Querkrafttragverhalten von nicht normgemäßen Schubbewehrungen bei Stahlbetonbrücken in Halbfertigteil-Bauweise

Abstract

Große Infrastrukturprojekte wie Straßenbauten und Eisenbahnstrecken stehen im Fokus des öffentlichen Interesses, da sie hohe Investitionen und meist auch Einschränkungen in der Mobilität der Bürgerinnen und Bürger verursachen können. Das gewünschtes Ziel von auftraggebenden Institutionen ist es daher, die Bauzeiten und Kosten so gering wie möglich zu halten. Neben der Minimierung der volkswirtschaftlichen Kosten müssen moderne Brückenbauten noch weitere Anforderungen erfüllen. Diese sind unter anderem die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs und des klimarelevanten Fußabdruckes, die Minimierung der manuellen Arbeiten auf Grund des Fachkräftemangels, die Beschleunigung von Abläufen um die zeitgebundenen Kosten einer Baustelle zu senken und die gleichzeitige Erhöhung der Ausführungsqualität, um langlebigere Bauwerke zu erhalten.Um diese mannigfaltigen Ziele zu erreichen wird seit mehreren Jahren am Institut für Tragkonstruktionen der Technischen Universität Wien an neuen Brückenbaumethoden für die Neuerrichtungen von Stahl- und Spannbetonbrücken geforscht. Unter anderem ist der breite Einsatz von sogenannten Stahlbeton-Halbfertigteilen Gegenstand der Untersuchungen. Hierbei werden dünne Stahlbetonfertigteile in einem Fertigteilwerk vorproduziert und im Anschluss auf die Baustelle geliefert, wo sie an die Einbaustelle versetzt und montiert werden. Diese haben neben einer statischen Tragfunktionen im Bau- und Endzustand auch die Aufgabe, als Schalung für die Ergänzungen aus Füll- und Aufbeton zu dienen. Um einen effizienten Einsatz zu gewährleisten sind im Allgemeinen auch spezielle Montagemethoden notwendig. Die neueste Entwicklung in diesem Gebiet stellt das LT-Brückenbauverfahren dar. Bei diesem werden auf die Brückenlängsträger Fahrbahnplattenelemente aus Halbfertigteilen in Querrichtung gelegt, welche bei der Querschnittsvervollständigung mit Beton keine zusätzlichen Unterstellung mehr benötigen. Eine besonders herausfordernde Arbeit bei der Verbindung der einzelnen Halbfertigteilsegmente ist das Verlegen der oberen Längsbewehrung, da diese aufwendig in die bereits einbetonierten Bügel eingezogen werden muss. Um eine Erleichterung dieser Tätigkeit herbeizuführen, wurden neuartige Schubbewehrungskonzepte entwickelt, welche aus geraden Stäben mit Umbiegungen zur Verankerung bestehen. Da dieses Schubbewehrungskonzept von den Anforderungen der derzeit gültigen Bemessungsnormen abweicht, wurden Belastungsversuche im Originalmaßstab durchgeführt. Diese Diplomarbeitbeschäftigt sich zuerst mit den theoretischen Grundlagen zum Schubtragverhalten von Stahlbetonträgern mit alternativen Querkraftbewehrungen und stellt im Anschluss das Versuchsprogramm vor. Den Abschluss der Arbeit bilden die Auswertung und Interpretation der gewonnen Erkenntnisse. Ziel ist es, die Tragsicherheit und das Tragverhalten von diesen speziellen Schubbewehrungsformen herauszufinden. Die Tragfähigkeit der einzelnen Bewehrungsvarianten – egal ob der Träger monolithisch oder in einer Bauweise mit Halbfertigteilen und Aufbeton hergestellt wurde – konnte bestätigt werden. Außerdem waren im Tragverhalten der einzelnen Versuchsträger keine großen Auffälligkeiten zu sehen. Einige Phänomene, welche in der Literatur beschrieben wurden, hatten wiederum keinen Einfluss und bedürfen daher einer weiteren, genaueren Untersuchung.

Large infrastructure projects such as road constructions and railway lines are of public interest,as they can cause major investments and restrictions on the mobility of citizens. The desired goal of clients is therefore to keep construction time and costs as low as possible. In addition to minimizing economic costs, modern bridge structures must also meet other requirements.These include reducing resource consumption and the carbon footprint, minimizing manual work due to the shortage of skilled labor, accelerating processes to reduce the time-bound costs of a construction site and increasing the quality of execution to obtain more durable structures.In order to achieve these different goals, researches on new bridge construction methods forthe erection of reinforced and prestressed concrete bridges has been carried out at the Institute for Structural Engineering at the Vienna University of Technology for several years. One of the subjects of investigation is the widespread use of semi-precast reinforced concrete elements in bridge engineering. Therefore thin precast reinforced concrete elements are produced in a stationary plant and subsequently delivered to the construction site, where they are assembled.In addition to a static load-bearing function during the construction and in the final state, these elements also have the task of serving as formwork for the additions of top concrete layers.To ensure an efficient deployment, special assembly methods are also necessary. The latest development in this research field is the LT-bridge construction method . In this method, deck slab elements made of semi-precast reinforced concrete elements are placed transversely on longitudinal bridge girders, which no longer require any additional support during the completion of the cross-section with concrete. One particularly challenging task when connecting the single precast segments is the laying of the upper longitudinal reinforcement, as it needs to be laborious threaded through the already embedded stirrups. In order to facilitate this task, new innovative shear reinforcement concepts have been developed which consist of straight bars with bends for anchoring.Since this shear reinforcement concept deviates from the requirements of the currently valid design standards, full-scale load tests were carried out. This diploma thesis first deals with the theoretical principles of the shear behavior of reinforced concrete beams with alternative shear reinforcement and then presents the test program. The conclusion involves the evaluation and interpretation of the results obtained. The aim is to determine the ultimate limit state and the load-bearing behavior of these special shear reinforcement forms.The load-bearing capacity of each shear reinforcement concept could be confirmed – no matter if the beam was built monolithic, or with semi-precast elements with top concrete layers.Furthermore, there were no great conspicuities in the bearing behavior of the tested beams.Nevertheless, some phenomena, which were described in theoretical references, had no influence and do need more detailed investigations.