Monitoringbasierte Analyse eines Prototyps einer integralen Brücke mit Bogen-Zugband Tragwirkung

Abstract

Im Brückenbau geht der weltweite Trend eindeutig in Richtung der integralen Bauweise. Aufgrund der monolithischen Bauweise von Über- und Unterbau, lassen sich Fugen und Fahrbahnübergänge zur Gänze vermeiden. Daraus resultieren zum einen wirtschaftliche Vorteile in der Bauerwerkserhaltung und zum anderen lassen sich schlanke und optisch sehr ansprechende Bauwerke realisieren. Die integrale Bauweise hat sich vor allem für Bauwerkslängen bis 70 m bewährt. Bei größeren Bauwerkslängen stellen die temperaturbedingten Verformungen im Wi-derlagerbereich den limitierenden Faktor dar. Mit zunehmender Länge ist der Einsatz von Fahrbahnübergangskonstruktionen nur beschränkt abzuwenden, wodurch die integrale Brücke in eine semi-integrale Brücke übergeht. Am Institut für Tragkonstruktionen der Technischen Universität Wien - Forschungsbereich für Stahlbeton und Massivbau, wird ein Verfahren entwickelt, das die Problematik mit den Temperaturverformungen löst und zudem den Bauablauf optimiert. Dabei wird vom günstigen Temperaturverhalten eines Bogentragwerks Gebrauch gemacht. Wesentliches Merkmal des neuen Verfahrens ist die Anordnung von in den Bogenfußpunkten angeschlossenen Zugbändern. Diese dienen der Aufnahme des Horizontalschubs im Bauzustand und verbessern durch die versteifende Wirkung das Tragverhalten bei asymmetrischer Belastung. Zudem erhöht sich die Standsicherheit der Gesamtkonstruktion im Falle des Ausfalls eines Bogens und verhindert einen Totaleinsturz. Monitoringbasierte Untersuchungen zum Tragverhalten einer nach der neuen Technologie er-bauten Brücke werden seit Mai 2018 in Gars am Kamp am Lagerplatz der Firma Franz Oberndorfer GmbH & Co KG an einem etwa 28 m langen dreifeldrigen Prototyp durchgeführt. Dieser kann als Ausschnitt aus einer unendlich langen integralen Brücke gesehen werden. Mittels des integrierten Messsystems lässt sich das Temperaturverhalten des Prototyps realitätsnah abbilden. Relevante Messgrößen betreffen das horizontale und vertikale Verformungsverhalten, Spannkraftänderungen und die Quantifizierung des Zwangs am Widerlager. Dabei wird aufgezeigt, ob die getroffenen Annahmen die Anforderungen des neuen Verfahrens hinsichtlich dem Tragverhalten in den wesentlichen Aspekten erfüllen. Mithilfe der Messdaten werden zudem die Annahmen im Rechenmodell verifiziert und optimiert, unter der Berücksichtigung von materiellen Langzeiteinflüssen (Kriechen und Schwin-den). Darüber hinaus werden die Anwendungsgrenzen linear-elastischer Modelle aufgezeigt und Vergleiche zu nicht-linearen Berechnugsmodellen gezogen. Dabei werden die Folgen einer möglichen Rissbildung auf das Tragverhalten quantifiziert.

In bridge construction, the global trend is clearly tending to the direction of integral construction. Due to the monolithic construction of the superstructure and substructure, joints and road junctions can be completely avoided. On one hand, this results in economic advantages in the conservation of buildings and, on the other hand, slender and visually appealing buildings can be realized. The integral construction has proven itself especially for lengths up to 70 m. For larger lengths, the temperature-induced deformations in the abutment area are the limiting factor, since with increasing length the use of roadway constructions can only be averted to a limited extent, and the integral bridge changes into a semi-integral bridge. At the Institute for Structural Engineering of the Vienna University of Technology - a procedure is developed that solves the problem with the temperature deformations and also largely optimizes the construction process. In doing so, use is made of the favorable temperature behavior of an arched structure. An essential feature of the new method is the arrangement of tension belts connected in the springers. These serve to absorb the horizontal thrust during construction and improve the load-bearing behavior under asymmetric load due to the stiffening effect. In addition, the stability of the overall construction increases in the event of failure of a single span and prevents a total collapse. Monitoring-based investigations into the load bearing behavior of a bridge built using the new technology have been carried out since May 2018 in Gars am Kamp at the storage site of Franz Oberndorfer GmbH & Co KG on a prototype of about 28 m length. This can be seen as a section of an infinitely long integral bridge. By means of the integrated measuring system, the temperature behavior of the prototype can be modeled realistically. Relevant measured variables concern the horizontal and vertical deformation behavior, changes in the clamping force and the quantification of the force on the abutment. It will be shown whether the assumptions made satisfy the requirements of the new method with regard to the structural behavior in the essential aspects. The measurement data also makes the assumptions in the calculation model clear and optimized, taking into account long-term material effects (creep and shrinkage). In addition, the application limits of linear-elastic models are shown and comparisons to non-linear calculation models are drawn. The consequences of possible crack formation on the load bearing behavior are quantified.