Egly, P. (2022). Untersuchungen zur Quertragwirkung einer Trogbrücke mit SCSC-Platte [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2022.100404
Die SCSC-Platte (Steel-Concrete-Steel-Composite-Plate) ist eine Verbundplatte mit extrem geringer Bauhöhe, welche am Institut für Tragkonstruktionen – Forschungsbereich Stahlbau der TU Wien entwickelt wird. Das langfristige Ziel ist es, eine Alternative zur Grobblechplatte zu bieten, dementsprechend umfasst das Einsatzgebiet der SCSC-Platte den Eisenbahnbrückenbau mit kurzen Spannweiten, wobei zwischen den Anwendungsfällen Fahrbahndeck einer Trogbrücke und Plattenbrücke unterschieden wird. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Untersuchungen zur Quertragwirkung der Platte als Fahrbahndeck einer Trogbrücke. Die Besonderheit dieses Anwendungsfalls ist die Tatsache, dass die Platte als Untergurt der Hauptträger fungiert und somit einer nicht zu vernachlässigenden Zugbelastung in Brückenlängsrichtung ausgesetzt ist.Unter anderem der Einfluss dieser Längsdehnung wird mithilfe von Finite-Elemente-Simulationen analysiert. Dabei zeigt sich, dass die mit der Längsdehnung einhergehende Querkontraktion einen maßgeblichen Einfluss auf die Tragmechanismen in der Platte hat. Weiters werden die Auswirkungen eines Bewehrungskorbes im Beton sowie beidseitige Verschweißungen der Dübelleisten im Randbereich der Platte untersucht.Die Arbeit startet mit der Beschreibung der SCSC-Platte und den bisherigen Forschungen inden Kapiteln 1 und 2. Anschließend wird die Modellierung der Berechnungsmodelle in Kapitel 3 ausführlich beschrieben. Dabei wird unter anderem auf die Material- und Kontaktdefinitionen sowie die Lastaufstellung eingegangen. Außerdem folgen Erläuterungen zu den Erweiterungen mit Bewehrung und den zusätzlichen Schweißnähten. In Kapitel 4 werden schließlich die ersten Resultate dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Ergebnisvergleich von Schnittgrößen und Verschiebungen zwischen dem RFEM- sowie einem Abaqus-Modell, wobei eine gute Übereinstimmung zu beobachten ist. Im Anschluss daran folgt mit Kapitel 5 eine detaillierte Auswertung der Ergebnisse aller Abaqus-Modelle.Zuerst wird die Länge der zusätzlichen Schweißnähte im Randbereich untersucht. Dabei wird festgestellt, dass die Nähte möglichst lang sein sollten, wobei sie in der Mitte zwischen zwei Dübelnenden müssen. Anschließend werden die Arbeitslinien – die Gegenüberstellung von Belastungund Verschiebung – dargestellt und daran die Auswirkungen der verschiedenen Modellvarianten diskutiert. Sowohl die Längsdehnung, als auch der Bewehrungskorb sowie die zusätzlichen Schweißnähte führen zu einer Verringerung der Durchbiegung in Plattenmitte. Während dies bei den zwei letzteren zu erwarten war, waren die Auswirkungen der Längsdehnung unerwartet.Um ein tieferes Verständnis für die Gründe dieser Ergebnisse zu erlangen, werden weiteres peziell modifizierte Modelle entwickelt, Teilschnittgrößen in Plattenmitte, Dübelkräfte und die Hauptdruckspannungen im Betonkern untersucht. Zuletzt werden die Biegesteifigkeiten der verschiedenen Plattenvarianten in Querrichtung bestimmt und diskutiert.Zum Abschluss folgt eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie ein Ausblick, welche weiteren Forschungen aktuell im Gange sind und welche Aspekte aus vorliegender Arbeit in Zukunft sinnvollerweise näher untersucht werden sollten.
de
The SCSC-Plate (Steel-Concrete-Steel-Composite-Plate) is a composite plate with extremely small thickness, which is being developed at the Institute of Structural Engineering – Research Unit Steel Structures of the TU Wien. The long term goal is to offer an alternative for very thick(120 mm) steel plates for short-span railway bridges, where we differentiate between the two use cases deck slab of a trough brigde and slab bridge. The present thesis deals with the investigation of the transversal load-bearing behaviour as a deck slab of a trough bridge. The specialty of this use case is the fact that the slab functions as the main girder’s bottom flange and therefore gets a not negligible tensile force in the longitudinal direction of the bridge.Among other topics, the effects of this longitudinal strain is analysed with the aid of finite element-simulations. It shows that the transversal contraction, which comes along with the strain in longitudinal direction, has a major impact on the load-bearing mechanisms of the composites lab. Further, the effects of a reinforcement cage in the concrete as well as the dowel bars welded on cover and bottom plate in the outer regions of the slab are investigated.The thesis starts with a desription of the SCSC-Plate and an analysis of the previous researchin Chapters 1 and 2. Next, the modelling of the computaional models is described in detail in Chapter 3. For example, the material and contact definitions as well as the acting loads are discussed in this section. Furthermore, an explanation of the extensions with reinforcement and the additionals weldings follows. Chapter 4 shows the first results, which are comparisons of the appearing internal forces and displacements in the RFEM and in the Abaqus model. A good match is achieved. In Chapter 5, a detailed evaluation of the results of all Abaqus models is presented.At first, the length of the additional weldings in the edge area is investigated. The research on this shows that the weldings should be as long as possible and have to end in the middle betweend two dowels. Furthermore, the force-displacement behaviour is used to determine the differences between the models and therefore the effects of the longitudinal strain, reinforcement and the additional weldings. All of these three aspects reduce the vertical displacement in the middleof the slab. While this was expected for the last two, it came as a surprise for the longitudinalstrain. To gain a deeper understanding of the reason for this behaviour, more models with small but very special modifications are developed. Furthermore, the internal forces in the middle of the slab as well as dowel forces and the mininmal principal stresses in the concrete are analysed.At the end of Chapter 5, the bending stiffness in transversal direction of the models is calculated and discussed.Finally, Chapter 6 consists of a summary of all relevant results as wells as an outlook that shows which research is currently in progress and which aspects of the present thesis should be further investigated.