Fugenlose Fahrbahnübergangskonstruktion für lange integrale Brücken

Abstract

Der Bau von integralen Brücken erfreut sich immer größer werdender Beliebtheit. Durch den Entfall der wartungsintensiven Lager und Dehnfugen können sehr langlebige und wartungsarme Tragwerke realisiert werden. Auch wenn eine Vielzahl der Tragwerke im Spannweitenbereich unter 20m Länge liegen, werden vermehrt auch längere Brücken integral ausgeführt. Dabei gelten Brücken bis ca. 70m Länge als unproblematisch. Bei längeren Tragwerken treten vermehrt Probleme mit der Dilatation auf. Dabei kommt es öfter zu Hebungen bzw. Setzungen hinter denWiderlagern sowie zu Belagsrissen im Fahrbahnaufbau. Aufgrund dieser Schwierigkeiten wird seit einigen Jahren intensiv daran geforscht, die Problemstellen imWiderlagerbereich in den Griff zu bekommen. Am Institut für Tragkonstruktionen der TUWien konnte in den letzten Jahren eine neue Fahrbahnübergangskonstruktion für lange integrale Brücken entwickelt werden. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und der Erprobung der mehrfach patentierten Fahrbahnübergangskonstruktion an einem Prototyp. Aufbauend auf einer Literaturrecherche wurde eine Übergangskonstruktion, welche hohen Dauerhaftigkeitsanforderungen unterliegt, entwickelt. Das grundlegende Funktionsprinzip der neuen Konstruktion basiert darauf, dass die Verformungen, welche durch Temperaturänderungen, Schwinden, Kriechen und äußere Belastung am Widerlager entstehen, nicht punktuell am Brückenende durch eine Dehnfuge in der Fahrbahn aufgenommen, sondern über einen längeren Bereich hinter dem Widerlager verteilt werden. Durch die Verteilung der Verformungen ist es möglich, einen vom Institut für Verkehrswissenschaften - Forschungsbereich Straßenbau der TU Wien entwickelten Fahrbahnaufbau nahtlos von der Brücke bis zum Damm durchzuführen. Dadurch entsteht ein oberflächlich fugenfreier Fahrbahnübergang. Basierend auf diesen Überlegungen wurde ein Prototyp im Maßstab 1:1 geplant und gebaut. An dieser Konstruktion konnten in unterschiedlichen Bauphasen umfangreiche Belastungstests erfolgreich durchgeführt werden. Weiterführend mündeten die Ergebnisse der Forschungsprojekte in ein Pilotprojekt, in dem die neue Übergangskonstruktion erstmals in einer 112m langen integralen Brücke eingebaut werden soll. Die Erfahrungen aus der Planung des Pilotprojekts wurden in Form von Bemessungsanleitungen sowie Ausschreibungsbehelfen in dieser Arbeit ausgearbeitet.

The construction of integral abutment bridges is becoming increasingly popular. Since these bridge structures posses no expansion joints or bearings, it is possible to build very low-maintenance and long-lasting structures. The length of most existing integral abutment bridges does not exceed 20 m, but larger lengths are also increasingly implemented. In these cases, structures up to approx. 70m are considered to be unproblematic. In longer integral abutment bridges with over 70 meters length, problems often occur in regard to surface cracks and settlements behind the abutments. To address the described challenges, intensive research work has been conducted in order to manage the dilatations of the integral abutments. A new jointless roadway transition structure for long integral abutment bridges has been invented at the Institute of Structural Engineering of the TU Wien. The presented thesis deals with the development and testing of this novel multiple patented transition structure on a prototype. The development of the new structure, which is designed for high durability demands, was based on an extensive literature research. The design principle of the new structure is established on the fact that the deformations caused by temperature changes, shrinkage, creeping and external loading on the abutment are not absorbed by an expansion joint at the bridge end. The basic idea is the distribution of the deformations over a longer area behind the abutment. Due to the controled distribution of the deformations, it is possible to build the pavement structure seamless from the bridge over the expansion joint to the embankment. For this purpose the Institute of Transportation, Center for Road Engineering, at TUWien has developed a special multilayer bituminous pavement structure. Based on these design considerations a prototype in 1:1 scale was realised. The prototype was tested in different construction stages, to receive relevant data for practical use. The findings of the research projects resulted in a pilot project in which the new transition structure will be installed for the first time in a 112m long integral abutment bridge. The experiences from the planning phase of the pilot project are presented as desing instructions and tender documents in this thesis.