Horeschy, L. (2022). Untersuchungen zur Tragfähigkeit und zum Ermüdungsverhalten der SCSC-Platte als Plattenbrücke [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2022.92722
Die Steel-Concrete-Steel-Composite (SCSC) Platte ist eine sehr schlanke Tragkonstruktion die als Fahrbahnplatte für Eisenbahnbrücken eingesetzt werden kann. Beim Einsatz als Trogbrücke bildet die SCSC-Platte den Untergurt der Brückenkonstruktion und leitet die Lasten in Querrichtung zum Hauptträger ab. Wird die SCSC-Platte als Plattenbrücke eingesetzt, trägt sie als alleiniges Tragelement sowohl die Lasten in Längsrichtung als auch in Querrichtung ab.Aus vorausgegangenen Forschungen geht die Geometrie hinsichtlich der Dicke der Deckbleche, der Anordnung der Dübelleisten und der Löcher sowie die Randausbildung der Platte hervor. Die bisherigen Untersuchungen dazu ergeben eine Gesamthöhe der SCSC-Platte von 200 mm mit äquidistantem Abstand der Dübelleisten.Die Diplomarbeit von Lorenz [1] behandelt die Analyse von Finite-Elemente-(FE-) Berechnungen einer SCSC-Plattenbrücke mit 4,5 Meter Spannweite die mit ABAQUS/-CAE [16] durchgeführt wurden. In dieser Arbeit werden die maßgebenden Stellen der Konstruktion ermittelt, sowie alle weiteren Bereiche, die für eine spätere Bemessung relevant werden.Anhand der Ergebnisse von Lorenz [1] (ODB-Files) wird in dieser Diplomarbeit ein Ingenieurmodell abgeleitet, mit welchem es möglich ist, die Nachweise sowohl im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS), im Grenzzustand der Ermüdung (FLS) sowie im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (SLS) an den jeweils maßgebenden Stellen zu führen. Das entwickelte Ingenieurmodell besteht aus zwei Teilen: einem Sprengwerkmodell und einem Biegeträgermodell. Mit dem Sprengwerkmodell wird die auflagernahe Belastung der SCSC-Platte berücksichtigt, da sich laut der Analyse der FE-Berechnungen zeigt, dass diese Belastung über Druckstreben im Kernbeton direkt zum Auflager geleitet wird. Der Querschnitt für das Sprengwerkmodell besteht dabei aus einem Obergurt, der die Betondruckzone repräsentiert und dem Bodenblech als Untergurt, da die Zugfestigkeit des Betons nicht in Rechnung gestellt wird. Die Belastung in Feldmitte hingegen wird im Biegeträgermodell angesetzt, dessen Querschnitt aus Deck- und Bodenblech sowie den Dübelleisten und dem Abschlussblech besteht. Die Dübelleisten sind mit einer durchgehenden Aussparung mit einer Höhe von 100 mm abgebildet. Eine zentrale Annahme dabei ist, dass der Querschnitt trotzdem schubsteif verbunden ist, was in der Praxis mit dem Kernbeton realisiert wird.Die Schnittgrößen, die mit diesem Ingenieurmodell berechnet werden, dienen als Grundlage für die Berechnung der Spannungen für die Nachweise, die sowohl für das Grundmaterial als auch die Schweißverbindungen geführt werden. Alle berechneten Spannungen laut Ingenieurmodell müssen dabei im Vergleich mit den Ergebnissen der FE-Berechnungen auf der sicheren Seite liegen.Weiters wird die Auswirkung von Querbewehrung in der SCSC-Plattenbrücke beschrieben, die normal zu den Dübelleisten, durch die Dübellöcher eingelegt wird. Im unbewehrten Modell kommt es zu Knicken in der Verformungslinie in Querrichtung, welche das Reißen vom Beton in den Betondübeln im ULS zufolge haben. Anhand eines bearbeiteten ABAQUS-Modells wird die Auswirkung der Querbewehrung festgestellt, wobei zu sehen ist, dass der Knick und folglich auch die Betonschädigung deutlich reduziert werden kann.
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The Steel-Concrete-Steel-Composite (SCSC) plate is a very slim support structure that can be used as a deck slab for railway bridges. She can be used as trough bride or as a slab bridge. When used as trough bridge the SCSC-plate forms the girt of the structure and is used to carry the load to the main steel girders. As a slab bridge the SCSC-plate is the sole supporting element and carries the loads in longitudinal and traverse direction.The geometry results from previous research, which include the plate thickness, the arrangement of the dowel bars and their holes as well as the edge design. The total height of the SCSC-plate is 200 mm with constant distance between the dowel bars.The diploma thesis of Lorenz [1] deals with the analysis of finite-element-(FE-) calculations of a SCSC-slab bridge with a span of 4,5 meters which were realized in ABAQUS/-CAE [16]. In this thesis the crucial points of the construction were determined, as well as all other areas that are relevant for the design.With those results (ODB-files) an enigineering model is derived, on which basis the stress design in the ultimate limit state (ULS), the fatigue limit state (FLS) as well as the serviceability limit state (SLS) can be carried out. The developed engineering model consists of two parts: a truss model and a beam model. The load close to the support can be taken into account with the truss model, because the analysis of the FE-calculations shows that those load are directly carried to the supports through concrete struts. The cross section of the truss model consists of the concrete pressure zone which represents the upper flange of the truss model. The bottom steel plate represents the lower flange of the truss model, because the tensile strength of the concrete is not taken into account. The load in the middle of the span is applied to the beam model, which cross section consists of the bottem steel plate and the top steel plate, as well as the dowel bars and the end plate. The dowel bars have a continuous opening, which measures 100 mm. A crucial assumption is that the cross section is rigid, which is realized with the concrete core in the case of the real SCSC plate.The stress resultants that can be calculated with this engineering model are the foundation for the proof of loading capacity, which are calculated for the base materials as well as the welded connections. All stresses that are calculated with the engineering model have to be on the safe side, compared to the results from the FE-calcuations.Furthermore the impact of reinforcement traverse to the dowel bars are described. In the model without reinforcement there is a kink in the vertical displacement, which causes the concrete to tear inside of the dowels in ULS. The impact of the reinforcement is calculated in an edited ABAQUS-file, which shows that the kink and the following tear of the concrete can be reduced significantly.