Parameterstudie zu Fahrbahnübergangskonstruktionen für Integrale Brücken

Abstract

Brücken erfahren durch die auftretenden Belastungen große Verformungen in Längsrichtung, welche bei konventioneller Bauweise durch verschiebliche Auflager und Übergangskontruktionen zur Straße zugelassen und aufgenommen werden. Durch die integrale Brückenbauweise, welche die Ausführung der gesamten Konstruktion als monolithisches Bauwerk voraussetzt, können Lebenszykluskosten gesenkt und umständliche Wartungsarbeiten, welche teilweise die Sperrung von wichtigen Verkehrswegen erfordern, ausgeschlossen werden. Integrale Brücken funktionieren jedoch nur bis zu einer bestimmten Größe, da ab einer gewissen Länge die Längsverformungen zu groß werden, als dass auf eine Übergangskonstruktion verzichtet werden könnte. Der Einbau von konventionellen Fahrbahnübergängen bringt viele Nachteile mit sich, welche durch das Weglassen von Lagern eigentlich ausgemerzt werden sollen. An der Technischen Universität Wien, am Institut für Tragkonstruktionen wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Verkehrswissenschaften eine neuartige Fahrbahnübergangskontruktion für integrale Brücken entwickelt. Nachdem im Rahmen der VIF 1 - Forschungsvorhabens 'Integralbrücken über 70 m Länge' im Jahr 2012 eine Machbarkeitsstudie durchgeführt wurde, entschied die ASFINAG2 diese Konstruktion in einem Pilotprojekt, an der Satzengrabenbrücke, welche sich zum Zeitpunkt der Entstehung dieser Arbeit in der Ausführungsphase befand, einzusetzen [5]. Diese besondere Fahrbahnübergangskontruktion, ist eine konsequente Weiterentwicklung im integralen Brückenbau und soll beliebige Brückenlängen in integraler Bauweise zulassen können. Durch den im genannten Projekt erstmaligen Einsatz, fehlen jedoch Erfahrungswerte über das Verhalten der Konstuktion, beziehungsweise seine Auswirkungen bei einer Variation der Brückenabmessungen oder der Randbedingungen, wie dem Untergrund. Ziel dieser Arbeit ist es das Verhalten der Fahrbahnübergangskontruktion, bei einer Variation der Brückengeometrie oder anderer Brückenparameter, zu berechnen, um einen Überblick über die Auswirkungen zu schaffen. Für diesen Zweck wird zuerst oben erwähntes Pilotprojekt mit Sofisitk 3 berechnet und mit der Ausschreibungsstatik [49, 50] verglichen. Dieser Schritt dient der Überprüfung des berechneten Modells auf seine Richtigkeit. Anschließend wird eine Parameterstudie durchgeführt, bei der zuerst berechnetes Grundmodell variiert wird. Diese Variation wird jeweils mit und ohne der neuartigen FÜK4 berechnet. Dies ist notwendig um die Auswirkungen auf die errechnete Bewehrung, relativ zu einer konventionellen FÜK, darstellen zu können.

The deformation of conventional bridges in longitudal direction is usually absorbed through displacable supports and expansion joints. Integral bridges, which are built as monolithical structures, have lower life cycle costs. Moreover, they do not require any complicated maintenance work, which often results in the closing of the roads for several days. The main issue with integral bridges is that they are only working up to a certain length. If they exceed that length, the structural design gets more complicated and the bridges will likely need conventional expansion joints. This led to the idea of developing a specially designed expansion joint. It was developed at the Technische Universität Wien at the Institute of Structural Engeneering in cooperation with the Institute of Transportation. After the transportation infrastrucutre research project on long integral bridges over 70m length, ASFINAG 5 decided to install this innovative expansion joint in a pilot project during the course of the constructioning the new motorway A5 [5]. During the editing of present paper, stated bridge was in construction. The mentioned specially designed expansion joint is part of a consistent evolution of integral bridges, which will hopefully lead to their more simple construction, regardless of the lenght. Due to the first-time use under real-life conditions in the above mentioned motorway project, there are only a few empirical values regarding the behaviour of the newly developed expansion joint under different conditions and/or dimensions. The objective of present master thesis was to examine the behaviour of a new expansion joint, in varying dimension and other conditions, to get an overview of the effects of the variation. For that purpose stated pilot project was statically dimensioned and compared to the calculation in the tender documents [49, 50]. Finally, a paramter-study is performed, where the initially calculated project is varyied, once with expansion joint and once without. This is necessary to calculate the relative impact on the reinforcement of the bridge, compared to a conventional structure.