrete slabs in adherence to the relevant norms. In order to display the differences between the currently applying and the former regulations with regard to shear load capacity the dimensioning is carried out based on the current Eu-rocode on the one hand and on the expired Ö NORM B 4200 on the other hand. This method demon-strates that the effectively detected bearing loads are by many times higher than the relevant characteristical stress resultants based on the norms.