Untersuchungen zum Einfluss der Quertragwirkung auf die Gesamttragfähigkeit einer dreizelligen Hohlkastenbrücke in Verbundbauweise

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Quertragwirkung eingleisiger Eisenbahnbrücken, ausgeführt mit dreizelligen Hohlkastenquerschnitt in Verbundbauweise. Eine Besonderheit der untersuchten Brücken ist der Verzicht auf Aussteifungsebenen, lediglich an den Auflagern sind Querschotte vorgesehen. Ziel der Arbeit ist es, die bei dieser Bauweise in den Stegen des Querschnittes entstehenden Querbiegemomente und die daraus resultierenden Querspannungen zu bestimmen sowie deren Einfluss auf die Tragfähigkeits-, Gebrauchstauglichkeits- und Ermüdungsnachweise zu bestimmen. Dazu werden in einem ersten Schritt drei Brücken mit unterschiedlichen Stützweiten und daraus resultierenden unterschiedlichen Querschnittshöhen anhand von Finite-Elemente-Modellen berechnet und die obigen genannten Nachweise geführt. In Kapitel 3 und 4 sind die nach dem derzeit gültigen Normenstand anzusetzenden Einwirkungen und Lastkombinationen sowie die zu führenden Nachweise beschrieben. Zur Berechnung wird das Finite-Elemente-Programm Sofistik verwendet, welches eine Berücksichtigung der Baugeschichte der Brücken sowie des Langzeitverhaltens des Betons ermöglicht. In einem zweiten Schritt werden die Brücken, als Stabmodell vereinfacht, nach der linearen Stabtheorie nachgerechnet und die Spannungen nach dem Gesamtquerschnittsverfahren bestimmt. Mit dem anschließenden Vergleich und der Analyse der Ergebnisse aus den zwei Berechnungsverfahren konnte eine Aussage über das Quertragverhalten der Brücke und dessen Einfluss auf die maßgebenden Nachweise getroffen werden: Die Querbiegespannungen sind für den untersuchten Bereich der Stützweiten nicht bemessungsrelevant. Eine Berechnung nach Stabtheorie unter Berücksichtigung der Wölbnormalspannungen z.B. mittels Drillträgerverfahren ist für die Bemessung derartiger Brücken ausreichend. Ein nachweisbarer Zusammenhang zwischen den Längsspannungen Sigma_x und den Querspannungen Sigma_y, welcher es erlauben würde von den Längsnormalspannungen infolge einer Berechnung nach Stabtheorie auf die Querbiegespannungen zu schließen, konnte nicht gefunden werden.

This thesis deals with the cross carrying effect of single track railroad bridges designed as a compound construction with a triple box girder cross section. A characteristic of the examined bridges is the absence of bracings; transverse diaphragms are provided only at the supports. The objective of the thesis is to determine the transverse bending moments that occur in the webs as well as their effect on checks regarding the ultimate limit state, the serviceability limit state and fatigue. In a first step, three bridges with differing spans are computed using finite element models and the above mentioned limits are investigated. In Chapters 3 and 4 the applicable loads, load combinations and necessary checks are specified according to the actual standards. The computation is carried out using the finite elements program Sofistik, which enables the consideration both of the building history and of the long term behavior of the concrete (creeping and shrinkage). In a second step, the bridges are simplified as beam models and recomputed using classical beam theory. The stresses are ascertained using a transformed cross section with a unified elasticity modulus. With the subsequent comparison and the analysis of the results from the two calculation models, a statement about the transverse load bearing behavior of the bridges and its impact on the relevant checks could be made: the transverse bending stresses are not relevant for the dimensioning within the investigated spans. A computation with the beam theory considering the warping normal stresses is sufficient. A verifiable correlation between the longitudinal stresses sigma_x and the transverse stresses sigma_y - which would have made it possible to deduce transverse bending stresses from the longitudinal normal stresses computed using the beam theory - could not be found.